CN103089562A - 一种凸轮式柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明是一种凸轮式柱塞泵。包括柱塞保持架、配流板、内槽凸轮组件、柱塞杆及滚轮，本发明用滚轮在内槽凸轮曲面上的纯滚动摩擦代替及取消现有技术的球铰与斜面滑动摩擦，大大提高了工作可靠性；本发明为两端输出，油缸数目多了一倍。在输出流量和压力相等的情况下，柱塞直径大大减小，使作用在其上的负荷大大减小，大大提高使用寿命及可靠性。本发明用凸轮曲面取代了现有的柱塞驱动斜面，由于斜面没法设计出停程，凸轮曲面可设计出适当的停程，故柱塞在盲区和进入和离开吸排油区瞬间，柱塞的适当停程可消除异常的内部泄露，还可避免出现不合适的过流面积。这将有效消除因高速、高压通过狭小间隙而造成的噪音和系统震动。

Description

一种凸轮式柱塞泵

技术领域

本发明是一种应用于液压技术领域中产生中高压输出的凸轮式柱塞式液压油泵，属于柱塞式油泵的创新技术。

背景技术

柱塞式油泵的现有技术是：多个柱塞01沿分布圆柱面均布在油缸保持架02上并安装在对应油缸内。保持架可带动柱塞一起绕其轴线转动，且绕分布圆柱轴线转动。油缸数目与柱塞数目同。保持架一端为一相对保持架轴线成一定夹角的斜面03，斜面固定不动。每一柱塞与斜面对应端通过球铰05与斜面滑动铰接。当电机驱动保持架转动时，柱塞一端的球铰与斜面对应位置从柱塞相对于斜面的最远点开始向柱塞相对于斜面最近点旋转滑移时，斜面推动柱塞压缩液压油并向柱塞另一端的排油口b排出液压油;当柱塞一端的球铰从与斜面的最近点向与斜面的最远点旋转滑移时，斜面又拉动柱塞，由另一端的吸油口a吸进液压油。其排吸口设在保持架上与斜面对应的另一端的配流板04上，配流板紧贴着保持架的对应端。配流板示意图如图2所示。配流板与斜面都固定不动。其工作原理如运动简图1所示。

上述装置的缺点是：1）柱塞受力时为悬臂状态，容易造成与柱塞缸壁半圆弧接触而非面接触，从而造成非正常磨损泄露失效；2）球铰与斜面的滑动摩擦对材料、制造、和安装精度及润滑油膜完整等要求极高，这就经常造成球铰与斜面的异常磨损而失效；3)配流板上的排吸油口为一与柱塞转动中心同轴分布的长通槽，其宽度约等于柱塞直径，吸排油通槽间断开不通,这个区域暂称盲区c。当柱塞通过盲区时既不能吸油也不能排油，造成内部泄露加剧。而当柱塞进入或离开吸排油区通槽时，又必然存在瞬间的过流面积太小，压力流量过大的状态，这就引起尖锐高频的激烈摩擦呼啸声。而瞬间液体表面饱和压激烈变化又会引起气泡不断产生、爆灭造成噪声和震动。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种有效消除震动和噪音并有效提高工作可靠性的凸轮式柱塞泵。本发明设计合理，方便实用,可有效解决业内多年难题。

