CN1045628A

CN1045628A - 动力传送装置

Info

Publication number: CN1045628A
Application number: CN90101348.XA
Authority: CN
Inventors: 阿尔宾·尼米埃克; 约翰·F·沃尔拉德
Original assignee: Vickers Inc
Current assignee: Vickers Inc
Priority date: 1989-03-14
Filing date: 1990-03-14
Publication date: 1990-09-26
Anticipated expiration: 2005-03-14
Also published as: US4917585A; DE69002972T2; EP0387713A2; EP0387713B1; DE69002972D1; JPH0315668A; EP0387713A3; CN1021356C

Abstract

一种用来改变盖劳特型回转机内流体进出通道的连接的回转阀。回转机转子的外齿数比定子的内齿数少一个，转子公转时，定子与转子齿间形成若干腔室供流体扩张或压缩。换向器使回转阀中的通道有选择地与上述腔室连通。换向器可转动地安装在端盖与带有若干通道的阀孔板之间的隔板内，并与回转机转子呈90°位差公转。换向器由两个互相隔开的元件组成，并与装入该两元件间的径向隔开的密封圈一起运动。

Description

本发明涉及用于盖劳特型回转机的回转阀，该回转机用作液泵或马达，其中，被引入的流体通过一种常称为盖劳特装置的齿轮啮合机构进行压缩和膨胀，更具体地说，本发明涉及一种带有用来防止流体在换向器高压一侧与低压一侧间泄漏的密封机构的回转阀。

对于盖劳特型液马达或泵（其中，转子的外齿数比定子的内齿数少一个，转子与定子偏心啮合，随着转子的偏心转动，由定子与转子的齿形成了若干个扩张腔室和缩小腔室），采用回转阀以便使流体通道有选择地与盖劳特腔室连通，已是一种常用的方法，因而，对于液马达来说，通过供入液压油使转子具有转动力，而对于液泵来说，则从盖劳特压缩室排出液压油。

在一种已知的回转阀中，由于换向器在阀室内转动，故在换向器两侧要有一个小到不妨碍换向器转动的间隙，因此这种回转阀存在一个缺点，即油可能从阀室的高压一侧漏到低压一侧，从而降低马达或泵的容积效率。结果，在不妨碍换向器转动的前提下，换向器两侧的间隙制得非常小，因而对回转阀零件要求有高的加工精度。但是，即使采用加工精度高的零件仍然存在缺点，因为用于装配阀的螺栓或类似的零件的紧固力总是趋于使阀室的零件变形，而且，阀室内有高油压部分和低油压部分，这两个部分的压力差也同样趋于使阀室零件变形，从而使换向器两侧间隙加宽。在使用中还可能因受热膨胀而使这种情况加剧，从而造成零件的卡死。

此外还发现，在盖劳特装置连续工作时所形成的热梯度会引起尺寸胀大，造成换向器的粘合、卡死和表面划伤。

美国专利3，452，680公开了一种在机壳或外壳与换向器之间插入密封件的方法。虽然这种结构提供了密封性，但还有缺点，即密封件相对于机壳的连续运动会造成密封件的磨损，从而要求进行维护、修理和更换。

美国专利4，449，898公开了一种解决上述问题的办法，即换向器由两个互相隔开的零件组成，并与插入该两个零件之间的密封件一起运动。

在实践中发现，这种液马达在单向转动时可满意地工作。但是当进入的流体反向时，会产生不适当的轴向压力平衡，并可能造成不良密封。

因此，本发明的目的在于提供一种用于盖劳特型流体回转机的回转阀，其中：轴向的密封力是压力平衡或有压力偏差的，从而最大限度地减小空滑体积，以提高容积效率;并使库伦摩擦减至最小，而提高机械效率;使沿两个方向转动时都具有合适的起始转矩性能。因此，轴向的分离力较少地依赖于弹性体密封件的压缩;可以允许在带有超载荷的液压系统中采用液马达;可使转动的/沿轨道运行的阀盘更能承受热冲击;并且该回转阀可采用普通的制造技术很容易制造出来。

按照本发明，换向器包括圆周相隔一定距离的成对密封圈，它们分别靠近互相隔开的两个换向器元件的外圆周和内圆周。

本发明的上述结构有如下优点：

1、“分开的”阀盘自转/公转流体分配器的轴向密封力（分离力）是压力平衡或有压力偏差的，从而使空滑容积最少（提高容积效率）;

2、“分开的”阀盘自转/公转流体分配器的轴向密封力（分离力）是压力平衡或有压力偏差的，从而使库伦摩擦减至最小（提高机械效率）;

3、可控制的轴向平衡的分开结构的阀盘，可以为两个方向的转动提供相当好的起始转矩性能;

4、可控制的流体静压力平衡或压力偏差可使轴向分离力较少地依赖于弹性体密封件的压缩;

5、可控制的轴向平衡的分开结构的阀盘，允许在带有超载荷的液压系统中采用低速高扭矩液马达;

6、可控制的轴向力和弹性体密封件的弹性以及密封件材料的选择，可使自转/公转的阀盘不易卡死;

7、可控制的轴向力和弹性体密封件的弹性以及材料的选择，可使自转/公转的阀盘更能承受热冲击;

8、分开的阀盘流体分配器的结构简单，允许使用能获得较经济的零件的制造技术。

下面结合附图所示的实施例进一步阐述本发明，附图中：

图1为表示实施本发明的马达结构的纵剖面图;

图2为图1所示马达的一个部分的局部剖面放大图;

图3为图1和图2所示马达的一个部分的局部剖面放大图;

图4为上述马达的部分部件分解透视图;

图5为马达一个部分的剖面放大图;

图6为沿图5的6-6线的视图;

图7和图8为实施本发明的马达中的流体静压力场的示意图;

图9和图10为先有技术的马达中的流体静压力场的示意图。

按照本发明提供的回转阀用于盖劳特型流体回转机。不管这种回转机是用作液马达还是液泵，在这两种情况下都可使用同样结构的盖劳特装置，而这种回转机则用作马达或用作泵。在下面叙述的实施例中，本发明的回转阀用于盖劳特型液马达。

如图1和4所示，回转阀包含：一个换向器10，一个阀孔板12，一个隔板14，一个端盖16和一个偏心转动凸轮18。该凸轮18可转动地支承在分别安装在端盖16和阀孔板12中的滚柱轴承20和22中。隔板14插在端盖16与阀孔板12之间，以限定出一个阀室，这些零件和盖劳特定子24用定位销26精确定位，并由螺栓30牢牢地固定在一起，它们之间插入了密封件28。换向器10则可转动地安装在阀室内偏心转动凸轮18上。

偏心转动凸轮18的凸轮部分32的中心偏离凸轮18的旋转轴线，换向器10安装在凸轮部分32上。因此，当凸轮18转动时，换向器10就带着阀室偏心地转动，或者在绕凸轮18的转动轴线的轨道内转动。换向器10的侧面加工有环形槽38和40，槽38和40通过一定数量的孔42彼此连通。

阀孔板12与换向器10相对的侧面上加工有七个长的沟槽44，这些沟槽44沿围绕偏心转动凸轮18的轴线的同一圆周等距离分布，并通过孔46与阀孔板12的另一侧面连通。环形槽48位于沟槽44的内侧，也与轴心同心，它通过孔50与阀孔板12的另一侧面连通。在菱形沟槽44的外边有一个加长的椭圆形槽52，沿着以轴心为圆心的圆周弯曲，并通过孔54也与阀孔板12的另一侧面连通。

盖劳特装置含有定子24、转子56和驱动轴58，在定子24中装有5个圆棒60和空心衬套62和64，从而在其上形成七个内齿。空心衬套62和64的孔构成油的进入和排出的通道，它们的位置分别与阀孔板12的孔54和50连通。转子56的齿数比定子24的少一个，并与定子24的内齿相啮合。与定子24的内齿相啮合的转子56在围绕自身的轴线转动的同时还围绕定子24的中心转动。转子56的中心的轨道是一个圆。定子24的中心则与偏心凸轮18的转动轴线重合。驱动轴58通过花键槽与转子56的中心部分连接，从而，转子56绕其轴线的转动被传送到驱动轴58。在此情况下，例如，转子56绕其自身轴线每转1/6周，其中心就绕定子24的中心36转一周，或沿轨道转一圈。在定子24与转子56之间形成彼此隔开的腔室或小室，每个腔室的体积随着转子56的转动而变化。当转子转动时，有些腔室的体积增大，而另一些腔室的体积则减小。因此，如果液压油被引入一些腔室而其他腔室内的油被排出，转子56则顺时针转动，并将绕其轴线的转动传到驱动轴58上，从而使盖劳特装置像马达一样动作。在这种情况下，由于使驱动轴58转一圈时，沿轨道的运动与绕其轴线的转动之间存在上述的关系，所以，可引入7个腔室×6（转）＝42个腔室的液压油。因此，盖劳特型液马达可以提供1/6的减速比，其输出力矩为现有技术中的液马达的6倍。由于上述的回转阀设计成液压油可以交替地引入和排出盖劳特腔室，故盖劳特转子56可连续而均匀地转动。为了达到这一目的，如图1所示，驱动轴58的转动通过销轴66传给偏心凸轮18，而换向器10转动则改变供油通道的连接。在驱动轴58一侧，销轴66安装在驱动轴58的中心部位，而在凸轮18一侧，销轴66装在凸轮18的一个长孔内。相应于转子56的转动，驱动轴58中心的运动形成一个圆形轨道;销轴66安装在驱动轴58的孔内，其位置则使销轴66的中心与凸轮18的轴心偏离一个相应于圆形轨道半径的值，从而将转子56的轨道转动传到偏心凸轮18上。

