CN104791209B - 二维圆柱导轨轴向活塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维圆柱导轨轴向活塞泵，包括泵体、缸体和活塞，缸体置于泵体中并与泵体固定连接；泵体上开有吸排油孔和泄露油回油通道，泵体的左、右两端分别通过卡簧固定安装有左、右端盖，所述的缸体的左、右两端分别固设有具有不同滚轮滚动曲面的左导轨和右导轨，并且左导轨和右导轨相互呈90度错开布置；缸体的内腔中心设置有活塞，并且活塞可沿缸体内腔的轴向作直线往复运动；在活塞的左、右两端分别安装有与活塞同心的左塞环和右塞环，左塞环、右塞环分别固定在缸体上；所述的左塞环、活塞左端和缸体共同围合的空间构成左腔室，右塞环、活塞右端和缸体共同围合的空间构成右腔室，左腔室与右腔室的容积随活塞的往复运动交错变化。

Description

二维圆柱导轨轴向活塞泵

技术领域

本发明涉及一种二维圆柱导轨轴向活塞泵，属于流体传动及控制领域中的液压泵及液压马达。

背景技术

活塞泵用活塞和油缸体作为主要工作构件。当活塞在缸体的活塞孔中作往复运动时，由活塞与缸体组成的密闭工作容积腔发生容积变化，完成吸、排油过程。根据活塞在缸体中的不同排列形式，活塞泵分为径向式和轴向式两大类。径向活塞泵由于结构复杂、体积较大，在许多场合已经被轴向活塞泵替代。轴向活塞泵的活塞中心线平行(或基本平行)于油缸体的轴线。此类泵的密封性好，具有工作压力高(额定工作压力一般可达32—40MPa)，在高压下仍能保持相当高的容积效率(一般在95％左右)及总效率(一般在90％以上)，容易实现变量以及单位功率的重量轻等优点；广泛运用于压力加工机械、起重运输设备、工程机械、船舶甲板机械、冶金机械、火炮和空间技术领域中，并可被作为高压及高压油源。

传统常见的轴向活塞泵的工作原理：当传动轴带动缸体转动时，缸体会带动活塞转动，通过改变活塞和倾斜平面之间或与传动轴之间的角度，使得活塞在活塞腔内作直线往复运动。依靠活塞在缸体孔内往复运动，使密封工作容腔容积发生变化来实现吸、压油。传统的轴向活塞泵其内部相对运动的零件多，对材料材质、加工精度要求高，对油液污染敏感，加工、使用、维护的要求和成本较高，价格昂贵；缸体随传动轴一起转动，转动惯量大，导致启动、停止、调速的响应速度慢，不利于通过调速来控制泵的输出流量；缸体内摩擦副较多，高速转动下，缸体温升较快，配流盘、活塞等零件的磨损直接影响泵的使用寿命和耐久性。除此之外，由于活塞泵本身工作原理的限制，传动轴转动一周，每个活塞只能实现一次吸油和一次排油，其排量受到了限制。

发明内容

为了克服现有轴向活塞泵存在的上述缺陷，本发明提供一种结构新颖紧凑、体积小、重量轻、传动简单、易调速、排量高、利用活塞双自由度(旋转的同时能够轴向移动)的运动原理实现连续的吸排油的二维圆柱导轨轴向活塞泵。

本发明采用的技术方案是：

二维圆柱导轨轴向活塞泵，包括泵体、缸体和活塞，缸体置于泵体中并与泵体固定连接；泵体上开有吸排油孔和泄露油回油通道，泵体的左、右两端分别通过卡簧固定安装有左、右端盖，其特征在于：所述的缸体的左、右两端分别固设有具有不同滚轮滚动曲面的左导轨和右导轨，并且左导轨和右导轨相互呈90度错开布置，即左导轨的最高点和最低点分别与右导轨的最低点和最高点相对应；

