專利名稱:軸向柱塞機(jī)器靜壓推力軸承裝置的制作方法
本發(fā)明涉及斜軸式軸向柱塞機(jī)器。更具體地說(shuō)，本發(fā)明與一種靜壓徑向推力軸承支承型、適于高壓下使用的斜軸式軸向柱塞機(jī)器有關(guān)。再更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種在軸向柱塞機(jī)器中使用的靜壓推力軸承裝置，它適于實(shí)現(xiàn)一種承受柱塞反作用力載荷的軸向分量(相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸)和由這些軸向分量引起的力矩截荷的方法。
已知的上述裝置的設(shè)計(jì)中為每個(gè)柱塞配備一個(gè)靜壓履來(lái)承受推力載荷。例如，一種這樣的裝置公開(kāi)在日本專利公開(kāi)第131776/1984號(hào)說(shuō)明書(shū)中。
在這種柱塞機(jī)器中，與輸出壓力有關(guān)的柱塞數(shù)在一定數(shù)值間變化，并且與柱塞總個(gè)數(shù)一致。例如，若總共有9個(gè)柱塞，與輸出壓力關(guān)聯(lián)的柱塞數(shù)在5和4之間。因此，柱塞反作用力載荷的合力隨著在壓油壓力區(qū)中的柱塞個(gè)數(shù)變化，并且與驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速、被圖8一般地表示的合力作用點(diǎn)軌跡成比例。由于柱塞反作用力的動(dòng)態(tài)行為，不但推力載荷，而且力矩載荷都作用在支承多個(gè)柱塞桿的驅(qū)動(dòng)軸上的驅(qū)動(dòng)盤(pán)上，力矩載荷被靜壓履承受。在這種情況下，力矩載荷也作用在處于吸油壓力區(qū)的靜壓履上。
當(dāng)互相垂直且與驅(qū)動(dòng)軸軸線垂直的軸線被定為x軸和y軸時(shí)，對(duì)于x軸和y軸的力矩載荷隨著輸出壓力交替作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)上。然而，在先有技術(shù)中，沒(méi)有考慮到有必要用槽壓保持恒定的靜壓軸承來(lái)均勻地承受這些力矩載荷。因此，力矩載荷由處在吸油區(qū)并且不能承受靜態(tài)壓力的靜壓履和處于壓油區(qū)中并且能承受靜態(tài)壓力的靜壓履來(lái)承受，結(jié)果使在吸油側(cè)的靜壓履與本體(或安裝在工作軸上的壓力盤(pán))發(fā)生接觸。這樣，一部分靜壓履旋轉(zhuǎn)時(shí)與本體接觸，造成不均衡摩損或卡住。還有，因?yàn)楣ぷ鬏S的驅(qū)動(dòng)盤(pán)的滑動(dòng)表面相對(duì)于多個(gè)靜壓履的滑動(dòng)表面歪斜一個(gè)角度，這些滑動(dòng)面處的泄漏將會(huì)增加，使功率損失加大。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于其性能得到改善，并且耐用的軸向柱塞機(jī)器的靜壓推力軸承裝置，用靜壓襯墊來(lái)承受由處于壓油區(qū)的柱塞所引起的柱塞反作用力的軸向分量。
上述目的通過(guò)采用靜壓襯墊得到實(shí)現(xiàn)。這些靜壓襯墊能承受靜態(tài)壓力以承擔(dān)處在壓油壓力區(qū)中的柱塞引起并且作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)上的柱塞反作用力的軸向分量。更特殊地是，在一個(gè)配備在殼中以可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承工作軸的軸承套中，若互相垂直且與軸承套軸線垂直的軸線被定為x軸和y軸，軸承套被這些軸線分成四個(gè)中心角為90°的扇形?？倲?shù)為四個(gè)的靜壓襯墊被分別布置在每個(gè)扇形中、而且每一對(duì)襯墊都相對(duì)x軸對(duì)稱。
四個(gè)靜壓襯墊中有兩個(gè)以如下方式布置在柱塞反作用力作用點(diǎn)的一側(cè)，即這兩個(gè)靜壓襯墊中每一個(gè)和x軸的夾角θL都滿足θL≥O，其中θ是軸向柱塞機(jī)器的缸體中相鄰的腰形油口中心形成的角θO的四分之一。
此外，這兩個(gè)靜壓襯墊以如下方式配置在柱塞反作用力作用點(diǎn)一側(cè)，即保持eO+eL≥
，其中(eO+eL)是配置在反作用力所作用一側(cè)的靜壓襯墊的x坐標(biāo)，
是當(dāng)柱塞數(shù)為
(Z-1)/2 時(shí)柱塞反作用力作用點(diǎn)的x坐標(biāo)。
至于柱塞反作用力的平均作用點(diǎn)(它是當(dāng)柱塞機(jī)器中柱塞總數(shù)為Z，且與輸出壓力有關(guān)的柱塞個(gè)數(shù)為 (Z)/2 時(shí)，柱塞反作用力的作用點(diǎn))，四個(gè)靜壓襯墊以如下方式配置在柱塞反作用力作用點(diǎn)一側(cè)和非作用點(diǎn)一側(cè)，即，滿足關(guān)系式eL·θL＝eR·θR(設(shè)各靜壓襯墊的槽壓和有效受壓面積都一樣)，其中eL柱塞反作用力平均作用點(diǎn)的x坐標(biāo)eO和配置在反作用力作用點(diǎn)一側(cè)的每個(gè)靜壓襯墊中的x坐標(biāo)EL之差;
eR柱塞反作用力平均作用點(diǎn)的x坐標(biāo)eO和配置在沒(méi)有反作用力作用的一側(cè)的每個(gè)靜壓襯墊中心的x坐標(biāo)ER之和;
