CN100383387C - 液压泵和马达 - Google Patents

Abstract

一液压单元包括一驱动轴(52)装配在管体(54)并连接到一在中心轴线上的扭矩盘(80)。一弯曲轴线运动单元(60)具有一轴套连接到管体在轴套的支撑下旋转。气缸体的气缸中的中空活塞(100)使流体流入扭矩盘并形成总管而不需要经过流体通过一接合组件枢转气缸体。

Description

液压泵和马达

技术领域

本发明属于连续可变的流体力学泵和马达，特别是一有效的和经济的弯曲轴泵和马达。

背景技术

在工业中，电机不适合的场合，液压泵和马达得到广泛应用。需要可靠和简易的控制，耐用的，长寿命的可变排水泵/马达。

发明内容

本发明的一个目的是通过提供改善的液压泵和马达。

这些和其他目的通过具有旋转件和非旋转件的泵/马达实现。每个非旋转泵部件装配在机架的倾斜机构内。非旋转部件的倾斜轴线横向位于旋转部件的旋转轴。泵/马达的位移由非旋转部件的倾斜角度控制。一倾斜角度控制装置和机架连接，和非旋转部件连接并调整倾斜角度。

附图说明

本发明及其目的和优点在阅读下面的较佳实施例及其附图后可以更好的理解。

图1是根据本发明的泵/马达一个方案的驱动轴端透视图；

图2是图1中显示的泵/马达单元的驱动轴端透视图，但后机架移开；

图3是图2中显示的泵/马达单元的后端透视图；

图4是图1中显示的泵/马达单元的正视剖面图；

图5和5a是分别从图4中扭矩盘的活塞端和总管端的透视图；

图6和8是分别从图5和图5a显示的扭矩盘的活塞端和总管端的正视图；

图7是图6中扭矩盘从线7-7的剖面正视图；

图9-11是图4中的一个活塞单元的各个视图；

图12-16是图4显示的气缸体单元的各个视图；

图17-21是图4显示的轴套单元的各个视图；

图22-24是图4显示的导向管的各个视图；

图25-30图4中显示的管体的各个视图；

图31是图4中沿线31-31的剖面正视图；

图32-33是图1-3显示位移控制总成的剖面图；

图34-37是图1-3和32-33的控制活塞的各个视图；

图38-40是图32-33显示的位移控制总成液体补给流网络的各个视图；

图41是使用圆柱形套筒以代替图1-4中使用轴套装置的实施例控制位移的本发明的第二实施例的剖面正视图；

图42-45是图41显示的气缸体的各个视图；

图46-49是图41显示的滑块的各个视图；

图50-54是图41显示的圆柱形套筒和控制气缸的各个视图。

具体实施方式

翻到附图，特别是图1，显示了一可变位移液压泵/马达50，具有驱动轴52为了旋转其轴颈在总管单元54的滚针轴承53，55上，该细节在图25-30显示。驱动轴在其输出端56刻键槽以供驱动或从动部件扭矩接合。管体54有一前装配法兰以连接涉及的驱动或从动设备，示意图57显示。泵/马达50可以作为泵或者马达使用，取决于是以机械扭矩的形式向驱动轴52输入能量(此种情况下作为泵使用)或者以液压液体流的形式向驱动轴52输入能量(此种情况下作为液压马达)。

后机架58用来封闭泵/马达50的运动总成60，如图2所示，图3中后机架58被移开。后机架58通过紧固件，如艾伦头机器螺栓64或类似件，和总管单元54的后法兰62连接。后机架58端的整体套筒66接合一位移控制总成70，泵或马达50的位移通过其可以从零连续变化到其全位移。位移控制70的操作在下面详细解释。

驱动轴52有一内端73刻有键槽并和配合花键在扭矩盘80的轴向开口75啮合，细节在图5-8显示。扭矩盘80支持泵/马达50在驱动轴52的末端绕轴线82的旋转。换句话说，对于具有更紧凑运转循环的泵/马达，可以去掉驱动轴52的内部滚针轴承，扭矩盘80可以支持如图41中的实施例的大直径滚针轴承。该大直径滚针轴承可以由安入前机架54后部的柱面轴向突出轴套88的坚硬的支撑环(未示)支撑。一端口盘90插入到总管单位54的后部的浅圆柱形凹槽89与扭矩盘80的前表面接触，其目的在下面祥述。