所述的缸体的内腔中心设置有活塞，并且所述的活塞可沿缸体内腔的轴向作直线往复运动；在所述的活塞的左、右两端分别安装有与活塞同心的左塞环和右塞环，所述的左塞环、右塞环分别固定在缸体上；所述的左塞环、活塞左端和缸体共同围合的空间构成左腔室，所述的右塞环、活塞右端和缸体共同围合的空间构成右腔室，左腔室与右腔室的容积随活塞的往复运动交错变化；当活塞从最左端往最右端轴向运动时，左腔室容积逐渐变大，右腔室容积逐渐变小；相反，当活塞从最右端往最左端轴向运动时，右腔室容积逐渐变大，左腔室容积逐渐变小；

所述的活塞上设置有台肩，所述的台肩的表面上开设有均匀布置的四个矩形沟槽，并且四个矩形沟槽的槽口位置相互错开布置；所述的缸体的对应位置上均匀分布有与四个矩形沟槽相对应的两组窗口，并且两组窗口通过开在缸体表面的环形槽相互贯通；工作时，活塞上的矩形沟槽与缸体上的窗口发生沟通，容积逐渐变大的腔室通过沟通的矩形沟槽和窗口从油箱吸油，容积逐渐减小的腔室通过沟通的沟槽和窗口将腔内油液排出；

所述的活塞的左端安装有一字销轴，所述的一字销轴的轴端对称安装有一组左轴承大滚轮，所述的一字销轴的左端安装有一与左端盖固定连接的滚轮罩，所述的一字销轴紧固在活塞上；所述的活塞的右端安装有十字销轴，所述的十字销轴的轴端分别对称安装有一组右轴承大滚轮和一组用于传递扭矩的轴承小滚轮，所述的十字销轴紧固在活塞上；所述的左轴承大滚轮和右轴承大滚轮分别设置在所述的左导轨和右导轨上，并且分别可沿左导轨和右导轨滚动；

所述的十字销轴通过2D联轴器安装在开有通孔的右端盖上，无刷电机与所述的2D联轴器过紧配合，所述的无刷电机通过2D联轴器将扭矩传递到轴承小滚轮，带动轴承小滚轮转动，从而带动十字销轴、活塞和一字销轴一起转动。当电机带动2D联轴器旋转时，2D联轴器通过十字销轴上的轴承小滚轮将扭矩传递至活塞，从而使得活塞旋转，活塞旋转的同时并往复运动实现吸排油腔的切换和连续的吸排油。

所述的左导轨呈圆柱体，所述的圆柱体的顶面具有向内凹的第一弧形曲面，并且所述的第一弧形曲面的最低点两端的圆柱体上对称设置有与销钉相匹配的安装孔；所述的圆柱体的中心开设有与内六角螺栓匹配的第一通孔。

所述的右导轨呈圆柱体，所述的圆柱体的顶面具有向外凸起的第二弧形曲面，并且所述的第二弧形曲面的最低点两端的圆柱体上对称设置有与销钉相匹配的安装孔；所述的圆柱体的中心开设有与内六角螺栓匹配的第二通孔。

所述的右轴承大滚轮和轴承小滚轮分别设置在2D联轴器的沟槽上；所述的2D联轴器通过第一钢丝挡圈和锁紧垫片安装在开有通孔的右端盖上。

所述的2D联轴器的右端开有与无刷电机配合的矩形键槽。

所述的右端盖与2D联轴器之间安装用于密封和减少联轴器与端盖的摩擦力作用的J形无骨架油封和铜片。

所述的左轴承大滚轮、右轴承大滚轮、轴承小滚轮分别由轮套、滚动轴承、第二钢丝挡圈和锁紧垫片构成，所述的滚动轴承穿套在轴端，所述的轮套通过第二钢丝挡圈和锁紧垫片套设在滚动轴承上。

所述的左、右端盖上开设有用于放置O形密封圈的环形槽。

所述的左塞环、右塞环分别通过第三钢丝挡圈固定在缸体上。

所述的一字销轴、十字销轴分别通过内六角螺栓紧固在活塞的左、右端。

本发明的工作原理：

活塞与十字销轴、一字销轴通过内六角螺栓固连在一起，无刷电机通过2D联轴器将扭矩传递到十字销轴上的轴承小滚轮，带动轴承小滚轮转动，右轴承大滚轮随着轴承小滚轮与2D联轴器一起转动的同时，右轴承大滚轮也会在右导轨上滚动。同理，在左端一字销轴上左轴承大滚轮在转动的同时也会在内导轨上滚动。当左轴承大滚轮滚动到左导轨的最高点时，即右轴承大滚轮滚动到右导轨的最低点，活塞轴向移动到最左端；当左轴承大滚轮滚动到左导轨的最低点时，即右轴承大滚轮滚动到右导轨的最高点，活塞轴向移动到最右端。随着左轴承大滚轮和右轴承大滚轮分别在左导轨、右导轨上连续滚动，就可以使活塞进行轴向连续往复运动，实现了活塞在纵向连续转动的同时又在轴向有连续的往复运动。

本发明的有益效果体现在：

1、提出了轴与活塞一体化设计，将整体结构大大简化，利用活塞的旋转和滑动的双运动自由度(2D)结构替代了传统轴向活塞泵的配油盘结构，来实现连续吸排油功能，而且往复运动一次，吸排油各一次，较传统轴向活塞泵多一次。

2、较传统活塞泵的多摩擦副结构，本发明只有一对摩擦副，使得效率得到很大提高。

3、实现了微型化，在保证流量的前提下，成本得到大大降低。

4、活塞上的矩形沟槽与缸体上的窗口发生沟通，容积逐渐变大的腔室通过沟通的矩形沟槽和窗口从油箱吸油，容积逐渐减小的腔室通过沟通的沟槽和窗口将腔内油液排出；活塞连续不断往复运动使左右腔室的体积不断的交错变化，实现连续的吸油和排油。

附图说明

图1为2D轴向活塞泵的结构示意图。

图2为2D联轴器爆炸图。

图3为活塞与一字销轴、十字销轴装配示意图。

图4a为活塞示意图。

图4b为图4a中的A-A截面图。

图5a为缸体示意图。

图5b为图5a中的B-B的剖面图。

图6a为活塞运动到最左端时，活塞上的沟槽e、f、g、h未和缸体上的窗口a、b、c、d发生沟通示意图。

图6b为图6a中的D-D截面图。

图6c为活塞转动并往右端开始移动，活塞上的沟槽e、f、g、h分别与缸体上的窗口a、d、b、c沟通的示意图。

图6d为图6c中的E-E截面图。

图6e为活塞移动到最右端时，活塞上的沟槽e、f、g、h未和缸体上的窗口a、b、c、d不再沟通的示意图。

图6f为图6e中的F-F截面图。

图7为左导轨示意图。

图8为右导轨示意图

图9为左导轨或右导轨位移图。

具体实施方式

参照图1至图9，二维圆柱导轨轴向活塞泵，包括泵体1、缸体2和活塞3，缸体2置于泵体1中并与泵体1固定连接；泵体1上开有吸排油孔和泄露油回油通道，泵体1的左、右两端分别通过卡簧4固定安装有左、右端盖5、6，所述的缸体2的左、右两端分别固设有具有不同滚轮滚动曲面的左导轨7和右导轨8，并且左导轨7和右导轨8相互呈90度错开布置，即左导轨7的最高点和最低点分别与右导轨8的最低点和最高点相对应；