θL配置在反作用力作用點(diǎn)一側(cè)的每個(gè)靜壓襯墊中心和x軸的夾角。
θR配置在沒(méi)有反作用力作用點(diǎn)一側(cè)的每個(gè)靜壓襯墊中心與y軸的夾角。
按如上所述的方式配置靜壓襯墊，就可能完全復(fù)蓋由處于壓油區(qū)中柱塞數(shù)的改變引起的反作用力載荷和力矩載荷變化的區(qū)域。
圖1是用于用在一臺(tái)靜壓徑向推力軸承支承型和斜軸式軸向柱塞機(jī)器的靜壓推力軸承裝置的剖視圖，它顯示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
圖2是沿圖1中Ⅱ-Ⅱ線的剖視圖。
圖3顯示了作用在圖2所示的軸向柱塞機(jī)器中驅(qū)動(dòng)盤(pán)上的柱塞反作用力的作用。
圖4顯示圖3在軸向柱塞機(jī)器中柱塞反作用力的合力的作用點(diǎn)的軌跡。
圖5是沿圖1中Ⅱ-Ⅱ線的剖視圖，顯示出本發(fā)明第二實(shí)施例。
圖6是軸向柱塞機(jī)器中使用的靜壓推力軸承的剖視圖，顯示了本發(fā)明的第三實(shí)施例。
圖7表示用本發(fā)明中節(jié)流面積變化機(jī)構(gòu)進(jìn)行的排油壓力的可變操作。
圖8顯示了傾斜角度、節(jié)流面積和排油壓力之間的關(guān)系。
圖9是應(yīng)用了本發(fā)明的液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖。
下面，將參照?qǐng)D1和圖2詳細(xì)敘述本發(fā)明的第一實(shí)施例。
一臺(tái)軸向柱塞機(jī)器包括一個(gè)殼體蓋1、一個(gè)具有多個(gè)缸孔2的缸體3、和可在相應(yīng)的缸孔2中前后運(yùn)動(dòng)并且固定在柱塞桿4上的柱塞5。柱塞桿4樞支在驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B中，該驅(qū)動(dòng)盤(pán)與和軸向柱塞機(jī)器輸入軸(未示出)連接的軸6A一起形成驅(qū)動(dòng)軸體6。當(dāng)設(shè)有輸入作用在軸向柱塞機(jī)器的軸6A上時(shí)，軸6A和驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B在花鍵軸連接部7嚙合，它們之間保持一定徑向間隙。軸承9被布置在軸6A的外圓和軸承套8之間以可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承軸6A、缸體3通過(guò)一個(gè)球形萬(wàn)向接頭或一個(gè)中心桿(二者都未示出)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，并被一個(gè)穿過(guò)一個(gè)具有工作介質(zhì)吸油口11A和壓迫口11B的配油盤(pán)11的中心軸10支持在端蓋12上。端蓋12上有輸入口12A和輸出口12B，它們分別與配油板11上的吸油口11A和壓油口11B相通。球形萬(wàn)向接頭端頭配有一個(gè)球面軸承(均未示出)，并被樞支在驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B上。
一個(gè)調(diào)節(jié)和改變缸體3傾角的機(jī)構(gòu)(未示出)作用在一個(gè)座(未示出)上。布置在缸孔2中的柱塞5的行程靠改變缸體3的傾斜角度來(lái)變化。驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B和軸6A通過(guò)花鍵軸部分7連接。和軸向柱塞機(jī)器的操作方法一樣，軸6A作為輸入軸。
軸承套8包括腔室13，靜壓軸承襯墊16的桿17插入其中，每個(gè)襯墊都有一個(gè)節(jié)流部14和一個(gè)壓力腔15。靜壓軸承襯墊16的法蘭18被布置在軸承套8的與其軸線垂直的一個(gè)端面20和驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B的一個(gè)端面21之間，并與這兩個(gè)端面相接觸。
如圖2所示，靜壓軸承襯墊16(它們中每一個(gè)都有節(jié)流部14和壓力腔15)被布置在相對(duì)于軸承套8的專門(mén)位置上。壓力恰好為輸出壓力Pd的工作介質(zhì)被導(dǎo)入每個(gè)靜壓軸承襯墊16的桿17的一個(gè)端面19，然后通過(guò)節(jié)流部進(jìn)入壓力腔15。
另一方面，驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B的外圓被作為一個(gè)徑向滑動(dòng)軸承支承在一個(gè)布置在殼體1內(nèi)的軸承套22上至少有4個(gè)(或其數(shù)量與柱塞數(shù)量相當(dāng)?shù)?壓力腔23布置在軸承套22的內(nèi)圓上，并以至少90度的間距環(huán)繞驅(qū)動(dòng)軸6B。軸承套22的外圓上有等于輸出壓力Pd的供油口24，它們分別面對(duì)各壓力腔23，并且分別通過(guò)節(jié)流部25與壓力腔23相通，節(jié)流部25按照所施負(fù)載控制壓力腔23中的靜壓。
這樣布置的軸向柱塞機(jī)器的操作將在下面加以敘述。
