一種曲面滾道斜盤軸向柱塞泵及馬達的制作方法
【專利說明】一種曲面滾道斜盤軸向柱塞泵及馬達 所屬技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明涉及一種曲面滾道斜盤軸向柱塞泵及馬達，屬流體壓力機械技術(shù)領(lǐng)域。作 為泵是用于將旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)變成流體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置。該能量轉(zhuǎn)換裝置同時也是可 逆的，亦可作為馬達用于將流體壓力能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機械能輸出。
【背景技術(shù)】：
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，斜盤式軸向柱塞泵及馬達是液壓傳動中使用最廣的最重要的液壓動 力元件之一，其性能好壞是影響液壓系統(tǒng)工作性能的關(guān)鍵。然而柱塞泵及馬達的設(shè)計和制 造技術(shù)幾十年來鮮有變化，結(jié)構(gòu)老化，性能不良，可靠性差。問題主要集中在兩個方面：即柱 塞、滑靴和斜盤之間，柱塞和缸體之間這兩對關(guān)鍵的摩擦副，因為這兩對摩擦副是主要的產(chǎn) 生扭矩和傳遞扭矩的受力點、線、面，嚴(yán)重的不良摩擦狀態(tài)以致零件受損，引發(fā)故障和降低 效率，同時也是產(chǎn)生能量耗散、泄漏和流量脈動的地方。泵/馬達的性能和壽命與這些摩擦 副息息相關(guān)，因此摩擦副的改造和優(yōu)化也就成了軸向柱塞泵/馬達的最重要的關(guān)鍵技術(shù)之 〇
[0003] 現(xiàn)代液壓傳動的發(fā)展趨勢是輕型，高壓，大流量，高功率密度，高集成度及優(yōu)良的 動態(tài)性能?，F(xiàn)有技術(shù)中的斜盤式軸向柱塞泵及馬達多為單邊組合液壓缸和斜盤，單程作功， 回程則依靠易于疲勞損壞的部件--彈簧來壓緊和保持位置，難以做到"大流量"、"高壓"和 "高功率密度"，顯然不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的高標(biāo)準(zhǔn)要求，因此改進是必須的迫切的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中斜盤式軸向柱塞泵及馬達的柱塞、滑靴和斜盤之間滑動摩擦 副帶來的諸多問題，本發(fā)明采用滾動摩擦副，即在柱塞上設(shè)置徑向滾軸來實現(xiàn)滾動摩擦，普 通斜盤是無法與這樣的徑向滾軸構(gòu)成滾動摩擦副的，因此斜盤須要變形為一個具有扭轉(zhuǎn)的 曲面滾道的新型斜盤，這個曲面滾道應(yīng)該是柱塞在隨液壓缸缸體作圓周運動轉(zhuǎn)動一周和柱 塞相對液壓缸作軸向往復(fù)運動正好往復(fù)一次的復(fù)合運動時，始終與能柱塞上的徑向滾軸保 持徑向線接觸并且連續(xù)、平滑、圍繞一周首尾無縫相接的曲面。這樣的曲面滾道與柱塞上的 徑向滾軸就能夠構(gòu)成滾動摩擦副，而取代現(xiàn)有技術(shù)中的柱塞、滑靴和斜盤之間的滑動摩擦 畐IJ。應(yīng)當(dāng)指出這樣的曲面滾道可以是無限多的，為了清晰、準(zhǔn)確地描述這類曲面滾道，下面 仍以平面斜盤的基本特性為標(biāo)準(zhǔn)，闡述一個理想的抽象的曲面滾道斜盤。
