CN101155989A - 静液压活塞机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静液压活塞机构，包含延伸穿过筒鼓单元的传动轴(2)。在此静液压活塞机构中，圆柱形空隙(18、19)设置在所述筒鼓单元中。以可移动方式设置在所述圆柱形空隙(18、19)内的活塞(16、17)通过抗扭方式与传动轴(2)相连。筒鼓单元在设置于传动轴(2)上的轴承(32、32’)上居中。所述筒鼓单元由在其中包含有多个圆柱形空隙(18、19)的筒鼓(20、21)组成。

Description

静液压活塞机构

技术领域

本发明涉及一种具有筒鼓单元的静液压活塞机构，所述的筒鼓单元具有穿过其中的传动轴和以抗扭方式设置在所述传动轴上的活塞。

背景技术

从PCT/NL03/00017中获悉一种静液压活塞机构，其中传动轴穿过第一和第二筒鼓(cylinder drum)单元。承载板对称地固定在两个筒鼓单元之间的传动轴上。被可移动地安装在筒鼓单元中的筒空间中的活塞被彼此相反地设置在承载板上。每个所述筒鼓单元的旋转轴线相对于传动轴的轴线成一定角度。以这种方式，以抗扭方式连接到传动轴的活塞在筒空间内执行冲程式运动。所述筒空间构造于单独的筒中，所述筒支撑在共用鼓板上并且与共用鼓板形成筒单元。为防止筒脱离鼓板，构造保持装置，用于允许筒径向运动。这种通用的可移动的结构允许筒进行补偿运动，由于活塞在承载板上的固定结构和筒鼓单元相对于传动轴的轴线的倾斜角度，这种补偿运动是必要的。

所描述的结构具有的缺点，尤其是在高转速时具有的缺点在于，运转时的离心力会导致在筒的部分上产生俯仰力矩。筒虽然通过保持装置而与鼓板分别保持接触，但是，由于筒上只有很小支撑面承受运转时的作用力，大量部件相互移动而产生很大程度的磨损。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种静液压(hydrostatic)活塞机构，其避免了由于筒鼓单元的大量部件相互作用带来的上述不利之处。

在根据本发明并具有权利要求1中特征的静液压活塞机构中，筒鼓单元同样具有穿过其中的传动轴。穿透进入筒鼓单元中的圆柱形空隙中的活塞以抗扭方式连接到传动轴。不同于现有技术的是，圆柱形空隙连带设置在形成筒鼓单元的筒鼓内。这种以紧凑形式设计的筒鼓在设置在传动轴上的轴承上整体居中。因此，筒鼓中的单独圆柱形空隙不执行任何独立运动。相反地，其实现了筒鼓相对于传动轴旋转轴线的整体居中。由于筒鼓本身的一体式的设计，单独的圆柱形空隙在离心力产生时同样不能执行任何俯仰运动。

由于防止了单独的筒的俯仰运动，所致的磨损将会减少。特别地，旋转方向的倾斜也被避免，例如，当设置在缸体中的活塞使得筒鼓单元进行旋转运动时，所述倾斜会在单独的筒中发生。

根据本发明的静液压活塞机构的进一步的有利展开，将体现在从属权利要求中。特别有利的是，将活塞通过枢接连接与传动轴相连。活塞通过枢接连接与传动轴的防扭连接所具有的优点在于，不必通过筒的移动进行全方向补偿。相反地，补偿运动可通过相对于传动轴的轴线具有不同倾斜角的活塞实现，这可通过枢接连接实现。

而且，有利的是，为实现此目的，为活塞提供球形头，所述球形头与在传动轴中或者在连接到所述传动轴的承载板中的对应的球形空隙相啮合。在这种情况下，承载板可设计为在传动轴本身上的径向加宽部分，例如，成为一体式锻件。同样可以想到的是，提供具有齿系统的传动轴，所述齿系统与独立制造的承载板啮合，从而与承载板形成抗扭连接。由于在活塞和传动轴之间的枢接连接结构，活塞轴线相对于传动轴轴线有可能倾斜。同时，由于活塞以球接合的形式固定在承载板上，因而可实现传动轴与活塞之间的直接抗扭连接。

为了防止当活塞穿透进入圆柱形空隙时由于活塞轴与筒内壁接触阻碍旋转，在活塞的密封部与枢接连接之间构造锥部。锥部的孔径角优选地对应于筒鼓的预期最大倾斜角。

所述筒鼓居中优选地通过构造在传动轴上的轴承实现。为实现此目的，优选地设计为孔的筒鼓的中心通孔，以居中的方式与设置在传动轴上的轴承相互作用。在这些情况下，轴承优选地在传动轴侧构造为球形传动轴部。