在這種軸向柱塞機(jī)器中，柱塞作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B上的反作用力載荷和力矩載荷的變化與輸出壓力Pd和產(chǎn)生輸出壓力的施壓柱塞的數(shù)量成正比(例如，如果柱塞總數(shù)為7個(gè)，最大施壓柱塞數(shù)為4，最小施壓柱塞數(shù)為3，則平均施壓柱塞數(shù)為4.5)，并與驅(qū)動(dòng)軸6的轉(zhuǎn)速同步。這些作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B上的載荷可分解為沿驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B軸向的分力和作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B上支承柱塞桿的支承面上的徑向分力。如果把互相垂直并且與驅(qū)動(dòng)軸垂直的軸線稱為x軸和y軸，則柱塞反作用力就產(chǎn)生分別相對(duì)于x軸和y軸的力矩。作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)上并包括力矩和被分解為兩個(gè)分量的柱塞反作用力載荷被一個(gè)滑動(dòng)軸承承受，在其中，靜壓軸承襯墊16的壓力腔15和軸承套22內(nèi)圓上的壓力腔23的靜壓力流體靜力地和流體動(dòng)力地作用。特別是在軸向分量和力矩分量被4個(gè)獨(dú)立布置的靜壓油襯墊承受(如圖2所示)時(shí)，更是如此。這意味著，受這些載荷作用的驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B被靜壓和動(dòng)壓滑動(dòng)軸承沿殼體1的軸向和徑向支承在殼體1內(nèi)，該軸承包括靜壓軸承襯墊16和軸承套22。
施加在驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B軸向的載荷的承受形式將在下面敘述。
若柱塞總數(shù)為Z，則位于排放壓力側(cè)的柱塞個(gè)數(shù)在( (Z+1)/2 )和( (Z-1)/2 )之間變化，如圖4所示，并且柱塞反作力合力的作用點(diǎn)也移動(dòng)，如圖4所示。
結(jié)果，不但包括載荷軸向分量的推力載荷，而且相對(duì)于x軸和y軸的力矩載荷，都作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B上。在本實(shí)施例中，考慮到使軸向分力平衡和使相對(duì)于柱塞反作用力合力的平均作用點(diǎn)的力矩平衡，將4個(gè)靜壓襯墊16a到16d如圖2所示那樣布置。因此，推力載荷和力矩載荷可以被由靜壓襯墊16a到16d相應(yīng)于作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)上的載荷而產(chǎn)生的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力流體靜力地和流體動(dòng)力地承受。
在這個(gè)實(shí)施例中，因?yàn)轵?qū)動(dòng)盤(pán)和靜壓襯墊間的接觸表面被保持平行而不過(guò)分偏斜，驅(qū)動(dòng)盤(pán)和4個(gè)靜壓襯墊16a到16d的接觸可以被消除，從而防止它們之間的滑動(dòng)表面的不均衡磨損或卡住。還有，驅(qū)動(dòng)盤(pán)的滑動(dòng)表面與其軸線垂直，這就使得在4個(gè)靜壓襯墊和驅(qū)動(dòng)盤(pán)的滑動(dòng)表面之間形成的油膜非常均勻，并且和所施加的載荷一致，還能減少滑動(dòng)表面處油的泄漏。
如圖4所示，作用在軸向柱塞機(jī)器的驅(qū)動(dòng)盤(pán)上的各柱塞反作用力Fk隨著與輸出壓力有關(guān)的柱塞個(gè)數(shù)的變化而變化，當(dāng)缸體的轉(zhuǎn)軸(未示出)相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸6傾斜一個(gè)α°角時(shí)，作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B上的各柱塞反作用力載荷和力矩載荷由下式確定。
Fs＝Fk·Cosα……(1)Fr＝Fk·Sinα……(2)其中Fs是各柱塞反作用力載荷的各軸向分量，而Fr是其徑向分量。
Fk由下式確定Fk＝Zk·Pd·Ak……(3)其中Zk是與輸出壓力有關(guān)聯(lián)的柱塞個(gè)數(shù)，Pd是輸出壓力，Ak是柱塞的橫截面積(＝ (π)/4 d2k)，而dk是柱塞的直徑。
柱塞反作用力載荷的軸向分量Fs產(chǎn)生的相對(duì)于x軸和y軸的力矩分量由下列各式確定
Mx＝Fs(
)·Cosα·e(Z - 12)]]>Sinθ……(4)My＝Fs(
)·Cosα·e(Z - 12)]]>·Cosθ……(5)這些柱塞反作用力載荷和力矩載荷都同時(shí)作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)上。