所述的缸体2的内腔中心设置有活塞3，并且所述的活塞3可沿缸体2内腔的轴向作直线往复运动；在所述的活塞3的左、右两端分别安装有与活塞3同心的左塞环9和右塞环10，所述的左塞环9、右塞环10分别固定在缸体2上；所述的左塞环、活塞左端和缸体共同围合的空间构成左腔室，所述的右塞环、活塞右端和缸体共同围合的空间构成右腔室，左腔室与右腔室的容积随活塞的往复运动交错变化；当活塞从最左端往最右端轴向运动时，左腔室容积逐渐变大，右腔室容积逐渐变小；相反，当活塞从最右端往最左端轴向运动时，右腔室容积逐渐变大，左腔室容积逐渐变小；

所述的活塞3上设置有台肩，所述的台肩的表面上开设有均匀布置的四个矩形沟槽e、f、g、h，并且四个矩形沟槽的槽口位置相互错开布置；所述的缸体2的对应位置上均匀分布有与四个矩形沟槽相对应的两组窗口a、c和b、d，并且两组窗口通过开在缸体2表面的环形槽相互贯通；工作时，活塞3上的矩形沟槽与缸体上的窗口发生沟通，容积逐渐变大的腔室通过沟通的矩形沟槽和窗口从油箱吸油，容积逐渐减小的腔室通过沟通的沟槽和窗口将腔内油液排出；

所述的活塞3的左端安装有一字销轴11，所述的一字销轴11的轴端对称安装有一组左轴承大滚轮111，所述的一字销轴11的左端安装有一与左端盖固定连接的滚轮罩13，所述的一字销轴11紧固在活塞3上；所述的活塞3的右端安装有十字销轴12，所述的十字销轴12的轴端分别对称安装有一组右轴承大滚轮121和一组用于传递扭矩的轴承小滚轮122，所述的十字销轴12紧固在活塞3上；所述的左轴承大滚轮111和右轴承大滚轮121分别设置在所述的左导轨7和右导轨8上，并且分别可沿左导轨7和右导轨8滚动；

所述的十字销轴12通过2D联轴器14安装在开有通孔的右端盖6上，无刷电机15与所述的2D联轴器14过紧配合，所述的无刷电机15通过2D联轴器14将扭矩传递到轴承小滚轮122，带动轴承小滚轮122转动，从而带动十字销轴12、活塞3和一字销轴11一起转动。当电机15带动2D联轴器14旋转时，2D联轴器14通过十字销轴12上的轴承小滚轮122将扭矩传递至活塞3，从而使得活塞3旋转，活塞3旋转的同时并往复运动实现吸排油腔的切换和连续的吸排油。

所述的左导轨7呈圆柱体，所述的圆柱体的顶面具有向内凹的第一弧形曲面71，并且所述的第一弧形曲面71的最低点两端的圆柱体上对称设置有与销钉相匹配的安装孔72；所述的圆柱体的中心开设有与内六角螺栓匹配的第一通孔73。

所述的右导轨8呈圆柱体，所述的圆柱体的顶面具有向外凸起的第二弧形曲面81，并且所述的第二弧形曲面的最低点两端的圆柱体上对称设置有与销钉相匹配的安装孔82；所述的圆柱体的中心开设有与内六角螺栓匹配的第二通孔83。

所述的右轴承大滚轮121和轴承小滚轮122分别设置在2D联轴器14的沟槽141上；所述的2D联轴器14通过第一钢丝挡圈161和锁紧垫片162安装在开有通孔的右端盖6上。

所述的2D联轴器14的右端开有与无刷电机15配合的矩形键槽。

所述的右端盖6与2D联轴器14之间安装用于密封和减少联轴器与端盖的摩擦力作用的J形无骨架油封18和铜片19。

所述的左轴承大滚轮111、右轴承大滚轮121、轴承小滚轮122分别由轮套1212、滚动轴承1211、第二钢丝挡圈1214和锁紧垫片1213构成，所述的滚动轴承穿套在轴端，所述的轮套通过第二钢丝挡圈和锁紧垫片套设在滚动轴承上。