根据一种简单的实施例方式，在筒鼓与传动轴之间的转矩可以通过设置在圆柱形空隙中的活塞形成。不过，根据一种优选实施例方式，在球形传动轴部分与筒鼓之间提供夹带元件。筒鼓和传动轴的球形部分通过所述的夹带元件以抗扭方式相互连接。在这种情况下，特别优选的是，夹带元件固定于传动轴中并与筒鼓中的夹带槽啮合。在筒鼓中的通孔中的夹带槽的构造方式确保所述筒鼓的轴线的倾斜角可以相对于传动轴的旋转轴线发生变化。

还可以想到的是，夹带元件以固定的方式设置在筒鼓内，而不是设置在球形传动轴部分的区域中。相应地，夹带槽设置在所述的球形传动轴部分中。还可能的是，提供多个夹带元件，其优选地均匀分布在周界上。

为了获得可能的最佳密封效果，活塞环优选地设置在活塞上其密封部中。所述活塞环例如设计为插入活塞在密封部区域中一侧的对应的凹槽中。活塞环优选地同样具有球形的外轮廓设计。

改善在活塞与对应圆柱形空隙之间的密封效果的另一种可能方式为，在密封部的区域中构造薄壁活塞轴。这种在密封部的区域中的薄壁活塞轴能够使在筒内部的主导压力弹性扩张所述活塞轴，因而该活塞轴的外轮廓以密封方式对圆柱形空隙施加作用。这可以通过在活塞中的空隙以一种特别简单的方式实现，所述空隙位于背离所述枢接连接的一侧上。

为了防止在进入冲程中活塞脱离承载板，优选地提供收缩圆盘，用于将活塞沿轴向方向固定在所述承载板上。在这种情况下，所述收缩圆盘的设置方式使得活塞相对于承载板的倾斜不受阻碍。所述收缩圆盘作为枢接连接的构成部分而将活塞封闭。为实现此目的，在收缩圆盘中提供容纳活塞头并具有球形轮廓的空隙。

附图说明

根据本发明的静液压活塞机构的优选的示例性实施例显示在附图中，并将在以下的描述中以更详细的方式进行说明。在所述附图中：

图1是根据本发明的静液压活塞机构的第一示例性实施例的纵向剖面图；

图2是根据本发明的静液压活塞机构的第二示例性实施例的纵向剖面图；和

图3是图2中部分III的放大示意图。

具体实施方式

根据本发明的静液压活塞机构1的第一示例性实施例的纵向剖面如图1所示。所述静液压活塞机构1具有传动轴2，所述传动轴安装在由第一部分3和第二部分4形成的壳体中。壳体的第一部分3和所述壳体的第二部分4具有大致罐状的构造。在这种情况下，通孔5构造于壳体的第一部分3中。在所示的示例性实施例中，所述通孔5设计为台阶孔。传动轴2的设置有齿系统6的末端突出穿过所述通孔5。

第一传动轴轴承7设置在台阶通孔5中。所述第一传动轴轴承7设计为锥辊轴承。在台阶通孔5中还提供密封元件，用于相对于壳体的第一部分3密封传动轴2。

在壳体的相反末端，台阶盲孔8构造于所述壳体的第二部分4中。第二传动轴轴承9同样被构造为锥辊轴承，并设置在所述台阶盲孔8朝向壳体内空间的部分中。

壳体的第一部分3和第二部分4分别具有周界法兰10和11。壳体的第一部分3和第二部分4在法兰10、11处通过螺钉12相互螺纹连接。

承载板13设置在传动轴2上并在壳体内部中大致居中。在所示示例性实施例中，所述承载板13与所述传动轴2设计为一体件。球形空隙14、15以接合凹部的形式包含在承载板13的两侧中。末端为球形头的活塞16、17插入所述球形空隙14、15中。在活塞与承载板13之间因而形成的枢接连接将在下文中参照图3再次详细说明。活塞16和活塞17设计相同。为了清楚，附图标记16和17分别仅指代活塞组中与筒鼓20、21相互作用的一个活塞。

活塞16、17利用它们的朝向远离形成在活塞16、17与承载板13之间的枢接连接的末端而分别突出进入在第一筒鼓20和第二筒鼓21中的圆柱形空隙18、19。在所述筒鼓20、21内，多个圆柱形空隙18或19分别在第一或第二圆周上被相互平行地设置。第一筒鼓20的共用圆周和第二筒鼓21的共用圆周优选为相同，并对应于将承载板13上的球形空隙14、15设置其上的圆周。