為克服這一點(diǎn)，在本發(fā)明中，4個(gè)靜壓襯墊被分散布置在完全復(fù)蓋了柱塞反作用力載荷移動(dòng)區(qū)域并且相對(duì)于柱塞反力平均作用點(diǎn)(圖4中點(diǎn)O)的彎矩保持平衡的位置上。兩個(gè)能負(fù)荷靜壓力的靜壓襯墊被布置在沒(méi)有柱塞反力作用的一側(cè)，另外兩個(gè)則布置在有柱塞反力作用的一側(cè)。這4個(gè)靜壓襯墊用來(lái)針對(duì)柱塞反力引起的力矩Mx和My以保持驅(qū)動(dòng)盤(pán)的滑動(dòng)表面平行于靜壓襯墊的滑動(dòng)表面。因此，即使包括Mx和My的力矩載荷和柱塞反力的軸向分量一樣作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)上，驅(qū)動(dòng)盤(pán)的滑動(dòng)面與靜壓襯墊的滑動(dòng)面仍不接觸。還有，驅(qū)動(dòng)盤(pán)的滑動(dòng)表面和靜壓襯墊的滑動(dòng)表面互相平行，它們之間形成的油膜的厚度由推力的平衡確定。因此，從這些滑動(dòng)面間的泄漏可以減小，從而減小因泄漏而造成的功率損失，并且確保機(jī)器平穩(wěn)運(yùn)行。
在本實(shí)施例中，如圖1和2所示，采用了四個(gè)靜壓襯墊16a到16d。然而，驅(qū)動(dòng)盤(pán)上還可以配置三個(gè)靜壓襯墊，這種方式作為第二實(shí)施例將在下面予以敘述。
這三個(gè)靜壓襯墊被布置在軸承套上滿足方程WL·EL＝WR·ER的位置上，其中互相垂直并且與軸承套軸線垂直的軸線是x軸和y軸，WL是靜壓襯墊中布置在柱塞反作用力合力作用點(diǎn)一側(cè)的兩個(gè)靜壓襯墊的承載能力之和，WR是其余的布置在沒(méi)有柱塞反作用力作用的一側(cè)的靜壓襯墊的承載能力，EL是柱塞反作用力合力平均作用點(diǎn)x坐標(biāo)和一條通過(guò)所說(shuō)兩個(gè)靜壓襯墊的中心的直線與x軸的交點(diǎn)的x坐標(biāo)之間的距離，而ER是該柱塞反作用力合力平均作用點(diǎn)的x坐標(biāo)與配置在沒(méi)有柱塞反作用力作用的一側(cè)的靜壓襯墊中心的x坐標(biāo)的距離。
作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)上載荷的軸向分量和力矩分量由三個(gè)分散布置的靜壓襯墊承受，如圖5所示。因此，其上受載的驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B被靜壓和動(dòng)壓滑動(dòng)軸承從軸向和徑向支承在機(jī)器殼體1中，該軸承包括靜壓襯墊16和軸承套22。
作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B上的載荷的軸向承受形式將在下面敘述。
若柱塞總數(shù)為Za，則位于輸出側(cè)的柱塞個(gè)數(shù)在( (Za+1)/2 )和( (Za-1)/2 )之間變化，如圖4所示，因此柱塞反力合力的作用點(diǎn)也如圖4所示那樣移動(dòng)。結(jié)果，不但推力載荷，而且相對(duì)于x軸和y軸的力矩載荷，都作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)6B上。在本實(shí)施例中，考慮到軸向分力的平衡。和相對(duì)于柱塞反力合力的平均作用點(diǎn)P的力矩的平衡，將三個(gè)靜壓襯墊16a至16c布置在如圖5所示的位置。因此，推力載荷和力矩載荷可以被由靜壓襯墊16a到16c按照所受載荷而產(chǎn)生靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力流體靜力地和流體動(dòng)力地承受。
在這個(gè)實(shí)施例中，由于驅(qū)動(dòng)盤(pán)和靜壓襯墊間的接觸面保持平行而不過(guò)分偏斜，驅(qū)動(dòng)盤(pán)和三個(gè)靜壓襯墊16a到16c間的接觸現(xiàn)象可以消除，防止它們的滑動(dòng)面產(chǎn)生不均衡磨損或卡死。還有，驅(qū)動(dòng)盤(pán)和靜壓襯墊的滑動(dòng)表面與驅(qū)動(dòng)盤(pán)軸線保持垂直。這樣就能使在驅(qū)動(dòng)盤(pán)和靜壓襯墊滑動(dòng)表面之間形成的油膜的厚度非常均勻(這一厚度與所受載荷有關(guān))，從而減少了從滑動(dòng)面之間的液壓油泄漏。
在圖5所示的實(shí)施例中，若靜壓襯墊16a至16c以這樣一種方式布置，即Fp＞Σi = 13]]>Wi＞
Fsi或Fpi＞
Wi＞
Fsi和
Wi≤
Fsi，其中Fp是柱塞反力的合力，W1到W3分別是面對(duì)靜壓襯墊16a到16c的靜壓襯墊的靜壓導(dǎo)引面的承載能力，F(xiàn)s1到Fs3是對(duì)于靜壓襯墊的桿推力，在柱塞反力作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)上從而把靜壓襯墊壓向固定部分的狀態(tài)下，靜壓襯墊能夠流體靜力地和流體動(dòng)力地支承驅(qū)動(dòng)軸。因此，驅(qū)動(dòng)軸的推力方向的定位可通過(guò)配置來(lái)保證。在軸承套22處，靜壓襯墊滿足關(guān)系式Fp≥W≥Fs，其中Fp表示柱塞反力的合力，W表示襯墊靜壓導(dǎo)引面的承載能力。這同樣也能使軸向柱塞機(jī)器的驅(qū)動(dòng)軸在推力方向精確地定位，不管柱塞反力的合力大小怎樣。因此，從驅(qū)動(dòng)盤(pán)滑動(dòng)面和靜壓襯墊滑動(dòng)面之間的油液泄漏可以減少，因此降低了泄漏引起的功率損失，并且還確保機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)。
