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CN111565652A - 无油气动电机 - Google Patents

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CN111565652A
CN111565652A CN201980007836.5A CN201980007836A CN111565652A CN 111565652 A CN111565652 A CN 111565652A CN 201980007836 A CN201980007836 A CN 201980007836A CN 111565652 A CN111565652 A CN 111565652A
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Abstract

气动钻具有限定空气输入部和空气输出部的构件以及限定内部柱形室的壳体，该内部柱形室具有支承表面，该支承表面具有贯通轴线。从动轴耦接到工具接合卡盘，该从动轴限定多个纵向槽。从动轴设置在室内并且具有与贯通轴线偏移的纵向轴线。多个叶片均部分地由石墨形成，多个叶片各自设置在多个纵向槽中的一个纵向槽中。叶片中的两个叶片、壳体和从动轴限定移动压缩室。

Description

无油气动电机
技术领域
本公开内容涉及一种气动钻，更特别地涉及一种用于具有石墨叶片构件的钻的无油气动电机。
背景技术
该部分提供不一定是现有技术的与本公开内容有关的背景信息。
在当今的外科手术环境中，常常利用高速气动钻来切割组织诸如骨骼。这些高速钻——虽然很小但有效——利用在几万RPM下旋转的切割器具。为了减少这些系统中的摩擦引起的热和磨损的量并且减少钻大小，钻常常利用常常被馈送到进料气流中的液体润滑剂。对润滑剂的计量常常引起与钻寿命和使用条件及便利钻系统管理有关的成本和复杂性。因此，本发明的目的是克服这些复杂性。
发明内容
该部分提供对本公开内容的总体概述，并且不是其全部范围或其全部特征的综合公开内容。
根据本教导，提供了一种气动钻，该气动钻具有工具接合卡盘和气动电机。气动电机具有壳体，该壳体限定空气输入部和空气输出部并且还限定内部柱形室，该内部柱形室具有支承表面、且具有贯通轴线。从动轴耦接到工具接合卡盘。轴限定了多个纵向槽，这些纵向槽构造成可滑动地接受纵向叶片。从动轴设置在柱形室内，并且具有与贯通轴线偏移的纵向轴线。包含石墨的多个含聚合物的叶片各自设置在多个纵向槽中的一个纵向槽中。根据替代性教导，叶片中的两个叶片、壳体和从动轴限定移动压缩室。
根据替代性教导，叶片可滑动地设置在槽内，并且可滑动地接合抵靠壳体支承表面。
根据替代性教导，叶片具有层状复合结构，并且包括设置在聚醚酮醚(PEEK)基体中的石墨颗粒。
根据替代性教导，提供了一种气动钻，该气动钻具有工具接合卡盘和气动电机。气动电机具有壳体，该壳体限定空气输入部和空气输出部并且还限定具有支承表面的内部柱形室。从动轴限定多个纵向槽并且耦接至工具接合卡盘。从动轴设置在室内并且具有与贯通轴线偏移的纵向轴线。分别部分地由石墨形成的多个叶片各自设置在多个纵向槽中的一个纵向槽中。
根据文中所提供的描述，其他适用性领域将变得明显。该发明内容中的描述和特定实施例意在仅出于说明的目的，并且不意在限制本公开内容的范围。
附图说明
文中所描述的附图仅出于对选定实施方式而不是所有可能的实现方式的说明目的，并且不意在限制本公开内容的范围。
图1表示根据本教导的气动钻；
图2表示气动电机的立体截面视图；
图3A和图3B表示图2中所示的气动电机的截面视图；
图4A和图4B表示用于气动电机的壳体构件；
图5表示图2中所示的电机的从动轴和相关联的叶片的分解视图；
图6A至图6D表示根据本教导的含石墨的叶片；以及
图7A至图7D表示图6A至图6D中所示的叶片的材料构造。
对应附图标记贯穿附图的若干视图指示对应部分
具体实施方式
现在将参考所附附图更充分地描述示例实施方式。参考图1至图7D，示出了根据本教导的气动钻10。图1公开了气动钻10，该气动钻具有气动电机12、工具接合卡盘14、以及承载高压力空气供应部18和空气排出部20的构件或软管16。众所周知，工具接合卡盘14构造成耦接至旋转工具诸如钻头或切割锉。