本发明的技术方案是：本发明的凸轮式柱塞泵, 包括有柱塞保持架、配流板、内槽凸轮组件、缸盖、若干柱塞杆、第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮，其中内槽凸轮组件包括有凸轮套、上凸轮曲面、下凸轮曲面，上凸轮曲面和下凸轮曲面分别对向安装在凸轮套的内腔两端，上凸轮曲面的最高点对应下凸轮曲面的最低点，上凸轮曲面的最低点则对应于下凸轮曲面的最高点，形成与第一滚轮相同尺寸的间隙而构成内凸轮槽，内凸轮槽的中心线是第一滚轮相对于内凸轮槽运动时的质心轨迹，配流板分别安装在内槽凸轮组件的两端，柱塞保持架装设在内槽凸轮组件的内腔，柱塞保持架的两端分别设有若干与柱塞杆的数目相同的若干柱塞孔，若干柱塞孔沿柱塞保持架径向均布，若干柱塞孔的轴线与柱塞保持架的轴线平行，若干柱塞杆的两端分别对应装设在柱塞保持架的两端所设的若干柱塞孔上，且若干柱塞杆的轴线与柱塞保持架的轴线平行，保持架的两端分别同轴支承在上凸轮曲面和下凸轮曲面端面的对应内腔上，并能带动所有柱塞杆一起相对于凸轮组件绕其轴线转动，柱塞保持架的轴向中段设有阶梯式用于导向的第一导向槽和第二导向槽，第一导向槽和第二导向槽的导向方向与柱塞保持架的轴线方向相同，第一导向槽的两侧和第二导向槽的两侧对称于柱塞孔的轴线，且第一导向槽和第二导向槽的几何中心位于保持架通过柱塞孔的轴线的轴截面上，柱塞杆的中部设有与其轴线垂直并紧固联成一体的贯穿销，贯穿销的一端套装有第一滚轮及第二滚轮，第一滚轮为锥滚轮，贯穿销的另一端套装有第三滚轮，且第一滚轮位于内槽凸轮组件所设的内轮槽曲面中，内槽凸轮组件所设的内轮槽曲面的法向截面为梯形截面，该梯形截面的梯形腰线夹角ß与第一滚轮的锥度ß1相同，能保证第一滚轮与内槽凸轮组件作相对运动时为纯滚动，第二滚轮及第三滚轮分别位于对应的第一导向槽及第二导向槽内,两端的缸盖通过连接件与凸轮套连接并压紧配流板。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1）本发明用滚轮在内槽凸轮曲面上的纯滚动摩擦代替了现有技术的球铰与斜面滑动摩擦，提高了工作可靠性；

2）现有装置为一端输出，本发明为两端输出，即油缸数目多了一倍。这样，在输出流量和压力相等的情况下，本发明的柱塞直径可大大减小，从而作用在其上的负荷就大大减小，从而大大提高了相应运动件的使用寿命，提高了工作可靠性。

3）本发明在盲区和进入、离开吸排油区瞬间，柱塞的适当停程可消除异常内部泄露，还可避免出现不合适的过流面积。这将有效消除因高速、高压通过狭小间隙而造成的噪音和系统震动。

本发明旨在从原理上根本解决业内多年来的难题。是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的凸轮式柱塞泵。

附图说明

图1为现有柱塞式油泵的结构示意图；

图2为现有柱塞式油泵的进出油示意图；

图3为本发明凸轮式柱塞泵的结构示意图；

图4为本发明保持架的结构示意图；

图5为图4中的A-A剖视图；

图6为图4的俯视图；

图7为本发明第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮安装在柱塞杆上的结构示意图；

图8为本发明中的第一滚轮的结构示意图；

图9为本发明中内槽凸轮组件的凸轮槽的中线展开图；

图10为本发明中内槽凸轮组件的结构示意图；

图11为图10的俯视图；

图12为缸盖端面示意图；

图13为图12的俯视图。

具体实施方式

实施例：

本发明的结构示意图如图3所示，本发明的凸轮式柱塞泵, 包括有柱塞保持架1、配流板2、内槽凸轮组件3、缸盖4、若干柱塞杆5、第一滚轮6、第二滚轮7、第三滚轮8，其中内槽凸轮组件3包括有凸轮套31、上凸轮曲面32、下凸轮曲面33，上凸轮曲面32和下凸轮曲面33分别对向安装在凸轮套31的内腔两端，上凸轮曲面32的最高点对应下凸轮曲面的最低点，上凸轮曲面32的最低点则对应于下凸轮曲面33的最高点，形成与第一滚轮6相同尺寸的间隙而构成内凸轮槽，内凸轮槽的中心线是第一滚轮6相对于内凸轮槽运动时的质心轨迹，配流板2分别安装在内槽凸轮组件3的两端，柱塞保持架1装设在内槽凸轮组件3的内腔，柱塞保持架1两端分别设有若干与柱塞杆5的数目相同的若干柱塞孔11，若干柱塞孔11沿柱塞保持架1径向均布，若干柱塞孔11的轴线与柱塞保持架1的轴线平行，若干柱塞杆5的两端分别对应装设在柱塞保持架1的两端所设的若干柱塞孔11上，且若干柱塞杆5的轴线与柱塞保持架1的轴线平行，保持架1的两端分别同轴支承在上凸轮曲面32和下凸轮曲面33端面的对应内腔上，并能带动所有柱塞杆一起相对于凸轮组件3绕其轴线转动，柱塞保持架1的轴向中段设有阶梯式用于导向的第一导向槽12和第二导向槽13，第一导向槽12和第二导向槽13的导向方向与柱塞保持架1的轴线相同，第一导向槽12的两侧121和第二导向槽13的两侧131对称于柱塞孔11的轴线，且第一导向槽12和第二导向槽13的几何中心位于保持架1通过柱塞孔11的轴线的轴截面上，柱塞杆5的中部设有与其轴线垂直并紧固联成一体的贯穿销10，贯穿销10的一端套装有第一滚轮6及第二滚轮7，第一滚轮6为锥滚轮，贯穿销10的另一端套装有第三滚轮8，且第一滚轮6位于内槽凸轮组件3所设的内轮槽曲面中，内槽凸轮组件3所设的内轮槽曲面的法向截面为梯形截面34，该梯形截面34的梯形腰线夹角ß与第一滚轮6的锥度ß1相同，能保证第一滚轮6与内槽凸轮组件3作相对运动时为纯滚动，第二滚轮7及第三滚轮8分别位于对应的第一导向槽12及第二导向槽13内,两端的缸盖4通过连接件14与凸轮套31连接并压紧配流板2。本实施例中，本发明为两端输出，在实际应用时，也可以做成一端输出。