在這個(gè)實(shí)施例中，柱塞泵被三個(gè)靜壓襯墊支承。然而，將本發(fā)明應(yīng)用到有四個(gè)或任何其他數(shù)量靜壓襯墊(其數(shù)量與柱塞個(gè)數(shù)一致)的柱塞馬達(dá)上也可以取得同樣效果。
軸向柱塞機(jī)器用的靜壓推力軸承的第三個(gè)實(shí)施例將參照?qǐng)D6到圖9加以敘述。
先參照?qǐng)D6，一個(gè)機(jī)殼101包括一個(gè)圓柱形的殼體101A，和一個(gè)封閉殼體101一端的前殼體101B。殼體101A容納了軸承套108，軸承109布置在軸承套108內(nèi)，轉(zhuǎn)軸102被軸承109可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承，缸體103可以和轉(zhuǎn)軸102一起轉(zhuǎn)動(dòng)。缸體103有多個(gè)沿軸向延伸的缸孔，其中可滑動(dòng)地插入柱塞105。每個(gè)柱塞105上有連接桿106，連接桿的遠(yuǎn)端配備一個(gè)球形部分106a。每個(gè)連接桿106的球形部分106a被在轉(zhuǎn)軸102遠(yuǎn)端上形成的驅(qū)動(dòng)盤(pán)107樞支。
殼體101A還容有配油盤(pán)114，其一端面與缸體103接觸，而另一端面與前殼101B上形成的弧形傾斜滑動(dòng)部115，滑動(dòng)接觸，配油板114中央有一通孔114A，中心軸110的引導(dǎo)端和后面將談到的樞銷116分別從孔的兩側(cè)插入孔中。配油盤(pán)114還有吸油和壓油孔(未示出)。當(dāng)缸體103轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們周期性地與缸孔104相通，并且不管配油盤(pán)怎樣傾斜，它們都和開(kāi)在前殼101B上的傾斜滑動(dòng)面115上的輸入和輸出油孔(未示出)相通。
中心軸110延伸在驅(qū)動(dòng)盤(pán)107和配油盤(pán)114之間以支持缸體103。中心軸110的一端有一個(gè)被驅(qū)動(dòng)盤(pán)107樞支的球形部分110A，而其另一端可滑動(dòng)地插入配油盤(pán)114上的通孔114A中，以便使缸體103和配油盤(pán)114對(duì)心。
能使配油盤(pán)114沿滑動(dòng)表面115轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生傾斜的傾斜機(jī)構(gòu)111配置在前殼101B中。它包括一個(gè)在其軸向兩端具有油口112A和112B的圓柱形空腔112，一個(gè)可滑動(dòng)地插入圓柱形空腔112中并且確定了沿位于軸向兩端的壓力腔113A和113B的伺服柱塞126，和裝在伺服柱塞126外圓上的樞銷116，其遠(yuǎn)端有一個(gè)樞支插入配油盤(pán)114通孔114A中的球形端部116A。傾斜機(jī)構(gòu)由一輔助泵(未示出)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)管道從油口112A和112B進(jìn)入壓力腔113A和113B。
軸承套108包括若干腔118，靜壓襯墊117的桿117B插入這些腔中。每個(gè)靜壓襯墊包括一個(gè)節(jié)流部分117D和一個(gè)壓力腔117E。靜壓襯墊117的法蘭117A位于與軸承套108垂直的端面119和驅(qū)動(dòng)盤(pán)107的端面120之間，并與這兩個(gè)端面119和120相接觸。
靜壓襯墊被布置在相對(duì)于軸承套108的特定位置上。輸出壓力(輸出壓力按本發(fā)明由一個(gè)節(jié)流機(jī)構(gòu)與傾角一齊調(diào)整)通過(guò)油管121被引到每個(gè)靜壓襯墊117的桿117B的端面117c，然而經(jīng)過(guò)節(jié)流部117D進(jìn)入壓力腔117E。
為讓固定的靜壓襯墊承受柱塞反力的徑向分量，驅(qū)動(dòng)盤(pán)107的外圓被當(dāng)作一個(gè)徑向滑動(dòng)軸承支承在布置在殼體101A內(nèi)的軸承套122上。尤其是，至少有三個(gè)或數(shù)量直到與柱塞105個(gè)數(shù)相當(dāng)?shù)膲毫η?22A被配置在軸承套122的內(nèi)圓上并且環(huán)繞驅(qū)動(dòng)盤(pán)107分布。排放壓力進(jìn)口122B在軸承套122外圓上，它們面對(duì)壓力腔122A并且通過(guò)節(jié)流部125與后者相通。這些節(jié)流部分根據(jù)所施的載荷來(lái)控制壓力腔122A中的靜壓力。
作為液壓泵的軸向柱塞機(jī)器的工作情況將在下面予以敘述。
首先，通過(guò)傾斜機(jī)構(gòu)111使配油盤(pán)114與缸體103一起傾斜到如圖6所示的某一位置。為此，由一個(gè)輔助泵(未示出)將壓力油送入圓柱形空腔112一端的壓力腔113A以便移動(dòng)伺服柱塞126。樞銷116被伺服柱塞126的位移帶動(dòng)移動(dòng)，使配油盤(pán)114沿滑動(dòng)面115滑動(dòng)并與缸體一同傾斜，以使缸體103轉(zhuǎn)動(dòng)中心相對(duì)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心傾斜，如圖6所示。