在每种情况下，在一个共用圆周上的圆柱形空隙18和19与对应设置于其中的活塞16、17之间分别形成封闭圆柱形容积。筒鼓20、21以相对于传动轴2的旋转轴线倾斜的方式设置。当筒鼓20、21以及传动轴2发生旋转时，活塞16、17分别在对应的圆柱形空隙18、19中执行冲程式运动，由此周期性缩小和扩大封闭圆柱形容积。筒鼓20和21分别支撑在斜圆盘22和23上。在所示示例性实施例中，所述斜圆盘22、23以固定方式设置，从而使第一筒鼓20和第二筒鼓21相对于传动轴2的轴线形成不变的倾斜角。不过，同样可能的是，使筒鼓20、21分别支撑靠在一个可调节的斜圆盘上，从而以可设置的方式设计冲程容积。在这种情况下，尤其是，可以对第一筒鼓20和第二筒鼓21的倾斜度分别提供独立的调节。另一种可能是，筒鼓20、21中的一个具有固定设置角，而筒鼓20、21中的另一个总是具有可以变化的枢转角。

在所示示例性实施例中，在每种情况下，涉及到两个泵或者两个马达。如图所示，各特征件仅对于其中一侧给出了说明，在相反一侧的特征件具有带撇号的对应的附图标记。

下述实施例涉及图1中左侧所示机构的单元，其包括斜圆盘22，第一筒鼓20和在其中执行冲程式运动的活塞16。所述实施例类似地涉及图1中右侧所示机构的第二单元。在每种情况下对应的结构元件关于中间平面26对称设置。

第一筒鼓20具有运转面25，通过该面，筒鼓20支撑靠在斜圆盘22的支撑面24上。为了防止所述斜圆盘22扭转，该斜圆盘通过在第一罐状壳体部分3中的定位销27固定在第一罐状壳体部分3的底部30上。当筒鼓20旋转时，圆柱形空隙18可通过圆柱形孔28周期性地连接到在斜圆盘22中的未示出的控制孔。在所示示例性实施例中，在每种情况下，以固定方式为第一筒鼓20和第二筒鼓21设定的枢转角，被提供给第一斜圆盘22和第二斜圆盘23。筒鼓20、21相对于传动轴2轴线的倾斜角由斜圆盘22、23上的楔形形状确定。斜圆盘22具有支撑面29并据此放置在壳体的第一部分3的底部30上。

第一筒鼓20具有被设计为圆柱形孔的中心通孔31。第一筒鼓20通过所述中心通孔31支撑靠在传动轴2的轴承上。传动轴2的轴承在所述传动轴2的外轮廓上被构造为球形轮廓部分32。在所示示例性实施例中，球形轮廓部分32本身通过传动轴2的成形直接形成。对于轴承，同样可以使用具有球形外轮廓的装配元件。在这种情况下，可以使用不同材料构造轴承和传动轴2自身，从而在例如缺乏润滑情况下实现改良的紧急运转性能。

为了防止筒鼓20脱离斜圆盘22，提供弹簧33，其通过支撑体34同样支撑靠在传动轴2上的轴承上。为实现此目的，所述支撑体34在其与在传动轴2上的轴承接触的区域中具有球形空隙，该球形空隙与所述轴承的球形轮廓部分32相对应。支撑体34的外径构造成环，并对应于第一筒鼓20的中心通孔31的内径。弹簧33在与支撑体34相反的一侧上支撑在插入筒鼓20的槽中的西格(Seeger)圆环35上。所述弹簧33沿筒鼓的轴线方向产生轴向力，该轴向力将筒鼓20的运转面25压向斜圆盘22上的支撑面24。

提供收缩圆盘36，以防止活塞16在进入冲程(intake stroke)中移出在承载板13中的球形空隙14。所述收缩圆盘36例如螺纹连接到承载板13，并且将活塞16的球形头43固定在相应的球形空隙14中。为实现此目的，收缩圆盘36具有与活塞16数量相同的多个孔37，这些孔同样具有球形轮廓并与活塞16的球形头43的外轮廓相对应。为实现此目的，活塞16在其突出超出球形空隙14的区域中也为球形。

活塞16具有润滑油孔38，润滑油孔38从活塞底部39延伸至所述活塞16相反侧的球形头43的平坦末端40。在枢接连接中，活塞16上的静液压负载的释放通过润滑油孔38实现。