此外，上述保持架1的两端套装有减少摩擦力的径向滚珠轴承15、16，保持架1的两端通过径向滚珠轴承分别同轴支承在上凸轮曲面32和下凸轮曲面33端面的对应内腔上。

为便于安装定位，上述凸轮套31的上下两端分别设有定位结构311，上凸轮曲面32和下凸轮曲面33分别套装在凸轮套31的上下两端，且通过凸轮套31上下两端所设的定位结构311定位，形成与第一滚轮6相同尺寸的间隙而构成内凸轮槽。

本实施例中，上述连接件14为螺栓。

为了便于加工及安装，上述柱塞保持架1包括有轴体21、上缸体22、下缸体23，上缸体22及下缸体23分别装设在轴体21的上下两端。

为便于安装，上述其中一端的缸盖4上设有法兰面，油泵通过法兰面及连接件能固定在油池的侧壁。

为确保安装精度，上述其中一端的缸盖4所设法兰面上还设有与凸轮套31的轴线同轴、以保证输入电机的安装精度的端面定位圆圈槽41。

为满足柱塞泵的工作要求，上述内槽凸轮组件3的曲面包括有5段曲面，包括有升程曲面35、回程曲面36、位于升程曲面与回程曲面之间的停程曲面37、升程曲面31前的始端停程曲面38、回程曲面32后的末端停程曲面39。

上述内槽凸轮组件3的凸轮槽的中线展开长度为πd，d为凸轮槽的槽底直径。

本实施例中，上述内槽凸轮组件3的停程曲面37位于凸轮槽的中线展开线上升程曲面35和回程曲面36的中间，即位于πd/n的位置，1<n≤2。始端停程曲面38及末端停程曲面39位于凸轮槽的中线展开图的始端位置及末端位置，升程曲面35位于始端停程曲面38与停程曲面37之间，回程曲面36位于停程曲面37与末端停程曲面39之间。

本发明的工作原理如下：内槽凸轮组件3、配流板2、缸盖4、固定不动,当电机驱动保持架1转动时，所有柱塞杆5也绕着柱塞保持架的轴线做圆周运动，其中部贯穿销上的第一滚轮6则随着与内轮槽相对位置的变化而沿曲面滚动爬升或下降或停止不动。而曲面所提供的反作用力则通过第一滚轮6和与柱塞杆5连成一体的贯穿销驱动柱塞杆做带停歇的往复直线运动，方向与转动轴心线同向。第二滚轮7及第三滚轮8则在保持架1中部的导向槽内运动，以保证贯穿销轴线理论上永远与转动轴线正交。从而保证第一滚轮6与内槽曲面的正确啮合位置。

对应安装在保持架1所设柱塞孔11内的柱塞杆5的两端在曲面驱动下相对于对应端的配流板2推进或后退，并通过配流板2上对应的通槽推进排油或后退吸油。这时，任一柱塞杆5一端为排油时，另一端必然为吸油。

任一柱塞在进入盲区或进入及离开吸排油区的瞬间曲面将进入合适的停程，这时柱塞将静止不动。

Claims (10)

1.一种凸轮式柱塞泵，其特征在于包括有柱塞保持架、配流板、内槽凸轮组件、缸盖、若干柱塞杆、第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮，其中内槽凸轮组件包括有凸轮套、上凸轮曲面、下凸轮曲面，上凸轮曲面和下凸轮曲面分别对向安装在凸轮套的内腔两端，上凸轮曲面的最高点对应下凸轮曲面的最低点，上凸轮曲面的最低点则对应于下凸轮曲面的最高点，形成与第一滚轮相同尺寸的间隙而构成内凸轮槽，内凸轮槽的中心线是第一滚轮相对于内凸轮槽运动时的质心轨迹，配流板分别安装在内槽凸轮组件的两端，柱塞保持架装设在内槽凸轮组件的内腔，柱塞保持架的两端分别设有若干与柱塞杆的数目相同的若干柱塞孔，若干柱塞孔沿柱塞保持架径向均布，若干柱塞孔的轴线与柱塞保持架的轴线平行，若干柱塞杆的两端分别对应装设在柱塞保持架的两端所设的若干柱塞孔上，且若干柱塞杆的轴线与柱塞保持架的轴线平行，保持架的两端分别同轴支承在上凸轮曲面和下凸轮曲面端面的对应内腔上，并能带动所有柱塞杆一起相对于凸轮组件绕其轴线转动，柱塞保持架的轴向中段设有阶梯式用于导向的第一导向槽和第二导向槽，第一导向槽和第二导向槽的导向方向与柱塞保持架的轴线方向相同，第一导向槽的两侧和第二导向槽的两侧对称于柱塞孔的轴线，且第一导向槽和第二导向槽的几何中心位于保持架通过柱塞孔的轴线的轴截面上，柱塞杆的中部设有与其轴线垂直并紧固联成一体的贯穿销，贯穿销的一端套装有第一滚轮及第二滚轮，第一滚轮为锥滚轮，贯穿销的另一端套装有第三滚轮，且第一滚轮位于内槽凸轮组件所设的内轮槽曲面中，内槽凸轮组件所设的内轮槽曲面的法向截面为梯形截面，该梯形截面的梯形腰线夹角ß与第一滚轮的锥度ß1相同，能保证第一滚轮与内槽凸轮组件作相对运动时为纯滚动，第二滚轮及第三滚轮分别位于对应的第一导向槽及第二导向槽内,两端的缸盖通过连接件与凸轮套连接并压紧配流板。

2.根据权利要求1所述的凸轮式柱塞泵，其特征在于上述保持架1的两端套装有减少摩擦力的径向滚珠轴承，保持架的两端通过径向滚珠轴承分别同轴支承在上凸轮曲面和下凸轮曲面端面的对应内腔上。

3.根据权利要求1所述的凸轮式柱塞泵，其特征在于上述凸轮套31的上下两端分别设有定位结构，上凸轮曲面和下凸轮曲面分别套装在凸轮套的上下两端，且通过凸轮套上下两端所设的定位结构定位，形成与第一滚轮相同尺寸的间隙而构成内凸轮槽。

4.根据权利要求1所述的凸轮式柱塞泵，其特征在于上述连接件为螺栓。

5.根据权利要求1所述的凸轮式柱塞泵，其特征在于上述柱塞保持架1包括有轴体、上缸体、下缸体，上缸体及下缸体分别装设在轴体的上下两端。

6.根据权利要求1所述的凸轮式柱塞泵，其特征在于上述其中一端的缸盖上设有法兰面，油泵通过法兰面及连接件能固定在油池的侧壁。

7.根据权利要求1所述的凸轮式柱塞泵，其特征在于上述其中一端的缸盖4所设法兰面上还设有与凸轮套的轴线同轴、以保证输入电机的安装精度的端面定位圆圈槽。

8.根据权利要求1至8任一项所述的凸轮式柱塞泵，其特征在于上述内槽凸轮组件的曲面包括有5段曲面，包括有升程曲面、回程曲面、位于升程曲面与回程曲面之间的停程曲面、升程曲面前端的始端停程曲面、回程曲面后端的末端停程曲面。

9.根据权利要求8所述的凸轮式柱塞泵，其特征在于上述内槽凸轮组件的凸轮槽的中线展开长度为πd，d为凸轮槽的槽底直径。

10.根据权利要求9所述的凸轮式柱塞泵，其特征在于上述内槽凸轮组件的停程曲面位于凸轮槽的中线展开线上的升程曲面和回程曲面的中间，即位于πd/n(1<n≤2)位置。

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