接著，轉(zhuǎn)軸為發(fā)動(dòng)機(jī)或馬達(dá)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。因?yàn)檗D(zhuǎn)軸102的驅(qū)動(dòng)盤(pán)107與插入缸體103缸孔104中的柱塞105通過(guò)連接桿106連接，所以缸體103與轉(zhuǎn)軸102一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使柱塞105在相應(yīng)的缸孔104內(nèi)前后運(yùn)動(dòng)。每個(gè)柱塞105從相應(yīng)的缸孔104內(nèi)部的縮回動(dòng)作對(duì)應(yīng)它的一個(gè)吸油沖程，其間工作油液被經(jīng)過(guò)相應(yīng)的吸油孔從吸油管道吸入缸孔104中。反之，柱塞進(jìn)入相應(yīng)缸孔104的動(dòng)作對(duì)應(yīng)一次壓油沖程，其間缸孔104中的高壓工作油通過(guò)壓油口從輸出管道排出。
在這樣的軸向柱塞機(jī)器中，當(dāng)接輸出壓力和產(chǎn)生壓油壓力的施壓柱塞的個(gè)數(shù)(例如，若柱塞總數(shù)為7，則最大施壓柱塞數(shù)為4，最小施壓柱塞數(shù)為3，平均施壓柱塞數(shù)則為4.5)的比例和與輸軸102轉(zhuǎn)速同步地變化時(shí)，柱塞反作用力和力矩就作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)上。作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)107上的載荷可以分解成沿驅(qū)動(dòng)盤(pán)107軸向的分量和作用在支承驅(qū)動(dòng)盤(pán)107表面的柱塞桿上的徑向合量。如果這些相互垂直并與轉(zhuǎn)軸也垂直的軸線被稱為x軸和y軸，柱塞反作用力就分別產(chǎn)生了相對(duì)于x軸和相對(duì)于y軸的力矩載荷。作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)上并且包括力矩和分解成兩個(gè)分量的力的載荷被一個(gè)滑動(dòng)軸承承受，其中在靜壓襯墊117的壓力腔117E內(nèi)和軸承套122內(nèi)圓上的壓力腔122A內(nèi)的靜壓力流體靜力地和流體動(dòng)力地作用。特別是，軸向分量和力矩分量被三個(gè)或四個(gè)靜壓軸承裝置承受。這意味著，其上作用著載荷的驅(qū)動(dòng)盤(pán)107在機(jī)殼101內(nèi)部被包括靜壓軸承襯墊117和軸承套122的靜壓和動(dòng)壓滑動(dòng)軸承沿機(jī)殼軸向和徑向支承。
驅(qū)動(dòng)盤(pán)107軸向載荷的承受形式將在下面予以敘述。
包括柱塞反作用力在內(nèi)的載荷隨柱塞數(shù)而變化。柱塞反作用力Fp的軸向分量即作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)107上的載荷的垂直分量用Fp·Cosθ表示，因?yàn)楦左w103的轉(zhuǎn)動(dòng)中心相對(duì)于轉(zhuǎn)軸102的軸線傾斜了角θ。靜壓襯墊117所要承受的載荷也隨傾角θ而變化當(dāng)θ＝0°時(shí)，靜壓襯墊所要承受的推力最大，而當(dāng)傾斜角增大時(shí)，所要承受的推力則減小。在這個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)隨傾斜角變化而變化的推力由靜壓襯墊承受時(shí)，供給靜壓襯墊的壓力也連續(xù)或斷續(xù)地變化，即由一個(gè)平面節(jié)流機(jī)構(gòu)形成的節(jié)流面積Ac(圖7中由陰影線所示的區(qū)域)與傾角同步得到控制，平面節(jié)流機(jī)構(gòu)包括在配油盤(pán)上壓油口一側(cè)的一個(gè)油槽130(該油槽可以制成楔形)，和一個(gè)配置在前殼101B中形成的弧形滑動(dòng)面的內(nèi)外密封區(qū)內(nèi)的楔形油槽140(楔形油槽設(shè)置在外密封區(qū)的寬度之內(nèi))。更具體些，如圖8所示，當(dāng)傾斜角θ為0°時(shí)，節(jié)流面積Ac最大，而泵的輸出壓力未受到可變平面節(jié)流機(jī)構(gòu)的節(jié)流作用就被引導(dǎo)到靜壓襯墊117的壓力腔117E另一方面，當(dāng)傾斜角θ為θmax時(shí)，一個(gè)合適的節(jié)流面積Ac(Acmin)就被自動(dòng)確定下來(lái)以獲得適宜的輸出壓力(Pdmin)。
在本實(shí)施例中，可以因此斷續(xù)或連續(xù)地改變泵的壓力，即供給靜壓襯墊117的壓力與傾角有關(guān)。
因此，即使缸孔103的傾角在0°和最大值之間斷續(xù)或連續(xù)地變化，也能夠與傾角的變化同步地把供給靜壓襯墊的壓力調(diào)節(jié)到一個(gè)合適的數(shù)值。
圖9是一臺(tái)液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖。液壓系統(tǒng)中包括一臺(tái)作為驅(qū)動(dòng)源的發(fā)動(dòng)機(jī)51，本發(fā)明的靜壓徑向推力軸承式泵52和53，控制各液壓缸的控制閥組54，一個(gè)旋臂馬達(dá)55，回轉(zhuǎn)接頭56，行走馬達(dá)57和58，鏟斗液缸59，臂液缸60，吊桿液缸61，油連接液壓系統(tǒng)中各部件的油管62至70。