根据本发明的静液压活塞机构1可以被用作泵或者马达。如果它被用作泵，则筒鼓20、21通过齿系统6被驱动。承载板13在所示示例性实施例中与传动轴2设计为一体件，并被设置为利用齿系统6通过传送至所述传动轴2的旋转运动而旋转。因此，相对于围绕传动轴2轴线的旋转而以抗扭方式连接到承载板13的活塞16、17，同样执行围绕所述传动轴2轴线的旋转。转矩分别通过活塞16和活塞17传给第一筒鼓20和第二筒鼓21。所述筒鼓20、21因而围绕其相对于传动轴2轴线倾斜的轴线而执行旋转运动。在此过程中，筒鼓20和21分别通过弹簧33和弹簧33’与斜圆盘22和23保持接触。由于传动轴2的旋转轴线相对于筒鼓20、21的旋转轴线倾斜，因此，活塞16、17在对应的圆柱形空隙18、19内执行冲程式运动，从而使在一次回转过程中通过可变圆柱形容积传输的压力介质可传输到相同的液压回路中或者不同的液压回路中。

在如图1所示的示例性实施例中，旋转筒鼓20、21所需的转矩分别由活塞16、17从承载板13传送至所述筒鼓20、21。在此过程中，所述活塞16、17执行倾斜运动，直至位于活塞16上的密封部41与活塞16的球形头43之间的锥部45和位于活塞17上的密封部42与活塞17的球形头44之间的锥部46分别与圆柱形空隙18和圆柱形空隙19接触为止。

活塞16具有邻接其底部的密封部41。所述密封部41为薄壁结构。在所示示例性实施例中，密封部41的薄壁结构设计通过包含于活塞16中并从底侧形成的空隙65实现。活塞16的外周在其密封部41中具有球形设计。这种球形外轮廓可通过结合活塞底部中的圆柱形空隙65实现，薄壁壁部66因而形成轮廓以实现球形外轮廓。

在传动轴2与筒鼓20、21之间转矩的传输的可替代方案如图2所示。在图2中，相同的附图标记指代在图1中已知的特征件。为了避免不必要的重复，整个活塞机构1’的更详细的描述将被省略。

在如图2所示的示例性实施例中，提供夹带元件50、51，用于在传动轴2与筒鼓20、21之间传送转矩。作为传动轴2与筒鼓20、21之间的转矩传送装置，所述夹带元件50、51具有相同的设计和相同的工作方式。因此，下述说明限于图2中左侧所示的夹带元件50。

夹带元件50具有圆柱形部分52。所述圆柱形部分52插入空隙53中。该空隙53的深度大于夹带元件50的圆柱形部分52的长度。所述夹带元件50径向突出超出传动轴2的轴承的球形轮廓部分32，突出部分构造为径向扩展区域54。夹带元件50的端面55构造于所述扩展区域54上，同样具有球形轮廓。沿夹带元件50的纵向轴线方向上，所述端面55可通过管道57连接到夹带元件50的相反端。径向扩展区域54与筒鼓20中的槽56啮合。

如将在下文中参照图3的描述，在可替代方案中，管道57可通过连接管道58而连接到由活塞16的平坦末端40在球形空隙14中形成的容积。以相同的方式，夹带元件51中的管道60可通过连接管道59而连接到在球形空隙15中在活塞17后部封闭的对应的容积。

活塞16、17的密封部41’、42’的第二种可替代实施例形式如图3所示。活塞17在密封部42’中构造为实体活塞17’。所述实体活塞17’在其突出进入圆柱形空隙19的末端处同样具有球形外轮廓67。在向锥部46过渡处，槽68形成于实体活塞17’的密封部42’中。密封环69以密封方式与圆柱形空隙19的壁相互作用，并插入所述槽68中。活塞环69优选地例如由钢制造。所述活塞环69在其与圆柱形空隙19相互作用的外面70处同样优选地为球形轮廓。

在根据本发明的静液压活塞机构1、1’中，有利的是，筒鼓20、21在每种情况下设计为一体件。这显著减少了彼此相互移动的部件的部分，而且，筒鼓20、21的高强度使其具有良好的侧向力吸收能力，该侧向力的产生是由于离心力以及圆柱形空隙18、19内的内部压力所致。由于活塞16的密封部41、41’和活塞17的密封部42、42’的椭圆运动所需的活塞16、17的补偿运动，通过在承载板13与所述活塞16、17之间的枢接连接而以简单的方式实现。为实现此目的，活塞16、17通过球接合类的连接方式而设置在承载板13中，并分别通过收缩圆盘36和36’固定到所述承载板，用以防止在进入冲程过程中的轴向运动。在这些情况下，所述收缩圆盘36、36’部分地形成枢接连接的一部分，这是基于以下事实，即，收缩圆盘36的空隙37部分地与活塞16的球形头43相互作用以及收缩圆盘36’的空隙37’部分地与活塞17的球形头44相互作用。为了允许活塞16、17的轻微倾斜以及分别位于球形空隙14、15内的球形头43、44的旋转，为在活塞16、17的枢接连接上的静液压负载提供释放。

作为进一步的可替代方案，夹带元件50、51的径向扩展区域54的那些平坦侧可进行压力润滑，所述径向扩展区域54与位于筒鼓20、21内的凹槽56、56’啮合。

在每种情况下，填充以压力介质的容积分别通过活塞16、17上的平坦末端40、40’形成于承载板13中的球形空隙14、15中。这种压力介质通过连接管道58、59供给到夹带元件50、51中的管道57、60。圆周供给槽71总是加工于夹带元件50、51中并位于连接管道58、59的孔口处。所述圆周供给槽71确保设置在夹带元件50、51中的管道部72分别与连接管道58、59连通。可能的是，例如，在夹带元件50、51中提供多个管道部72，所述管道部72分布在所述夹带元件50、51的周界上，并分别将圆周槽71连接到管道57、60。在这种可替代方案中，夹带元件50、51中的管道57、60相对于端面55、55’被封闭。通过连接管道59供给到管道60的压力介质从夹带元件51的扩展区域54’中的孔73流出，并确保了在筒鼓21中槽56’内的所述夹带元件51的压力润滑接触面。

本发明并不局限于所示实施例。相反地，尤其可能的是，在所示实施例中显示的各特征可以具体按照任何所希望的方式相互组合。

Claims (13)

1.一种静液压活塞机构，包括穿过一筒鼓单元的传动轴(2)，在所述筒鼓单元中设置有圆柱形空隙(18、19)，在所述圆柱形空隙(18、19)中设置有以抗扭方式连接到所述传动轴(2)的活塞(16、17)；其中，所述筒鼓单元在设置于所述传动轴上的轴承(32)上居中，

其特征在于，

所述筒鼓单元被构造为，在其中构造有多个圆柱形空隙(18、19)的筒鼓(20、21)。

2.根据权利要求1所述的静液压活塞机构，其特征在于，

所述活塞(16、17)通过枢接连接部(14，43：15，44)与所述传动轴(2)相连。

3.根据权利要求2所述的静液压活塞机构，其特征在于，

所述活塞(16、17)具有球形头(43、44)，所述球形头设置在连接到所述传动轴(2)的承载板(13)中的相应球形空隙(14、15)中。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的静液压活塞机构，其特征在于，

所述活塞(16、17)具有锥部(16、17)，所述锥部设置在一密封部(41、42)与由活塞(16、17)至传动轴(2)所形成的连接部之间。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的静液压活塞机构，其特征在于，

所述筒鼓(20、21)具有中心通孔(31、31’)，所述中心通孔以居中方式与在所述传动轴(2)上的所述轴承(32、32’)相互作用。

6.根据权利要求5所述的静液压活塞机构，其特征在于，

在所述传动轴(2)上的所述轴承(32、32’)被构造为球形传动轴部分。

7.根据权利要求6所述的静液压活塞机构，其特征在于，

至少一个夹带元件(50、51)设置在所述球形传动轴部分(32、32’)的区域中，通过所述夹带元件，所述传动轴(2)与所述筒鼓(20、21)以抗扭方式相互连接。

8.根据权利要求7所述的静液压活塞机构，其特征在于，

所述夹带元件(50、51)固定于所述传动轴(2)中，并与在所述筒鼓(20、21)中的夹带槽(56、56’)啮合。

9.根据权利要求7所述的静液压活塞机构，其特征在于，

所述夹带元件(50、51)固定于所述筒鼓(20、21)中，并与在所述传动轴(2)中的夹带槽(56、56’)啮合。

10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的静液压活塞机构，其特征在于，

具有一活塞环的密封部(41、42)构造于所述活塞(16、17)上。

11.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的静液压活塞机构，其特征在于，

所述活塞(16、17)在其密封部(41、42)的区域中具有球形外轮廓。

12.根据权利要求1至11中任一权利要求所述的静液压活塞机构，其特征在于，

所述活塞(16、17)在其密封部(41、42)的区域中具有薄壁活塞轴，所述薄壁活塞轴可通过所述筒中的内部压力进行弹性扩张。

13.根据权利要求1至12任一权利要求所述的静液压活塞机构，其特征在于，

所述活塞(16、17)通过收缩盘(36、36’)沿轴向固定。

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