图2、图3A和图3B表示气动电机12的截面视图。气动电机12具有限定高压力空气输入部18和空气输出部或排出部20的壳体22，并且限定内部柱形室23，该内部柱形室具有支承表面24，该支承表面限定沿着电机的纵向轴线27的通孔25。电机12具有从动轴26，该从动轴耦接至工具接合卡盘14。限定了多个纵向槽30的从动轴26设置在柱形室23内并且具有与壳体室贯通轴线27偏移的纵向轴线29。至少部分地由石墨形成的多个叶片28各自地并且可滑动地设置在多个纵向槽30中的一个纵向槽中。
偏移的从动轴26的放置使得叶片28中的一个叶片比相邻叶片28长或从轴26径向地向外延伸较大距离。这允许并提供与高压力气体相互作用的较大的区域，引起从动轴26旋转。当高压力空气从高压力供应部18进来并且进入由从动轴26、叶片28和壳体22限定的室31时，空气压力使得从动轴26旋转，从而使得由工具接合卡盘14保持的工具旋转。来自该从动轴26的旋转的离心力在径向方向上拉动所有叶片28，并且将叶片28中的每个叶片的一部分定位成与壳体内部支承表面24接合，从而形成用于高压力的支承表面37。每个叶片28具有滑动地接合抵靠支承表面24的支承边缘39，该支承边缘具有至少部分暴露的石墨，以减少叶片28与壳体支承表面24之间的摩擦量。替代性地，如图4B所示，支承表面24可以由被插入孔25中的石墨套筒24’形成。石墨套筒的厚度可以是.10英寸到.05英寸。
当叶片28接合该支承表面24或24’并且与从动轴26一起旋转时，叶片28限定多个可分隔的室，多个可分隔的室允许压缩空气从空气供应部18流动到限定的室31中，并且在使轴转动后，从类似于桨轮的排出端口20流出。在一个实施方式中，三个叶片28径向地设置在从动轴26内限定的三个等间隔的纵向槽30内，并且在旋转期间在槽30内滑动。
如图所示，从动轴26限定三个纵向槽30。第一、第二和第三叶片28具有石墨，并且各自设置在三个纵向槽30中的一个纵向槽内。叶片中的第一叶片和第二叶片、壳体以及从动轴限定高压力压缩室，该高压力压缩室耦接至高压力空气源。叶片28中的第二叶片和第三叶片、壳体以及从动轴26限定低压力压缩室，该低压力压缩室流体地耦接至排出端口20。
图4A和图4B表示下述壳体构件：当被设置在钻壳体36内并且被定位成与该钻壳体相邻时，所述壳体构件限定高压力输入部18和输出空气通道20以及与可移动的叶片构件28相互作用的内部柱形支承表面24。柱形支承表面的壁中限定有多个输入端口18’，多个输入端口流体地耦接到高压力空气供应部。柱形支承表面24的壁内附加地限定多个输出端口20’，多个输出端口允许室内的流体通过，从气动电机出来并进入输出端口20’。
壳体22可以由不锈钢或聚合物形成。可选地，壳体22的支承表面24可以具有用以减少移动的叶片28与支承表面24诸如图4B中所示的石墨套筒24’之间的摩擦的石墨或其他低摩擦材料，诸如PTFE。除了叶片接合表面之外，壳体22还限定了：对轴承34进行支撑的一对内表面21，该轴承使从动轴26在柱形室内在适当定向上对准；以及输入端口18’和输出端口20’。
图5表示图2中所示的电机的从动轴26和相关联的叶片28的分解视图。从动轴26具有至少一个平坦表面38，该至少一个平坦表面接合工具接合构件或卡盘14。朝向从动轴26的端部设置有一对柱形表面42，该一对柱形表面适于耦接到轴承34。叶片28以允许叶片28在槽30内在径向方向上相对滑动的方式可滑动地设置在槽30内。在这方面，当高压力空气被施加到叶片28的表面时，从动轴26旋转，将离心力施加到叶片28上，拉动它们与支承表面24或24’接合并且使侧表面暴露，这增加了叶片上的压缩效果。可以看出，从动轴26旋转时，叶片28通过与支承表面的相互作用而移位回到槽30中。
图6A至图6D表示根据本教导的含石墨的叶片28。这些叶片28优选地由石墨润滑剂材料形成。由于石墨对冲击引起的断裂的敏感性，叶片28优选地由结合石墨的复合材料形成。在这方面，叶片可以由具有各种形式的石墨的聚合物诸如PEEK形成，每种形式具有不同的特性。叶片28具有第一边缘44，该第一边缘对接抵靠柱形支承表面。边缘44具有下述表面，所述表面具有与壳体的支承表面对接的暴露的石墨。附加地，叶片28的侧46与形成在从动轴26内的金属槽30对接。为了减少叶片28的重量以及与槽30的摩擦相互作用，叶片可以具有多个独立的(offstanding)凸缘47。叶片28的边缘可以成斜面以减少叶片28与槽的相互作用。
构造上通常是平面的叶片28具有顶部支承表面44，如所描述，该顶部支承表面接合壳体的内部支承表面。叶片28的平坦侧接合槽30内的侧46。为了减少摩擦，这些平面侧46优选地已结合了石墨，石墨有助于叶片46相对于可旋转轴26的相对移动。
图7A至图7D表示图6A至图6D中所示的叶片的材料构造。如图7A和图7B所示，叶片可以由含石墨的复合体形成。一种形式中，如图7A和图7B所示，石墨材料可以呈被结合到聚合物基体52中的粉末50的形式。这可以通过提供聚合物52的层并且在其间结合石墨粉末50发生。附加地，聚合物可以具有结合到液体熔融聚合物中的特定体积分数的石墨粉末。在这方面，粉末的直径可以为大约1000nm至100,000nm，并且可以具有从10％的石墨至大约90％的石墨的体积分数。
如图7B所示，复合材料可以由石墨和聚合物基体诸如PEEK的交替层形成。这些层可以与轴26的纵向轴线平行或垂直。在该构造中，可以形成层压体，使得叶片28内的材料层沿着叶片28的支承边缘39可见，从而使石墨材料暴露于柱形支承表面。
根据另一实施方式，石墨可以呈管状或纤维形式56。在这方面，该材料可以使纤维在从动轴的纵向方向或垂直于柱形支承壁对准。随着叶片28磨损，石墨被暴露，从而在移动的叶片与支承表面之间起干润滑剂的作用。磨耗和磨损材料通过排出端口20从气动电机中转移出来。
如图7D所示，叶片的材料可以是石墨蜂窝58，该石墨蜂窝具有限定蜂窝结构的聚合物基体。叶片磨损后，石墨被暴露，从而减少叶片与气缸接口的摩擦。
提供示例实施方式使得本公开内容将是透彻的，并且将使范围充分地传达给本领域技术人员。阐述了许多特定细节，诸如特定部件、装置和方法的实施例，以提供对本公开内容的实施方式的透彻理解。对于本领域技术人员将明显的是：不需要采用特定细节，示例实施方式可以以许多不同形式被实现，并且两者均不应解释为限制本公开内容的范围。在一些示例实施方式中，没有详细描述众所周知的过程、众所周知的装置结构和众所周知的技术。
文中所使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，并且不意在是限制性的。如文中所使用，单数形式“一(a)”、“一个(an)”、和“该”意在也包括复数形式，除非上下文以其他方式清楚地指出。术语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“包括(including)”、和“具有(having)”是包含性的，因此指定所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。文中描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须以所讨论或示出的特定顺序要求它们的执行，除非明确确定为一执行顺序。还应理解，可以采用附加或替代性步骤。
当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合到”或者“连接到”或者“耦接到”另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层上，直接接合到、连接到或者耦接到另一元件或层或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。应该以类似的方式来解释用于描述元件之间的关系的其他词语(例如，“在...之间”与“直接在...之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
尽管文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语仅可以用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分。除非上下文清楚地指出，否则文中使用的术语诸如“第一”、“第二”和其他数字术语不暗示次序或顺序。因此，在不脱离示例实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
文中可以使用空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等以便于描述，以描述图中所示出的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。空间相对术语除了附图中描绘的定向之外，还可以意在涵盖装置在使用或操作中的不同定向。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件那时将被定向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例术语“下方”可以涵盖上方和下方两个定向。可以以其他方式定向装置(旋转90度或以其他定向旋转)，并且据此解释文中使用的空间相对描述语。
已经出于说明和描述的目的，提供了前述对实施方式的描述。其并不意在是详尽的或限制本公开内容。特定实施方式的单独元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在可适用的情况下是可互换的，并且可以用于选定的实施方式中，即使没有具体地示出或描述。相同情况也可以以许多方式进行改变。这样的变化不会被视为脱离本公开内容，并且所有这样的修改意在被包括于本公开内容的范围内。

Claims (19)

1.一种气动钻，包括：
工具接合卡盘；
气动电机，所述气动电机具有：
限定空气输入部和空气输出部的构件；
限定内部柱形室的壳体，所述内部柱形室具有支承表面、且具有贯通轴线；
耦接到所述工具接合卡盘的从动轴，所述从动轴限定多个纵向槽，所述从动轴设置在所述柱形室内并且具有与所述贯通轴线偏移的纵向轴线；
多个叶片，所述多个叶片包括石墨，所述多个叶片各自设置在所述多个纵向槽中的一个纵向槽中；并且
其中，所述叶片中的两个叶片、所述壳体和所述从动轴限定压缩室。
2.根据权利要求1所述的气动钻，其中，所述叶片可滑动地设置在所述槽内。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的气动钻，其中，所述叶片具有可滑动地接合抵靠所述支承表面的支承边缘，并且所述支承表面是石墨套筒的一部分。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气动钻，其中，所述叶片具有复合结构。
5.根据权利要求4所述的气动钻，其中，所述复合结构是层状的。
6.根据权利要求4所述的气动钻，其中，所述复合结构包括设置在PEEK基体中的石墨颗粒。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的气动钻，包括三个叶片，所述三个叶片径向地设置在所述从动轴内限定的三个纵向槽内。
8.根据权利要求7所述的气动钻，其中，所述叶片中的每个叶片具有一对具有石墨的侧支承表面，所述一对侧支承表面被构造成接合所述槽的第一侧和第二侧。
9.一种气动钻，包括：
气动电机，所述气动电机具有：
壳体，所述壳体限定内部柱形室并且限定空气输入部和空气输出部，所述内部柱形室具有支承表面、且具有贯通轴线；
从动轴，所述从动轴限定围绕所述从动轴的周向均匀地间隔开的多个纵向槽，所述从动轴设置在所述室内并且具有与所述贯通轴线偏移的纵向轴线；
多个叶片，所述多个叶片包括石墨，所述多个叶片各自设置在所述多个纵向槽中的一个纵向槽中；并且
其中，所述叶片中的两个叶片、所述壳体和所述从动轴限定压缩气体接收室。
10.根据权利要求10所述的气动钻，其中，所述叶片可滑动地设置在所述槽内。
11.根据权利要求10或11中任一项所述的气动钻，其中，所述叶片具有可滑动地接合抵靠所述支承表面的支承边缘。
12.根据权利要求10至12中任一项所述的气动钻，其中，所述叶片具有层状复合结构和蜂窝状复合结构中的一种。
13.根据权利要求13所述的气动钻，其中，所述复合结构包括设置在PEEK基体中的石墨颗粒。
14.根据权利要求10至14中任一项所述的气动钻，包括三个叶片，所述三个叶片径向地设置在所述轴内限定的三个纵向槽内。
15.根据权利要求15所述的气动钻，其中，所述叶片具有一对具有石墨的侧向支承表面，所述一对侧向支承表面被构造成接合所述槽的第一侧和第二侧。
16.一种气动钻，包括：
气动电机，所述气动电机具有：
壳体，所述壳体限定内部柱形室，所述内部柱形室具有支承表面、且具有贯通轴线；
从动轴，所述从动轴限定三个纵向槽，所述从动轴设置在所述柱形室内并且具有与所述贯通轴线偏移的纵向轴线；
第一叶片、第二叶片和第三叶片，所述第一叶片、所述第二叶片和所述第三叶片包括石墨，所述第一叶片、所述第二叶片和所述第三叶片各自设置在所述三个纵向槽中的一个纵向槽内；并且
其中，所述叶片中的所述第一叶片和所述第二叶片、所述壳体以及所述从动轴限定高压力压缩室，并且所述叶片中的所述第二叶片和所述第三叶片、所述壳体以及所述从动轴限定低压力压缩室。
17.根据权利要求17所述的气动钻，其中，所述叶片具有包括石墨的支承边缘，所述支承边缘可滑动地接合抵靠所述支承表面。
18.根据权利要求17或18中任一项所述的气动钻，其中，所述叶片中的每个叶片具有一对具有石墨的侧支承表面，所述一对侧支承表面被构造成接合所述槽的第一侧和第二侧。
19.根据权利要求17至19中任一项所述的气动钻，其中，所述叶片包括设置在PEEK基体中的石墨颗粒。
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