這種液壓系統(tǒng)的基本操作將在下面敘述。
泵被發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出高壓液體。高壓液體通過(guò)控制閥組被送到驅(qū)動(dòng)旋臂系統(tǒng)的旋臂液壓馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)行走系統(tǒng)的行走液馬達(dá)、和進(jìn)行實(shí)際挖掘作業(yè)的吊桿、臂和鏟斗的各液壓缸。
在這液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中，增加額定壓力就增強(qiáng)了系統(tǒng)的性能，諸如操作速度、行走和挖掘能力，還能保存能量和減小液壓系統(tǒng)的尺寸，并且增大系統(tǒng)安裝空間。
在本發(fā)明中，即使當(dāng)柱塞反作用力載荷和力矩載荷隨驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速變化時(shí)和當(dāng)隨與排油壓力有關(guān)的柱塞數(shù)變化的載荷作用在驅(qū)動(dòng)盤(pán)上時(shí)，驅(qū)動(dòng)盤(pán)滑動(dòng)表面的金屬接觸現(xiàn)象也能被消除、確保與負(fù)載相適應(yīng)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣又反過(guò)來(lái)保證了高壓、尺寸緊湊、靜壓徑向推力軸承和斜軸式軸向柱塞機(jī)器的使用壽命延長(zhǎng)。還有，從驅(qū)動(dòng)盤(pán)滑動(dòng)面間的泄漏被縮小、減少了因泄漏而造成的功率損失，提高了軸向柱塞機(jī)器的性能。
權(quán)利要求
1.一種用于軸向柱塞機(jī)器的靜壓推力軸承裝置包括一個(gè)殼蓋，一個(gè)有多個(gè)缸孔的缸體，和多個(gè)可在相應(yīng)的缸孔中往復(fù)運(yùn)動(dòng)并固定在柱塞桿上的柱塞，所說(shuō)的柱塞以相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸傾斜的方式可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，其特征在于，在該殼蓋中裝入一個(gè)軸承套、通過(guò)一個(gè)軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承該驅(qū)動(dòng)軸，該軸承套有多個(gè)布置在關(guān)于一個(gè)在垂直于該驅(qū)動(dòng)軸的橫截面內(nèi)的軸線對(duì)稱的位置處的靜壓襯墊。
2.如權(quán)利要求
1所述用于軸向柱塞機(jī)器的靜壓推力軸承，其中布置在關(guān)于該軸線對(duì)稱的位置上的靜壓襯墊有四個(gè)。
3.如權(quán)利要求
1所述的用于軸向柱塞機(jī)器的靜壓推力軸承，其中所說(shuō)的多個(gè)靜壓襯墊中有一個(gè)布置在該軸線上。
4.一種用于軸向柱塞機(jī)器的靜壓推力軸承，包括一個(gè)殼蓋，一個(gè)有多個(gè)缸孔的缸體，和多個(gè)可在相應(yīng)的缸孔中往復(fù)運(yùn)動(dòng)并固定在柱塞桿上的柱塞，所說(shuō)的柱塞以相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸傾斜的方式可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，其特征在于，在滿足方程eL·θL＝eR·θR的位置上安排了靜壓襯墊，其中，互相垂直并且與裝入該殼蓋中以通過(guò)一個(gè)軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承該驅(qū)動(dòng)軸的軸承套的軸線垂直的軸線被定義為x軸和y軸，eL是柱塞反作用力平均作用點(diǎn)的x坐標(biāo)e。和布置在該反作用力作用點(diǎn)一側(cè)的許多靜壓襯墊的中心的x坐標(biāo)EL的差，eR是柱塞反作用力平均作用點(diǎn)的x坐標(biāo)eO和配置在設(shè)有反作用力作用的一側(cè)的多個(gè)靜壓襯墊的中心的X坐標(biāo)ER之和，θL是布置在該作用力的該作用點(diǎn)的該側(cè)的每個(gè)所說(shuō)的靜壓襯墊的中心和X軸的夾角，而θR是布置在設(shè)有反作用力作用的該側(cè)的每個(gè)該靜壓襯墊的中心與y軸的夾角。
5.如權(quán)利要求
4所述的用于軸向柱塞機(jī)器的靜壓推力軸承裝置，其中，當(dāng)柱塞個(gè)數(shù)為Z，布置在該反作用力作用點(diǎn)一側(cè)的靜壓襯墊的中心的X坐標(biāo)從該驅(qū)動(dòng)軸算起比當(dāng)位于壓油壓力一側(cè)的該柱塞權(quán)等于( (Z-1)/2 )時(shí)該柱塞反作用力合力作用點(diǎn)的X坐標(biāo)更遠(yuǎn)。