所述的左、右端盖5、6上开设有用于放置O形密封圈20的环形槽。

所述的左塞环、右塞环9、10分别通过第三钢丝挡圈21固定在缸体2上。

所述的一字销轴11、十字销轴12分别通过内六角螺栓17紧固在活塞3的左、右端。

工作原理如下：

活塞与十字销轴、一字销轴通过内六角螺栓固连在一起，无刷电机通过2D联轴器将扭矩传递到十字销轴上的轴承小滚轮，带动轴承小滚轮转动，右轴承大滚轮随着轴承小滚轮与2D联轴器一起转动的同时，右轴承大滚轮也会在右导轨上滚动。同理，在左端一字销轴上左轴承大滚轮在转动的同时也会在内导轨上滚动。当左轴承大滚轮滚动到左导轨的最高点时，即右轴承大滚轮滚动到右导轨的最低点，活塞轴向移动到最左端；当左轴承大滚轮滚动到左导轨的最低点时，即右轴承大滚轮滚动到右导轨的最高点，活塞轴向移动到最右端。随着左轴承大滚轮和右轴承大滚轮分别在左导轨、右导轨上连续滚动，就可以使活塞进行轴向连续往复运动，实现了活塞在纵向连续转动的同时又在轴向有连续的往复运动。

本实施例中，如图4a至5b所示，活塞上的四个矩形沟槽分别为e、f、g、h，其槽口位置相互错开，即e、h槽口与f、g槽口方向相反。缸体上与矩形沟槽相对应的两组窗口为a、c和b、d，a、c窗口和b、d窗口通过开在缸体表面的环形槽相互贯通。

如图6a至6f所示，活塞逆时针转动(从左往右看)，a、b、c、d是缸体上的窗口通道，a、c为吸油通道，b、d为排油通道。e、f、g、h为活塞上的矩形沟槽。

图6a和6b为活塞运动到最左端时，此时活塞上的矩形沟槽e、f、g、h未和缸体上的窗口a、b、c、d发生沟通。

当活塞转动的同时往右端开始移动，如图6c和6d所示，活塞上的矩形沟槽e、f、g、h分别与缸体上的窗口a、d、b、c沟通，容腔逐渐变大的左腔室由于自吸性，通过沟通通道e-a、h-c从油箱中吸油；容积逐渐变小的右腔室将腔内的油通过沟通通道f-d、g-b将油液挤出。

如图6e和6f所示，当活塞移动到最右端，此时活塞上的矩形沟槽e、f、g、h未和缸体上的窗口a、b、c、d不再沟通。当活塞继续转动，则活塞开始往左运动，右腔室开始通过沟通通道f-a、g-c从油箱吸油；左腔室通过沟通通道e-b、h-d将油挤出。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.二维圆柱导轨轴向活塞泵，包括泵体、缸体和活塞，缸体置于泵体中并与泵体固定连接；泵体上开有吸排油孔和泄露油回油通道，泵体的左、右两端分别通过卡簧固定安装有左、右端盖，其特征在于：所述的缸体的左、右两端分别固设有具有不同滚轮滚动曲面的左导轨和右导轨，并且左导轨和右导轨相互呈90度错开布置，即左导轨的最高点和最低点分别与右导轨的最低点和最高点相对应；

所述的缸体的内腔中心设置有活塞，并且所述的活塞可沿缸体内腔的轴向作直线往复运动；在所述的活塞的左、右两端分别安装有与活塞同心的左塞环和右塞环，所述的左塞环、右塞环分别固定在缸体上；所述的左塞环、活塞左端和缸体共同围合的空间构成左腔室，所述的右塞环、活塞右端和缸体共同围合的空间构成右腔室，左腔室与右腔室的容积随活塞的往复运动交错变化；当活塞从最左端往最右端轴向运动时，左腔室容积逐渐变大，右腔室容积逐渐变小；相反，当活塞从最右端往最左端轴向运动时，右腔室容积逐渐变大，左腔室容积逐渐变小；

所述的活塞上设置有台肩，所述的台肩的表面上开设有均匀布置的四个矩形沟槽，并且四个矩形沟槽的槽口位置相互错开布置；所述的缸体的对应位置上均匀分布有与四个矩形沟槽相对应的两组窗口，并且两组窗口通过开在缸体表面的环形槽相互贯通；工作时，活塞上的矩形沟槽与缸体上的窗口发生沟通，容积逐渐变大的腔室通过沟通的矩形沟槽和窗口从油箱吸油，容积逐渐减小的腔室通过沟通的沟槽和窗口将腔内油液排出；

所述的活塞的左端安装有一字销轴，所述的一字销轴的轴端对称安装有一组左轴承大滚轮，所述的一字销轴的左端安装有一与左端盖固定连接的滚轮罩，所述的一字销轴紧固在活塞上；所述的活塞的右端安装有十字销轴，所述的十字销轴的轴端分别对称安装有一组右轴承大滚轮和一组用于传递扭矩的轴承小滚轮，所述的十字销轴紧固在活塞上；所述的左轴承大滚轮和右轴承大滚轮分别设置在所述的左导轨和右导轨上，并且分别可沿左导轨和右导轨滚动；

所述的十字销轴通过2D联轴器安装在开有通孔的右端盖上，无刷电机与所述的2D联轴器过紧配合，所述的无刷电机通过2D联轴器将扭矩传递到轴承小滚轮，带动轴承小滚轮转动，从而带动十字销轴、活塞和一字销轴一起转动。

2.如权利要求1所述的二维圆柱导轨轴向活塞泵，其特征在于：所述的左导轨呈圆柱体，所述的圆柱体的顶面具有向内凹的第一弧形曲面，并且所述的第一弧形曲面的最低点两端的圆柱体上对称设置有与销钉相匹配的安装孔；所述的圆柱体的中心开设有与内六角螺栓匹配的第一通孔。

3.如权利要求1或2所述的二维圆柱导轨轴向活塞泵，其特征在于：所述的右导轨呈圆柱体，所述的圆柱体的顶面具有向外凸起的第二弧形曲面，并且所述的第二弧形曲面的最低点两端的圆柱体上对称设置有与销钉相匹配的安装孔；所述的圆柱体的中心开设有与内六角螺栓匹配的第二通孔。

4.如权利要求3所述的二维圆柱导轨轴向活塞泵，其特征在于：所述的右轴承大滚轮和轴承小滚轮分别设置在2D联轴器的沟槽上；所述的2D联轴器通过第一钢丝挡圈和锁紧垫片安装在开有通孔的右端盖上。

5.如权利要求4所述的二维圆柱导轨轴向活塞泵，其特征在于：所述的2D联轴器的右端开有与无刷电机配合的矩形键槽。

6.如权利要求5所述的二维圆柱导轨轴向活塞泵，其特征在于：所述的右端盖与2D联轴器之间安装用于密封和减少联轴器与端盖的摩擦力作用的J形无骨架油封和铜片。

7.如权利要求4～6之一所述的二维圆柱导轨轴向活塞泵，其特征在于：所述的左轴承大滚轮、右轴承大滚轮、轴承小滚轮分别由轮套、滚动轴承、第二钢丝挡圈和锁紧垫片构成，所述的滚动轴承穿套在轴端，所述的轮套通过第二钢丝挡圈和锁紧垫片套设在滚动轴承上。

8.如权利要求7所述的二维圆柱导轨轴向活塞泵，其特征在于：所述的左、右端盖上开设有用于放置O形密封圈的环形槽。

9.如权利要求8所述的二维圆柱导轨轴向活塞泵，其特征在于：所述的左塞环、右塞环分别通过第三钢丝挡圈固定在缸体上。

10.如权利要求9所述的二维圆柱导轨轴向活塞泵，其特征在于：所述的一字销轴、十字销轴分别通过内六角螺栓紧固在活塞的左、右端。