如图4-8所示，扭矩盘80具有许多围绕扭矩盘相等距离排列的开口92，通过其后部或者活塞端面94和其前部或总管端面95连接。每个开口92包括具有球形槽或扭矩盘的后面94的球形座的插入件97的阶梯状的柱面孔96，及开口于前表面95的肾状插槽98。图9-11的详细描述的活塞100，每个具有球形活塞头102分别与开口92的插入件97的球形座啮合，在活塞100中通过孔104与开口92液体连通。活塞头102以将插入件97的尾部锤过活塞头部的方式保留在插槽96中，插入件通过螺栓109在扭矩盘80的后部保持在护圈盘106的位置。每个活塞由窄颈105和具有环形槽108的轻微扩口裙以连接活塞环(未示)。扭矩盘80在操作上只有适度应力，所以它可以有经济的金属结构，可以减少泵/马达50的成本。端口盘90在其磨损的情况下也可有轻松的位移。换句话说，管体54的后表面可用作端口盘，如下面详细描述的，作为不需修理或重建的经济单元。

气缸体110，图12-16所示，包括许多在气缸体的前端部开口的封闭气缸112。该气缸112的尺寸可以接收活塞100的裙部107。中心孔114沿气缸体110伸展，平面环形浅凹槽116与气缸体110的后表面匹配，与孔114同心，接收安装固定于总管54的耳轴137的轴套120的轴承孔119内的圆锥滚柱轴承118的外部的末端，如图3和31所示。图17-21详细显示了轴套。轴套120提供了气缸体110的轴向支撑，并支撑轴承柱121，如图4显示，和其后端通过一坚固的艾伦头机械螺栓122连接。两个圆锥滚柱轴承118和123装配于轴承柱121以支撑气缸体110。

图22-24显示的轴向导向管125，装配于驱动轴52末端的球形槽91提供一波动弹簧124的反作用平面，预加载扭矩盘80和端口盘90以确定泵/马达50启动时其间的液体紧密界面。一帽127用一扣环锁紧波动弹簧124保持于导向管125，法兰套129座于导向管125相对于气缸体的末端。轴向加载力通过导向管125的内端的球形滚珠128传输到扭矩盘80，传向插槽91和驱动轴52，然后通过驱动轴52和扭矩盘80间的扣环传向扭矩盘80。

护圈盘106和插入件97的孔啮合以使其保持在孔96中并在活塞100的末端的球形滚珠102的直径上支撑插入件97，并使活塞100上加载的扭矩最小。活塞100施加的横向力由插入件97承受并直接传输到护圈盘106，然后传到由轴承53，55反作用的驱动轴52。扭矩盘80和驱动轴52的花键连接的75-73可减轻承受这些横向力。

球形滚珠128的轴孔93提供插槽91的球形滚珠128的球形表面的驱动轴轴孔的润滑油流，还有通过导向管125至轴承118和123的润滑油流。换句话说，机架可以将全部运动总成60充满润滑油。插槽91的球形滚珠128的曲率中心位于包括所有球形活塞的曲率中心和插入件97的球形座的横平面。

如图3，4和17显示，轴套120支撑气缸体110，承受气缸112中的液压，围绕弯曲轴82A旋转。从基环132伸出的一对臂130，通过轴套120接收销140每个臂130的轴承孔135支撑在耳轴137。耳轴137具有孔138通过旋转轴139横向于中心轴82并位于包括球形滚珠128的曲率中心和球形活塞头102的同一横向平面。轴套120的枢轴139允许气缸体保持在邻近弯曲轴82A的旋转轴线而与轴套120的倾斜角度无关。