6.一種用于軸向柱塞機(jī)器的靜壓推力軸承裝置包括一個(gè)殼蓋，一個(gè)有多個(gè)缸孔的缸體，和多個(gè)所在相應(yīng)的缸孔中往復(fù)運(yùn)動(dòng)并固定在柱塞桿上的柱塞，所說(shuō)的柱塞以相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸傾斜的方式可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，其特征在于，一個(gè)安裝在該殼蓋中以通過(guò)一個(gè)軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承該驅(qū)動(dòng)軸的軸承套上配有能承受靜態(tài)壓力的靜壓襯墊，這些襯墊中有些被放置在該軸承套上有柱塞反作用力合力作用的一側(cè)，而另一些所說(shuō)的靜壓襯墊被布置在設(shè)有柱塞反作用力作用的一側(cè)，并且滿足方程FP≥W≥Fs，其中Fp是該柱塞反作用力的合力，W是傳導(dǎo)襯墊的靜態(tài)壓力的表面的承載能力，而Fs是作用在所說(shuō)襯墊上的桿的推力。
7.一種用于軸向柱塞機(jī)器的靜壓推力軸承裝置包括一個(gè)殼蓋蓋，一個(gè)有多個(gè)缸孔的缸體，和多個(gè)可在相應(yīng)的缸孔中往復(fù)運(yùn)動(dòng)并固定在柱塞桿上的柱塞，所說(shuō)的柱塞以相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸傾斜的方式可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，其特征在于，在該殼蓋中裝入一個(gè)軸承套以通過(guò)一個(gè)軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承該驅(qū)動(dòng)軸并且有三個(gè)靜壓襯墊，該三個(gè)靜壓襯墊被布置在該軸承套上滿足方程WL·EL＝WR·ER的位置上，其中互相垂直并且與該軸承套軸線垂直的軸線是x軸和y軸，WL是該靜壓襯墊中布置在柱塞反作用力合力作用點(diǎn)一側(cè)的兩個(gè)靜壓襯墊的承載能力之和，WR是其余的布置在沒(méi)有柱塞反作用力作用的一側(cè)的靜壓襯墊的承載能力，EL是柱塞反作用力合力平均作用點(diǎn)x坐標(biāo)和一條通過(guò)的所說(shuō)兩個(gè)靜壓襯墊的中心的直線與x軸的交點(diǎn)的x坐標(biāo)之間的距離，而ER是該柱塞反作用力合力平均作用點(diǎn)的x坐標(biāo)與配置在沒(méi)有柱塞反作用力作用的一側(cè)的靜壓襯墊中心的x坐標(biāo)的距離。
8.如權(quán)利要求
7所述的用于軸向柱塞機(jī)器中的靜壓推力軸承裝置，其中所說(shuō)配置在該柱塞反作用力的該合力的該作用點(diǎn)該一側(cè)的兩個(gè)靜壓襯墊的位置到該驅(qū)動(dòng)軸的距離比當(dāng)柱塞總數(shù)為Z時(shí)，與該柱塞數(shù)為 (Z-1)/2 相對(duì)應(yīng)的柱塞反作用力合力作用點(diǎn)與該驅(qū)動(dòng)軸的距離遠(yuǎn)。
9.一種用于軸向柱塞式機(jī)器的靜壓推力軸承裝置包括一個(gè)機(jī)殼，一個(gè)有多個(gè)缸孔的缸體，和多個(gè)可在相應(yīng)的缸孔中往復(fù)運(yùn)動(dòng)并固定在柱塞桿上的柱塞，所說(shuō)的柱塞以相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸傾斜的方式可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，其特征在于，與該缸體的傾斜角同步調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)一個(gè)節(jié)流面積的裝置，該節(jié)流面積由一個(gè)與其一個(gè)端面和與該缸體滑動(dòng)接觸、另一個(gè)端面與該機(jī)殼滑動(dòng)接觸的配油盤(pán)的壓油口相通的油槽和一個(gè)在前殼上的弧形、傾斜滑動(dòng)面內(nèi)的壓油口的密封區(qū)內(nèi)的油槽組成。
10.如權(quán)利要求
9所述的用于軸向柱塞機(jī)器的靜壓推力軸承裝置，其中布置在該配油盤(pán)上的油槽為楔形。
11.如權(quán)利要求
9所述的用于軸向柱塞機(jī)器的靜壓推力軸承裝置，其中布置在該密封區(qū)內(nèi)的該油槽為楔形。
專利摘要
用于軸向柱塞機(jī)器的靜壓推力軸承裝置包括裝在殼蓋中通過(guò)一個(gè)軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承驅(qū)動(dòng)軸的一個(gè)軸承套和多個(gè)靜壓襯墊。靜壓襯墊關(guān)于一個(gè)在驅(qū)動(dòng)軸垂直截面的軸線對(duì)稱布置，它們提高了用于軸向柱塞機(jī)器的靜壓推力軸承的性能和耐用性。
文檔編號(hào)F04B1/20GK87105809SQ87105809
公開(kāi)日1988年4月27日 申請(qǐng)日期1987年8月25日
發(fā)明者赤坂吉道, 中村一朗, 一柳健, 米谷榮一, 后藤安晴 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 日立建機(jī)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan