CN105090020A - 一种单片双滚偏心旋转变容装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单片双滚偏心旋转变容装置，因可应用于多种机械产品领域，现只例举了机械变容领域里的滑片泵作为实施例进行说明，包括泵体、轴、滑片和滚柱，泵体的内腔横截面为圆形或椭圆形，轴插装在泵体的内腔内，且偏心与泵体的内腔设置，轴的外圆与泵体内腔相切，轴的中心设有一个径向通孔，径向通孔内插装有滑片，滑片的两端分别设有一个U形槽，每个U形槽中各设有一个滚柱。本发明不仅提升了原旋转变容产品的工作可靠性，还有效地改善了旋转变容产品应用领域空间，同时节省了旋转变容产品的制造成本。

Description

一种单片双滚偏心旋转变容装置

技术领域

本发明公开一种容积式流体变容机械，特别是一种单片双滚偏心旋转变容装置，可应用于单片双滚流体滑片泵及单片双流体滚压缩机和单片双滚流体马达或单片双滚液压阻尼器还包括流体制动器等变容领域。

背景技术

目前，变容机械结构形式名目繁多，已被广泛应用于多种领域，与本发明最为相近的滑片泵技术就是其中的一种，同样在多种领域得到应用。从已经公开的技术可以表明，这些年对滑片泵技术进行了方方面面的改进，如果按结构原理特性进行分类，主要分为四种类型：

第一种类型是将原滑片泵的滑片结构和形状进行改进，如中国专利：椭圆旋转滑片泵，公开号为CN102748279A等。

第二种类型是将原滑片泵的滑片从转子上移到定子上，如中国专利：滑片外置式滑片泵，公开号为CN201739173U等。

第三种类型是将滑片泵的转子结构形状进行改进，如中国专利：滑片式油泵，公开号为CN202132228U及叶片式转子泵，公开号为CN201363270Y等。

第四种类型是将滑片泵的定子结构的形状进行改进，如中国专利：带有衬套的滑片泵，公开号为CN2528967Y及无定子磨损的滑片泵：公开号为CN102536801A。

还有其他方式对原滑片泵进行改进的，并在一项发明里同时进行几项改进的。经过改进后的原滑片泵，确实在不同程度上对滑片泵的性能带来了一定的改善，但总体来看，还是存在结构复杂、制造成本高、压力提升空间不明显的缺陷。特别是最常见的滑片泵，不足的地方更为突出，具体来讲，其主要缺点有下列几点：

其一，由于最常见的滑片泵的轴上装有转子，结构尺寸必然增大，制造成本显然增加。

其二，由于最常见的滑片泵的转子上装有不少于两片的滑片，且大部分是大于四片，本身结构复杂，因此制造和维护费用高。

其三，最常见的滑片泵的滑片是均匀插在转子的滑槽里，受结构影响滑片插入深度及面积将受到很大限制，特别是在运行中滑片伸出最长时，也就是滑片插在滑槽里最短或面积最小时，恰是滑片受到侧压力最大之时，这给滑片的伸出和缩进转子滑槽产生非常不利的影响，这也是影响滑片泵的压力空间提升的一大障碍，其实也是滑片泵工作稳定性一大隐患。

其四，常见的滑片泵在运行中，其滑片顶部与泵体内腔壁是滑动摩擦，且其接触压力因摩擦角度和在不同位置差异很大，导致泵体内腔壁的磨损严重不均且与滑片端部之间的磨损速度加快。这不仅对滑片泵的寿命不利，同时对滑片泵的性能指标也造成一定的影响，如会引发滑片泵的温度升高，震动和功耗增加，流量及压力包括工作稳定性也会受到影响，使用维护成本在一定程度上有所增加，同时也阻碍了滑片泵压力应用空间的提升，以及影响了其流体介质的选用范围。

其五，由于常见滑片泵存在上述不足，导致其应用领域也将受到一定限制，如阻尼场所及更高压力的流体马达等场所都很难得到应用。

发明内容

针对上述提到的变容机械领域现有技术的滑片泵结构复杂等缺点，本发明提供一种新的单片双滚偏心旋转变容装置，具体讲是一种单片双滚滑片泵，其通过单个滑片配合两个滚柱结构，实现滑片泵功能，简化了结构，降低产品成本，提升了产品的运行可靠性。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种单片双滚滑片泵，包括泵体、轴、滑片、滚柱、第一侧板、前端盖、后端盖、第一轴承、第一铜套、第一弹性圈、密封装置、进入口、压出口、第二轴承、第二铜套、第二侧板、第二弹性圈，泵体的内腔横截面为圆形或椭圆形，轴插装在泵体的内腔内，且偏心与泵体的内腔设置，轴的外圆与泵体内腔相切，轴的中心设有一个径向通孔，径向通孔内插装有滑片，滑片的两端分别设有一个U形槽，每个U形槽中各设有一个滚柱。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述轴的径向通孔，孔内有内角的，设成内平倒角或内圆弧角，与滑片的外平倒角或外圆弧角相配，其内平倒角或内圆弧角大于滑片的外平倒角或外圆弧角半径尺寸。

所述的滑片共一个，且与所述轴的径向通孔是间隙配合，其外平倒角或外圆弧角半径小于轴的径向通孔的内平倒角或内圆弧角半径尺寸。

所述的滑片U形槽的底部为半圆弧形的槽底，U形槽的两开口两侧边平面平行且与槽底半圆弧相切，且U形槽表面粗糙度要求不低于泵体内腔表面的粗糙度。

所述的滑片两端U形槽两开口侧边平面与滑片上两个U形槽中的圆弧中心线连成的平面设成一定角度，包括零度。

所述滑片U形槽的宽度尺寸大于滚柱直径尺寸，是间隙配合，所述U形槽深度小于滚柱直径，使得U形槽开口端面在任何时候与泵体内腔壁都有间隙。

所述的滚柱可做成实心或空心。

可在本发明举例的结构原理构思基础上稍做改动，可应用于流体马达和流体压缩机及液压阻尼器包括制动器等变容产品，且可同轴或不同轴多单元组合应用。

本发明的有益效果是：1、本发明中的泵体内腔形状直接设计成完全符合标准方程特性的圆形或椭圆形，不需要对其进行二次修正的，有效的节省了滑片泵的制造成本。考虑到方便制造，优先选用圆形泵体型腔，除非同时受到下列三个条件限制时才有可能性用到椭圆形型腔，即一是外形尺寸要求严格，受到限制，二是偏心距与轴的半径之比大于四分之一，且不能调整，其三是滚柱半径尺寸同时受到限制。

2、本发明采用外部驱动结构，由于省掉一个套在滑片泵轴上的转子，使得滑片泵的结构尺寸大幅减小，这对滑片泵的制造成本和运行性能改善起到显著作用。

3、传统的滑片泵上装有多个滑片，而本发明只用一个滑片，这对滑片泵的制造成本和使用维护成本同样起到有效的降低作用。

4、在相同泵体形腔尺寸的滑片泵上，由于本发明举例的单片双滚滑片结构，滑片插入轴的径向通孔的深度或面积比传统的滑片泵滑片插入转子滑槽的深度或面积要大一到三倍，从而使本发明举例的单片双滚滑片泵的滑片运行环境得到本质上的改善，进而使得滑片泵的工作稳定性、工作寿命以及滑片泵的压力空间得到大幅提升。

5、由于传统滑片泵中的滑片与泵体内腔壁是滑动磨擦，滑片在滑槽中伸出动作，都是依靠滑片自身的离心力和滑片靠轴心一端的流体压力及其它复杂结构把滑片推向泵体内腔壁的。而本发明举例的单片双滚滑片泵，改为在滑片两端设有U形槽，并在U形槽里各设一个滚柱，利用泵体内腔壁与轴的偏心设计，在运行中泵体内腔壁会通过滚柱推压滑片在轴的径向通孔中往复滑移，强制带动滚柱与滑片一起转动和径向移动，并利用泵体腔内被滑片和滚柱分隔前后腔的压力差及滚柱受到的离心力，使处于浮动状态的滚柱紧贴泵体内腔壁和滑片U形槽的工作面做公转和自转运动，达到良好的密封效果。与传统滑片泵相比，密封可靠性有显著提高，磨擦阻力也大幅下降，零件的磨损速度也会明显下降，噪音及震动和发热都会有不同程度的下降，其工作稳定性及工作寿命包括使用维护成本也会产生显而易见的改善作用。本发明中的滚柱在运行状态下，紧贴泵体内腔壁和滑片U形槽工作面的接触压力，还可以在设计时根据需要给定，具体措施是：通过调整滑片U形槽开口平面与滑片两U形槽圆弧中心线连成平面的角度，来改变滚柱与U形槽工作面上切点位置，达到改变滚柱的受力面积来实现；同时还可以通过调整滚柱重量，就是做成实心或空心程度，来调整在额定转速下滚柱受到的离心力大小来实现，也可以二者合用。

由于本发明对传统的滑片泵进行了上述改进，改进后的结构，不仅在滑片泵的工作性能有较大提升，在滑片泵的压力空间范围及应用环境领域都有很大程度上的改善，同时可在本发明构思结构基础上稍做改动，可将把本实施举例的滑片泵功能转化为流体马达和流体压缩机及液压阻尼器还包液压括制动器领域进行应用，且可同轴或不同轴多单元组合应用。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明的主体剖面结构示意图。

图2为图1的A-A剖面结构示意图。

图中，1-泵体，2-轴，3-滑片，4-滚柱，5-第一侧板，6-前端盖，7-后端盖，8-第一轴承，9-第一铜套，10-第一弹性圈，11-密封装置，12-进入口，13-压出口，14-第二轴承，15-第二铜套，16-第二侧板，17-第二弹性圈。

具体实施方式

本实施举例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施举例相同或近似的，均在本发明的权利保护范围之内。

请结合参看附图1和附图2，本发明主要包括泵体1、轴2、滑片3和滚柱4，本实施举例中，泵体1的内腔横截面为圆形或椭圆形，本实施例中，以圆形为例进行具体说明，轴2插装在泵体1的内腔内，且偏心与泵体1的内腔设置，轴2的外圆与泵体1内腔相切，泵体1内腔的形状是根据轴2与泵体1内腔的偏心距和滑片3两端U形槽中的滚柱4的半径尺寸设计成椭圆形或圆形。本实施举例中，在与泵体1内腔相切的轴2的中心设有一个径向通孔，本实施举例中，轴上径向通孔呈长方形，孔内的四角设成内圆弧角，内圆弧角的半径R大于1毫米。径向通孔内插装有滑片3，与轴的径向通孔为间隙配合，本实施例中，滑片3截面为长方体形，滑片3的四角上设成外圆弧角R’，与滑片相配的轴的径向通孔内的内圆弧角R相比，外圆弧角R’小于内圆弧角R0.03毫米到0.08毫米，使得滑片3与轴2的径向通孔为间隙配合。本实施例中，在滑片3的两端分别设有一个U形槽，每个U形槽中各设有一个滚柱4，滑片两端U形槽的开口宽度大于滚柱直径，滚柱与U形槽为间隙配合，U形槽的深度小于滚柱4直径，使得滑片端面在任何状态下与泵体内腔壁有间隙，U形槽的底部为半圆弧形的槽底，U形槽的两开口平面与槽底半圆弧相切，且U形槽的两开口平面相互平行，两开口侧边平面将根据需要与滑片3上的两个U形槽中的圆弧中心线连成的平面设成角度（包括零度）。本实施例中，此处的“根据需要”是指在额定工作压力下，滑片U形槽中的滚柱4与泵体1内腔壁及滑片3的U形槽工作面上的接触压力大小，用改变滚柱4与滑片3的U形槽的切点位置来调整滚柱4受到的压强差的面积来实现，并将滑片3的U形槽的内表面的粗糙度等级设成不低于泵体1内腔壁表面的粗糙度等级，且粗糙度等级要高于3.2。本实施举例中，滑片3两端U形槽中的滚柱4用特殊耐磨材料制成，如GCr15经精密加工再通过热处理而成，滚柱4的表面硬度不小于HRC50，表面粗糙度不低于1.6，并可根据需要设为实心或空心结构。本实施例中，此处的“根据需要”是指在额定转速下，通过调整滚柱4的实心或空心程度来改变其自身重量，进而来改变其获得的离心力，从而达到滚柱4与泵体1内腔壁和滑片3的U形槽工作面上的想要的接触压力及密封条件。

本实施例中，泵体1垂直于轴2的轴心的方向上的一端固定安装有前端盖6，本实施例中，前端盖6通过螺钉与泵体1固定安装在一起，轴2伸出至前端盖6外侧，通过外部动力驱动轴2转动。轴2上套装有第一轴承8，第一轴承8设置在前端盖6和轴2台肩之间，第一轴承8内侧（本实施例中，靠近泵体1中心一侧定义为内侧，下同）的轴2上套装有第一侧板5，第一侧板5内紧配装有第一铜套9，第一侧板5单边横截面呈“L”形外圆空下圆柱腔内，装有第一弹性圈10。第一轴承8外侧的轴2上套装有密封装置11。

本实施例中，泵体1垂直于轴2的轴心的方向上的另一端固定安装有后端盖7，本实施例中，后端盖7也是通过螺钉与泵体1固定安装在一起。轴2上套装有第二轴承14，第二轴承14设置在后端板7和轴2台肩之间，第二轴承14内侧的轴2上套装有第二侧板16，第二侧板16内紧配装第二铜套15，第二侧板16单边横截面呈“L”形外圆空下圆柱部分装有第二弹性圈17。本实施例中，通过第一铜套9、第一侧板5、第二铜套15和第二侧板16围成泵体1的工作内腔，且通过第一轴承8和第二轴承14将轴2安装在泵体1内，保持其自由转动。

本发明实施举例在设计时包括如下步骤：

第一步、确定单片双滚滑片泵轴2的直径d及轴2与泵体1内腔的偏心距c，包括滑片3两端U形槽中滚柱4半径r。此处的偏心距c，就是选择圆形或椭圆形方程中Y轴上的截距尺寸，这一点也是两滚柱中心连线在圆或椭圆方程中任意状态下必须经过的一点。本实施例中，将轴2的直径d及偏心距c和滚柱4的半径r在下面叫做三个元素。

第二步、泵体1型腔先按圆形设计，再求出圆的方程，并算出两滚柱4中心线在泵体1腔内运行过程中被圆截得最长弦与最短弦之差，也是圆的直径与两滚柱中心线连线与X轴平行时被圆截得弦的尺寸之差，设为N。

第三步，算出在泵体1圆形腔内，滑片3的单个U形槽中滚柱4在工作面上可移动的最大径向尺寸，设为M，本实施例U形槽两开口平面与两圆弧中心线连成的平面是是设为零度，其M值为U形槽工作面一侧深度尺寸减去滚柱半径尺寸。

第四步，算出M-N的差值要大于一个设定常数，理论上讲这个常数只要大于零就可以了，就是在任何状态下滚柱4都不能离开滑片3上的U形槽与泵体内腔壁合成的约束，但考虑到零件的制造误差和滑片泵在使用中的零件磨损及安全系数，而将这一常数设成大于零。设定这个大于零的常数大小，主要由单片双滚滑片泵选用三个元素的大小来确定的，这里提供一个相对安全的公式可以使用，即M-N大于0.2r，当然稍大一些更安全，接上述验算结论如M-N大于设定的常数，就可以按圆形泵体型腔一直设计下去。

第五步，如M-N等于或小于设定的常数，就要调整上述的三个元素中的一个或几个，再重复上述验算，直到M-N大于设定的常数为止，如因结构尺寸及三个元素有非常特殊要求，锁定不能调整，这时可将泵体内腔形状改为椭圆形，具体方法如下：

第六步，根据已确定的三个元素c、d及r，只要把上述两滚柱中心连线与X轴（这里是长轴）平行时被圆所截得的弦长改为是被椭圆截得的弦长，同时把这个弦长定为是椭圆的短轴（这里是Y轴）尺寸，再求出椭圆的方程式。

第七步，求出两滚柱中心连线经过偏心距点坐标(0，c)的直线被椭圆方程截得最长弦尺寸与最短弦尺寸之差n，这里最短弦就是椭圆短轴尺寸2b，也是过Y轴上点(0，c)直线与X平行时被椭圆截得的弦长2b。

第八步，求上述最长弦尺寸，用公式，此公式中的k是上面被椭圆截得最长弦时直线的斜率，a是椭圆的长半轴，b是椭圆的短半轴，c是直线在椭圆Y轴上的截距，求出k以后可以求出被椭圆截得最长弦的尺寸s。

第九步，用已求出的最长弦s减去最短弦2b得到的差n。

第十步，计算出在泵体椭圆腔内滑片U形槽中滚柱在工作面上可移动的最大径向尺寸m。

第十一步，计算m-n要大于设定的常数，如符合条件就按椭圆形泵体型腔继续设计下去，否则必需调整三个元素中间的一个或多个，在这里可以讲这种情况几乎不可能遇到。

本发明举例的单片双滚滑片泵的工作过程如下：由于滑片泵的轴2是偏心装于泵体1内腔，且轴2的外圆与泵体1内腔壁相切，形成月牙形空腔，在此相切位置的两边设有流体的进入口12和压出口13。当外部动力带动轴2转动时，轴2通过径向通孔带动滑片3在月牙腔内绕轴2转动，并受泵体1内腔壁对滑片3U形槽内滚柱4的推压，滑片3还在轴2的径向孔内往复滑动，同时滚柱4在轴2转动的离心力和滑片3运动方向前后流体压强差的作用下，贴紧泵体1内腔壁和滑片3上的U形槽的工作面上公转和自转，这样在月牙腔内滑片3和滚柱4运行方向后面的容积，会随着轴2的顺时针方向转动，从滚柱4完全打开流体进入口12时，容积逐渐增大，并将流体吸入腔内，直到开始打开流体压出口13时结束吸入行程。与此同时在滑片3和滚柱4运行方向的前面，其容积将随着轴2的顺时针转动，从开始关闭流体的进入口12时逐渐减小，并压出流体，直到滚柱4开始进入流体压出口13时，就结束压出行程。就这样，轴2每转动180°就完成一次循环，随着外部对轴的动力不断输入，这样的循环就不断重复，从而实现滑片泵对流体的正常输送。

上述实施例以滑片泵结构作为具体结构对本发明做具体阐述，具体实施时，可在本发明举例的结构原理构思基础上稍做改动，可应用于流体马达、流体压缩机、液压阻尼器及液压制动器等到变容领域，且可同轴或不同轴多单元组合应用。

本发明应用于流体马达和流体压缩机中的结构与其应用于滑片泵中的结构基本上相同，不同之处在于流体马达和流体压缩机的应用方法和工作原理与滑片泵不同。如果将上述滑片泵的进入口12和压出口13通过管道连通，在管道内设置有流量控制阀，控制其流量大小，则形成液压阻尼器和制动器结构。

以上所述，包括具体实施方式，仅为本发明所作的示意性举例，而并非用以限制本发明的权利范围，对于所属本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，所作出的任何变化与修改，包括应用领域的变化，都等同于替换或改进，均属于本发明的权利保护范围之中。

Claims (9)

1.一种单片双滚偏心旋转变容装置，包括壳体、轴、滑片和滚柱，其特征是：壳体的内腔横截面为圆形或椭圆形，轴偏心于壳体的内腔设置，轴的外圆与壳体内腔相切，轴的中心设有一个径向通孔，径向通孔内插装有滑片，滑片的两端分别设有一个U形槽，每个U形槽中各设有一个滚柱。

2.根据权利要求1所述的一种单片双滚偏心旋转变容装置，其特征是：所述的滑片仅设置有一个，且与所述轴的径向通孔是配合间隙。

3.根据权利要求2所述的一种单片双滚偏心旋转变容装置，其特征是：所述轴的径向通孔，孔内有内角的，设成内平倒角或内圆弧角，滑片上设有外平倒角或外圆弧角，径向通孔内的内平倒角或内圆弧角与滑片的外平倒角或外圆弧角相配，并大于滑片的外平倒角尺寸或外圆弧角的半径尺寸。

4.根据权利要求1所述的一种单片双滚偏心旋转变容装置，其特征是：所述的滑片U形槽的底部为半圆弧形的槽底，U形槽的两开口两侧边平面与槽底半圆弧相切，且U形槽表面粗糙度要求不低于泵体内腔表面的粗糙度。

5.根据权利要求4所述的一种单片双滚偏心旋转变容装置，其特征是：所述的U形槽的两开口两侧边平面相互平行。

6.根据权利要求1所述的单片双滚滑片泵，其特征是：所述的U形槽两开口侧边平面与滑片上的两个U形槽中的半圆弧中心线连成的平面设成一定角度。

7.根据权利要求1所述的一种单片双滚偏心旋转变容装置，其特征是：所述滑片U形槽的宽度尺寸大于滚柱直径尺寸，所述U形槽深度尺寸小于滚柱直径尺寸。

8.根据权利要求1所述的一种单片双滚偏心旋转变容装置，其特征是：所述的滚柱为实心或空心。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的一种单片双滚偏心旋转变容装置，其特征在于：所述的变容装置为流体滑片泵、流体马达、流体压缩机、液压阻尼器或流体制动器。