弯曲轴82A的角度产生轴线82，以及泵/马达50的位移，由位移控制单元70控制。位移控制单元70包括领先-落后值用来控制轴套120的倾斜角度。如图3和32所示，位移控制单元70与轴套120的曲柄臂145连接，并与连接销147啮合，与嵌入主控制活塞150的槽口149的结合块148连接，如图3和32-37所示。伺服马达或步进马达155移动一控制杆160和控制活塞150的孔170的控制线圈165连接。控制活塞150被系统液压驱动到图32显示的控制线圈165的位置，推动曲柄臂145的接合块148和连接销147。当轴套绕其枢轴139转动时，枢轴曲柄臂145的横向运动单元在槽口149由接合块148调节。

移动控制活塞150的系统压力，如图38-40所示，由泵/马达50的高压总管176的流体通道175提供，如图38所示，控制活塞的低压端与低压端口180通过低压流体通道182液体连通。

操作时，泵或马达连接到接合高压或低压端口175和180的液体流。驱动轴52连接到驱动或被驱动设备且流体通过端口175和180流入泵/马达50。如果该单元作为泵操作，驱动轴52驱动并旋转扭矩盘80，通过活塞驱动气缸体120。气缸体的弯曲轴造成气缸112的活塞在气缸体的每个旋转的全循环往复。气缸112通过活塞100的流体位移和扭矩盘80通过开口连通，和端口盘90的肾状开口连通，如图26所示。位移通过气缸体轴线82A和中心轴线82的倾斜角Φ使用位移控制总成70控制。

系统压力用来在所有负载和位移条件下使用固定和控制的流体轴承浮动端口盘上的扭矩盘80，如图5a和图6所示。固定的流体轴承是“负平衡”轴承，该轴承可以承受由扭矩盘80的活塞施加的大约50％的轴向负载，而控制的“过平衡”流体轴承将承受大约150％的轴向负载。

固定的流体轴承由端口98的液压供给。控制的液压轴承为，浅单体楔形凹槽185放射状的伸出端口98和扭矩盘80的活塞座。楔形凹槽185由环绕在每个接地框架186间沿展的具有浅放射轮辐槽188的平台框架186确定。孔189从每个楔形凹槽185的中心伸出到阶梯孔92，在系统压力下供应流体给楔形凹槽185，以提供流体压力来支撑在端口盘90的流体垫上的扭矩盘80。孔190(图7所示)压入孔189以限制凹槽185的流速。受控制的流体轴承超出的负载承载能力将扭矩盘80从端口盘90分开到这种程度以致在框架186周围进入凹槽187和188的泄漏流体超出经由孔190的流动能力，并在在阶梯孔92和楔形凹槽185之间孔的横向上产生流体压力下降。该压力下降减少由受控制的流体轴承所施加的轴向力，直到扭矩盘80和端口盘90间达到平衡，即两个流体轴承施加的轴向力正好平衡活塞施加的轴向力。本流体轴承的泄漏通过正确选择凹槽直径可以限制在可以接受的水平，达到通过轴承的泄漏和扭矩损失的平衡。

本弯曲轴实施例的优势在于具有更高的效率和能量密度，可以减少尺寸，重量，复杂性和成本，比同样大小的旋转斜盘单元运转的更快。这样可以使用使弯曲轴单元旋转更快的传动比，当作为马达使用时增加其扭矩和能量输出，作为泵使用时增加其流动能力。

图41-54显示了本发明的另一实施例，气缸体199相对于滑块200的前表面201运行，如图46-49所示。滑块200有一在支撑块210的圆柱凹槽208内滑动的圆柱形后表面202。滑块200有一中心开口212接收销218的球形旋钮215，并按入控制活塞220的横孔，通过圆柱形凹槽的槽216沿展。控制活塞220，和图2，3和32-37显示的控制活塞操作相似，在气缸222内的支撑块210内运转。运动单元的位移通过控制气缸轴线82A和中心线82的倾斜角度控制，使用控制活塞220，其在气缸222的位置由与伺服马达或步进马达155的控制活塞220的孔内的控制线圈165连接的控制杆160的位置控制，如图1-4的实施例所示。