按照众所熟知的此类马达的工作情况，当液压油供入某些腔室时，回转阀特别是换向器就运转，有选择地把扩张腔室与输入流体连接以及把缩小腔室与输出流体连接。这样的结构是众所周知的。例如，在美国专利3，316，814、3，452，680和3，558，245就公开过，这些专利通过引证结合在本申请中，用来阐述上述机构的工作。

上面已简要地介绍了带有回转阀的盖劳特型马达的结构和工作情况，但是这种盖劳特型马达或泵有缺点，即油会从回转阀的高压部分漏到其低压部分，从而降低机器的效率。现考虑图1所示盖劳特型马达的情况，此时，阀室的腔室处在具有高压液压油的入口侧，而换向器10的环形槽38和40以及阀孔板12的环形槽48就处在具有低压液压油的出口侧。如果换向器10是由带有运转间隙的单一刚性件制成，油就会通过换向器10与端盖16间的间隙或通过换向器10与阀孔板12间的间隙从入口侧漏到出口侧。

同理，如果环形槽48有高压，油会通过上述间隙漏到腔室70中。此外，在图1所示的结构中，围绕偏心凸轮18存在一个泄出区，油会从环形槽38和40漏到该泄出区。

过去，习惯上是采用提高隔板14、换向器10和端盖16的加工精度的方法，以便使换向器10每一侧的间隙尽可能地小，从而使漏油减至最少。但是，采用这种方法时，可能会因拧紧螺栓的紧固压力或由于内部液体压力引起的变形或者受热引起尺寸变化或变形而使间隙增大。

在前面提到的美国专利4，449，898中提出了一个解决上述问题的办法，其中，换向器由两个彼此隔开的零件组成，这两个零件与插入它们之间的密封件一起运动。前面所述的马达实际上与通过引证结合在本申请中的美国专利4，449，898所述的马达基本相同。

参看图2、3、5和6，按照本发明，换向器10由两个外表面分别与阀孔板12和端盖16相接触的元件72、74组成。元件72、74相邻的两个表面上装有相隔一定距离的两对环形密封件76、78和80、82，这两对密封件围绕换向器元件72、74彼此径向相隔一定距离。

参看图3，上述密封件位于换向器元件72的环形槽84内和换向器元件74的环形槽86内。每个密封件包括一个环形孔圈76、78和一个刚性直角金属支撑件92、94。支撑件92、94是这样设置的，即它们彼此邻贴，每一支撑件的一个角边与另一支撑件相应的径向延伸的角边处于同一平面上，而另一角边则沿轴向延伸。靠里的一组密封件80、82的设置也是类似，如图5所示。但是从图5可以看出，换向器元件72上的密封件80相对换向器元件74上的密封组件82径向向内隔开。与此相反，靠外的密封件76、78中，位于换向器元件72上的密封件76则相对位于换向器零件74上的密封件78径向向外隔开。

采取这样的安排可使径向相隔一定距离的两对密封件达到压力平衡，并使马达可在两个方向运转。

如图5和6所示，马达还包括置于凸轮18和换向器元件72、74之间的轴承96，以构成换向器10。轴承96有一环状凸缘98，沿径向伸向换向器元件72、74。而换向器元件上则有沿圆周间隔分布的径向向内伸出的弧形缺口100，从而在换向器元件72、74上与凸缘98相对的两侧边上形成了轴向凸出部分102。因此，液压流体可自由地流过相应的通道并使零件72、74上的压力平衡。轴承96则锁在元件72、74之间。

当换向器10以轨道的方式运动时，就形成一种有效的密封，而不会引起密封件的磨损，从而保证了长的寿命和最少的维修。换向器10与端盖16和阀孔板12的接触表面经适当处理或采用合适的材料制成，以保证长的寿命。

实际上，密封件的弹性会使换向器元件72、74的接触表面在轴向与端盖16和阀孔板12初始接触。径向向内或径向向外地作用在元件72、74之间的流体静压力将使上述表面克服作用在换向器作轨道运行的两个表面上的具有梯度的压力而保持接触状态。密封件的弹性可避免，例如因热膨胀而产生的换向器10与端盖16和阀孔板12间可能发生的轴向粘合或卡死。

业已发现，按照本发明制造的盖劳特型流体回转机具有轴向压力平衡性能，因此该种回转机可在两个方向旋转而工作。

参见图7和8示出的流体静压力场示意图可以看出，按本发明制造的换向器具有可达到本发明的目的的功能。这些示意图示出了换向器元件72、74上的流体静压力。P₁包括阀体压力，P₂则包括分别来自换向器元件左面和右面的压力。图7示出向左转动时的流体静压力场，从图中可以看出，压力基本上是平衡的，具体说来，恒定压力场A₁可以是等于或者稍大于压力场A₃，A₃是通过控制密封件的径向位置所产生的逐渐减弱的压力场。因此，由每个密封件的支撑件的水平角边限定的有关区段A₁、A₂的位置决定了有关的面积，进而决定了有关的压力。

当马达用于按图7所示方向的适当平衡并向相反的方向即向右转动时，压力基本保持平衡。如图8所示，压力A₂基本上等于或可能稍大于压力A₃。

上面提到的结构可能与现有技术特别是美国专利4，449，898（参见图9和10）的换向器中流体静压力示意图有所不同。如图9所示，可设计出单个的密封件，以使压力场A₁在一个转动方向等于压力场A₃。但是，如图10所示，当朝相反方向转动时，A₁+A₂的流体静压力就超过A₃，并且“分开的”阀盘就会发生轴向粘合。

由此可以看出，已提供了一种用于盖劳特型流体回转机的回转阀，其中，轴向密封力是压力平衡，或有压力偏差的，从而最大限度减少空滑容积，以提高容积效率;并最大限度地减小库伦摩擦，以提高机械效率;使两个方向的转动具有合适的起始转矩性能。因此，轴向分离力较少地依赖于弹性体密封件的压缩;允许在带有超载荷的液压系统中采用液马达;可使自转/公转的阀盘更能承受热冲击;而且，该回转阀可采用普通的制造技术很容易地制造出来。

Claims

1、在一种盖劳特型液马达或泵中，一种回转阀有选择地与进出口相连通，其特征在于，所述的回转阀包括：

一个装在该装置中两个互相隔开的表面之间并相对于上述表面在一定轨道上运动的换向器(10)，

该换向器(10)包括有互相隔开的换向器元件(72、74)，

在上述元件间延伸从而使这些元件一起运动的机构，

上述的元件具有接触面，与各自的配合表面相接触，一个元件(72)与一个表面接合，而另一个元件(74)则与另一个表面接合，

上述的换向器元件(72、74)上有径向隔开且彼此相对的两对环形槽(84、86)，每对槽中的每一个槽与另一个槽径向相隔一定距离，在每个上述沟槽内都有一个环形密封圈(76，78，80，82)。

2、根据权利要求1所述的回转阀，其特征在于，所述的密封机构包括一个环形的弹性密封圈。

3、根据权利要求2所述的回转阀，其特征在于，上述的每个密封圈都有一个支撑件（92、94）。

4、根据权利要求3所述的回转阀，其特征在于，上述的支撑件（92、94）是环状的，并且具有构成直角的一个轴向角边和一个径向角边。

5、根据权利要求4所述的回转阀，其特征在于，上述的支撑件（92、94）的轴向角边彼此邻贴。

6、根据权利要求1所述的回转阀，其特征在于，在每个上述的槽中的密封机构包括一个环形的弹性密封件及一个具有环形的径向角边和环形轴向角边的支撑件，每一组支撑件的轴向角边的外表面位于同一圆柱表面上，而上述的支撑件的邻贴的径向角边则在径向上排列成一直线。

7、根据权利要求6所述的回转阀，其特征在于，其中一个换向器元件上的密封件之间的径向间距大于另一个换向器元件上的密封件间的径向间距。

8、根据权利要求1所述的回转阀，其特征在于，它包括用来安装上述环形换向器元件的轴承和用来平衡上述换向器相对两侧上压力的机构。

9、根据权利要求8所述的回转阀，其特征在于，上述的平衡压力的机构包括位于上述换向器元件与上述轴承零件之间并沿圆周间隔分布的若干个轴向通道。

10、根据权利要求9所述的回转阀，其特征在于，每个上述的换向器元件具有构成上述轴向通道的轴向缺口。

11、根据权利要求10所述的回转阀，其特征在于，上述的轴承零件有一个在上述的换向器元件之间伸出的环状凸缘。