[0005] 圖1是曲面滾道斜盤形成示意圖，其中所有點都能在圖2中找到相應(yīng)標(biāo)記，通過抽 象的點、線可以更清晰地描述曲面滾道的特征。圖1中S是假想斜盤平面，S與圓柱面交切 的傾斜角為9,而交切得到的橢圓圓周的頂點分別是a和c，o點是橢圓的中心點，圖2中的 徑向滾軸軸體（5)可以抽象表示為線段ab，根據(jù)平面斜盤的基本特性：線段ab作勻速圓周 運動轉(zhuǎn)動一周，同時沿軸向平移作勻速往復(fù)運動正好往復(fù)一次的復(fù)合運動。從圖中可以確 定a點在復(fù)合運動中的軌跡就是橢圓的圓周，線段ab垂直于主軸軸線，其與假想斜盤平面 s的夾角是0，從圖中可以看出，在復(fù)合運動中，b點的空間位置決定了 0的值是不斷變化 的。線段ab平移行程的一半同時沿圓周轉(zhuǎn)90度，在圖上可以推斷a點和b點都將重合于o 點，這顯示線段ab完全落到平面s上，也就是表明夾角0的值不斷減小直至降為零，而從 90度到180度，線段ab轉(zhuǎn)到平面s的另一邊，夾角0應(yīng)為負(fù)值并繼續(xù)減小，直至與cd重 合，于是可以確認(rèn)b點的軌跡就是圖中的虛線bd。從180度到360度，正是線段ab平移往 復(fù)運動的返程，所以將重復(fù)圖中軌跡只不過是在橢圓圓周的另一邊，并且還原到初始位置， 所形成的曲面兩者完全對稱?，F(xiàn)在可以簡略地描述這個曲面就是沿著橢圓圓周向外寬度為 ab的扭轉(zhuǎn)的閉合的曲面，由這個假想的曲面將徑向滾軸的實際尺寸及錐度考慮進去，就可 得到實際的曲面滾道了。事實上這一實際的曲面滾道是可以修正的，以改善速度、扭矩的輸 出和降低噪聲為目的的優(yōu)化也可說是必須的，但萬變不離其宗，"宗"就是這個理論的曲面 和由此建立的滾動摩擦副。
[0006] 徑向滾軸與柱塞的相對位置關(guān)系也可以有多種選擇，這里列出三種：一種是在柱 塞的端部，一個是沿徑向設(shè)在柱塞的內(nèi)側(cè)，而第三是沿徑向設(shè)在柱塞的外側(cè)，當(dāng)然曲面滾道 則相應(yīng)與之相對設(shè)置，這樣就可在柱塞的端部、內(nèi)側(cè)或外側(cè)建立滾動摩擦副。
[0007] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題所采用的技術(shù)方案是：一種曲面滾道斜盤軸 向柱塞泵及馬達，由曲面滾道斜盤、液壓缸體、柱塞、徑向滾軸、主軸、配流系統(tǒng)及端蓋等支 承、封閉部件組成，其特征在于：所述曲面滾道斜盤是一具有扭轉(zhuǎn)的曲面滾道的斜盤，這個 曲面滾道是柱塞在隨液壓缸缸體作圓周運動轉(zhuǎn)動一周和柱塞相對液壓缸作軸向往復(fù)運動 正好往復(fù)一次的復(fù)合運動時，始終能與柱塞上的徑向滾軸保持徑向線接觸并且連續(xù)、平滑、 圍繞一周首尾無縫相接的曲面，所述徑向滾軸是指其軸線與所述液壓缸缸體和所述主軸的 徑向線重合的滾動體，設(shè)置在所述柱塞的端部或內(nèi)側(cè)或外側(cè)與所述曲面滾道斜盤構(gòu)成滾動 摩擦副，所述徑向滾軸設(shè)置有至少一組軸承和滾子。
[0008] 柱塞和缸體之間這對摩擦副，也是現(xiàn)有技術(shù)中斜盤式軸向柱塞泵及馬達的軟肋， 柱塞和缸體之間的滑動摩擦要求配合極其精密，但是在柱塞與斜盤作用時會產(chǎn)生扭矩使柱 塞和缸體之間的摩擦面偏移，造成局部嚴(yán)重磨損，同時柱塞與斜盤作用還會產(chǎn)生一個側(cè)向 撬動力，尤其是在柱塞伸出缸體較長的懸臂狀態(tài)時損害更為嚴(yán)重，其帶來的問題不言而喻。 這也是現(xiàn)有技術(shù)中斜盤式軸向柱塞泵及馬達適應(yīng)高壓的能力受到局限，斜盤的傾斜角想要 增大也受到局限的根本原因。本發(fā)明采用設(shè)置導(dǎo)軌的方法來解決這個難題：讓柱塞或柱塞 的附加構(gòu)件在導(dǎo)軌的導(dǎo)向槽的導(dǎo)向作用下作軸向往復(fù)運動并通過導(dǎo)向槽傳遞扭矩，那么柱 塞無論運動到什么位置這個扭矩都不會影響到柱塞和缸體之間的滑動摩擦面。導(dǎo)軌也同時 起到穩(wěn)定徑向滾軸保持徑向的定位作用，導(dǎo)軌須集合組成一定結(jié)構(gòu)形式來適應(yīng)每一個柱塞 的導(dǎo)向要求，原則是導(dǎo)軌不可阻斷曲面滾道和影響徑向滾軸在滾道上的運行，
[0009] 根據(jù)前述曲面滾道斜盤軸向柱塞泵及馬達，其特征在于：增加設(shè)置了導(dǎo)軌組合體， 所述導(dǎo)軌組合體是由多個導(dǎo)軌組合而形成的外形如圓柱狀的結(jié)構(gòu)件，所述柱塞或柱塞的附 加構(gòu)件在所述導(dǎo)軌組合體的導(dǎo)向槽內(nèi)作軸向往復(fù)運動并且不能偏移和轉(zhuǎn)動，從而達到穩(wěn)定 所述徑向滾軸保持徑向的定位作用，并通過所述導(dǎo)軌組合體傳遞扭矩。
[0010] 現(xiàn)有技術(shù)中的斜盤式軸向柱塞泵及馬達多為單邊組合液壓缸和斜盤，單程作功， 本發(fā)明采用雙液壓缸體的設(shè)計，兩個在相同圓周上有相同數(shù)目的分缸的液壓缸體對置作為 組合液壓缸，在柱塞的中間位置設(shè)垂直于柱塞軸線的徑向滾軸，柱塞兩端分別與對置的液 壓缸體中的兩個分液壓缸配合組成雙作用軸向柱塞液壓缸。于是，在柱塞運動的每一瞬間， 其在對置兩分缸缸內(nèi)的長度之和不變，消除了柱塞伸出懸臂過長的缺陷，這樣就大大降低 了扭矩、撬動力的負(fù)面影響，同時有了雙作用軸向柱塞液壓缸也就具備了雙向作功的基礎(chǔ) 條件。
[0011] 有了雙作用軸向柱塞液壓缸當(dāng)然就需要雙斜盤使之與徑向滾軸分別構(gòu)成滾動摩 擦副，將單程作功改變?yōu)殡p向作功，將兩個曲面滾道斜盤其中之一調(diào)轉(zhuǎn)180度然后對置，使 其曲面滾道相向，即構(gòu)成一個循環(huán)封閉的滾道槽，柱塞中間的徑向滾軸置于滾道槽中，分別 與兩個曲面滾道斜盤作用。這一設(shè)計帶來的更為顯著的效果是：組合液壓缸缸體內(nèi)所有成 對的雙作用軸向柱塞液壓缸除在其配流切換的位置外都在作功，大大提高了功率密度，同 時改變了現(xiàn)有技術(shù)中斜盤式軸向柱塞泵及馬達產(chǎn)生單邊扭矩和輸出扭矩、壓力不勻衡，有 較大波動的狀態(tài)，并且取消了易于疲勞損壞的回程壓緊彈簧。
[0012] 到現(xiàn)在再來回看這項發(fā)明的總體設(shè)計，雖然仍稱之為"曲面滾道斜盤"，實際上已 脫離了斜盤的形制和概念，是一種全新的產(chǎn)品設(shè)計，從機構(gòu)理論的層面上來分析這是一種 極少被運用到的"內(nèi)圓柱面凸輪機構(gòu)"，然而對于這個產(chǎn)品而言，曲面滾道的選擇、設(shè)計和優(yōu) 化至關(guān)重要，保留斜盤的概念是有益的
[0013] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題所采用的技術(shù)方案是：所述液壓缸體增為組 合液壓缸體，所述組合液壓缸體是指兩個在相同圓周上分布相同數(shù)目的分液壓缸的缸體的 組合，所述柱塞為不同于普通柱塞的雙頭柱塞，所述雙頭柱塞指其兩端為同一軸線的柱塞， 而在中間位置有與其軸線相垂直的所述徑向滾軸，所述組合液壓缸體其分液壓缸缸口兩兩 相對并與所述雙頭柱塞組成雙作用軸向柱塞液壓缸，所述導(dǎo)軌組合體置于所述組合液壓缸 的兩個缸體之間，其導(dǎo)軌槽的個數(shù)與所述組合液壓缸中雙作用軸向柱塞液壓缸數(shù)目相等， 即每一導(dǎo)軌槽對應(yīng)一個所述雙頭柱塞和所述徑向滾軸，所述曲面滾道斜盤增為兩個，其中 之一調(diào)轉(zhuǎn)180度后對置，使其曲面滾道相向，從而形成一個可容所述徑向滾軸在其間滾動 的封閉、循環(huán)的滾道槽，所述徑向滾軸的軸體上設(shè)有滾動軸承和滾子，分別與兩個所述曲面 滾道斜盤構(gòu)成滾動摩擦副。
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