气缸体199的每个气缸224的底板有孔225接纳有限的压力液体进入每个气缸后面的浅凹槽227，组成气缸体的流体轴承。每个气缸的压力按照每个行程阶段和输入速度，扭矩或压力变化。流体轴承平衡每个气缸224的后部压力提供的孔225足够大以使液体流进入凹槽227以弥补泄漏。

径向滚针轴承230环绕扭矩盘80以提供扭矩盘的径向支持，通过活塞100反作用横向力。径向滚针轴承230对应于连接到管体54的圆柱形套筒235运转。本实施例中，圆柱形套筒235是机架240的主要部分，环绕气缸体195和在其后部提供装配法兰242以连接支撑块210至管体，反作用气缸体195的轴向力至管体。

显然，还可能有许多上述较佳实施例的其它的修改，结合和变化，对于本领域技术人员是显而易见的。例如，上述的较佳实施例的许多功能和优点，在本发明的一些应用中，不需要所有的功能和优点。这样，我们预期本发明的应用会使用比全部说明的功能和优点更少。此外，本发明的一些形式和实施例在这里揭示，但并不是所有的都要求权利，虽然所有的都被涵盖在主权利要求内。然而，我们倾向于每个和所有的形式和实施例，以及这里的相同物，在随后的权利要求内包含和被保护，对于一些单独的形式缺乏权利要求也不意味着向公众公开。从而，所有的实施例，形式，修改和变化以及等同物，都在本发明的精神和范围内，并在随后的权利要求中确定。

Claims (16)

1.一种液压泵，包括：

一装配在中心轴线上的管体的驱动轴；

一连接到所述驱动轴以进行扭矩传输的扭矩盘；

一具有基部的弯曲轴单元，连接到所述管体以围绕横向位于所述中心轴线的旋转轴线转动；

一气缸体被所述基部支撑并旋转，所述气缸体的封闭气缸中具有中空活塞，所述活塞具有球形活塞头与所述扭矩盘的球形槽啮合；

流体流动通道通过所述扭矩盘连通，当所述活塞通过所述气缸体围绕所述基部的旋转转入所述气缸，当所述基部与所述气缸体对于所述扭矩盘在交叉线上有一倾斜角度时，在所述气缸中传输液压；

所述扭矩盘具有一液压流体轴承用于在所述管体的承压液体薄膜上支撑所述扭矩盘；

所述液压流体轴承包括，通过所述扭矩盘连通的所述流体流动通路中的流体压力所提供的负平衡部分和在系统压力下通过所述单体凹槽的孔被供给流体的具有浅单体凹槽的过平衡部分，在系统压力下，所述孔具有有限的流动速率进入所述凹槽；

由此在所述凹槽内的液压将所述扭矩盘和所述管体分开，且通过所述孔以超过所述限制速率的速率泄漏出所述凹槽，产生一通过所述孔的流体压力落差并因此减少所述过平衡部分施加的轴向力，直到扭矩盘和所述管体的轴向排列达到平衡，其位置是两个流体轴承施加的轴向力正好与所述活塞在所述扭矩盘上的轴向力平衡。

2.如权利要求1所述的一种液压泵，其中：

所述基部包括具有一对从轴套基部伸出的臂，每个臂枢轴连接于所述管体以围绕位于包含所述球形活塞头的曲率中心的平面上的所述枢转轴枢转；

由此所述气缸体保持其旋转轴线围绕所述弯曲轴旋转，与所述轴套的倾斜角度无关。

3.如权利要求1所述的一种液压泵，还包括：

控制气缸中的控制活塞，所述控制活塞位于所述控制气缸中，由连接着所述控制活塞的孔中的控制线圈的控制杆定位。

4.如权利要求1所述的一种液压泵，其中：

所述基部包括一具有圆柱形后表面的滑块，该滑块在支撑块的圆柱形凹槽内滑动。

5.如权利要求4所述的一种液压泵，还包括：

控制气缸中的控制活塞，所述控制活塞由连接着所述控制活塞的孔中的控制线圈的控制杆定位于所述控制气缸；

所述滑块具有一中心开口，接收从所述控制活塞伸出的销，以控制所述气缸体轴线和所述驱动轴的中心轴线的倾斜角度。

6.如权利要求1所述的一种液压泵，还包括：

一径向轴承在所述管体的位置径向支撑所述扭矩盘。

7.如权利要求6所述的一种液压泵，其中：

所述径向轴承环绕所述扭矩盘，并将由所述活塞通过所述径向轴承施加在所述扭矩盘上的横向载荷直接反作用到与所述管体相连接的支撑圆柱形套筒上。

8.如权利要求6所述的一种液压泵，其中：

所述径向轴承环绕所述驱动轴并直接通过所述驱动轴和所述扭矩盘的接合支撑所述扭矩盘。

9.如一种液压马达，包括：

一装配在中心轴线上的管体的驱动轴；

一连接到所述驱动轴以进行扭矩传输的扭矩盘；

一具有基部的弯曲轴单元，连接到所述管体以围绕横向位于所述中心轴线的旋转轴线转动；

一气缸体被所述基部支撑并旋转，所述气缸体的封闭气缸中具有中空活塞，所述活塞具有球形活塞头与所述扭矩盘的球形槽啮合；

流体流动通道通过所述扭矩盘连通，当所述活塞通过所述气缸体围绕所述基部的旋转转入所述气缸，当所述基部与所述气缸体对于所述扭矩盘在交叉线上有一倾斜角度时，在所述气缸中传输液压；

所述扭矩盘具有一液压流体轴承用于在所述管体的承压液体薄膜上支撑所述扭矩盘；

所述液压流体轴承包括，通过所述扭矩盘连通的所述流体流动通路中的流体压力所提供的负平衡部分和在系统压力下通过所述单体凹槽的孔被供给流体的具有浅单体凹槽的过平衡部分，在系统压力下，所述孔具有有限的流动速率进入所述凹槽；

由此在所述凹槽内的液压将所述扭矩盘和所述管体分开，且通过所述孔以超过所述限制速率的速率泄漏出所述凹槽，产生一通过所述孔的流体压力落差并因此减少所述过平衡部分施加的轴向力，直到扭矩盘和所述管体的轴向排列达到平衡，其位置是两个流体轴承施加的轴向力正好与所述活塞在所述扭矩盘上的轴向力平衡。

10.如权利要求9所述的一种液压马达，其中：

所述基部包括具有一对从轴套基部伸出的臂，每个臂枢轴连接于所述管体以围绕位于包含所述球形活塞头的曲率中心的平面上的所述枢转轴枢转；

由此所述气缸体保持其旋转轴线围绕所述弯曲轴旋转，与所述轴套的倾斜角度无关。

11.如权利要求9所述的一种液压马达，还包括：

控制气缸中的控制活塞，所述控制活塞位于所述控制气缸中，由连接着所述控制活塞的孔中的控制线圈的控制杆定位。

12.如权利要求9所述的一种液压马达，其中：

所述基部包括一具有圆柱形后表面的滑块，该滑块在支撑块的圆柱形凹槽内滑动。

13.如权利要求12所述的一种液压马达，还包括：

控制气缸中的控制活塞，所述控制活塞由连接着所述控制活塞的孔中的控制线圈的控制杆定位于所述控制气缸；

所述滑块具有一中心开口，接收从所述控制活塞伸出的销，以控制所述气缸体轴线和所述驱动轴的中心轴线的倾斜角度。

14.如权利要求9所述的一种液压马达，还包括：

一径向轴承在所述管体的位置径向支撑所述扭矩盘。

15.如权利要求14所述的一种液压马达，其中：

所述径向轴承环绕所述扭矩盘，并将由所述活塞通过所述径向轴承施加在所述扭矩盘上的横向载荷直接反作用到与所述管体相连接的支撑圆柱形套筒上。

16.如权利要求14所述的一种液压马达，其中：

所述径向轴承环绕所述驱动轴并直接通过所述驱动轴和所述扭矩盘的接合支撑所述扭矩盘。

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