CN105484962A - 二维双联轴向活塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维双联轴向活塞泵，包括壳体、左缸体、右缸体、左活塞以及右活塞，左缸体和右缸体通过定位钢珠置于壳体内并且通过连接套与壳体固定连接，壳体上开有吸排油孔和泄漏油回油通道，壳体的左端固定安装有左端盖，所述的左缸体的右端和右缸体的左端分别固联具有相同滚动曲面的左等加等减曲面轨道和右等加等减曲面轨道，并且左等加等减曲面轨道和右等加等减曲面轨道相互呈90度错开布置，即左等加等减曲面轨道的最高点和最低点分别与右等加等减曲面轨道的最低点和最高点相对应。本发明具有结构新颖紧凑，体积小、重量轻，传动简单，零转矩脉动、易调速，排量高等优点。

Description

二维双联轴向活塞泵

技术领域

本发明涉及一种二维双联轴向活塞泵，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

双联活塞泵用活塞和缸体以及中间连接件作为主要工作构件，其结构呈对称状。当活塞在缸体内作往复运动时，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，在高压下仍能保持相当高的容积效率及总效率，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。并且由于柱塞泵本身工作原理的限制，传动轴转动一周，每个柱塞只能实现一次吸油和一次排油，其排量受到了限制。本发明与之前所发明的单联二维圆柱导轨轴向活塞泵相比较，本发明不仅在结构上得到优化，最主要是排量得到加倍。除此之外，还解决了单联泵的流量脉动及力矩脉动问题。

发明内容

为了克服轴向活塞泵存在的上述缺点，本发明提供一种结构新颖紧凑、体积小、重量轻，传动简单、零转矩脉动、易调速，排量高等优点的二维(2D)双联轴向活塞泵。

本发明采用的技术方案是：

二维双联轴向活塞泵，其特征在于：包括壳体、左缸体、右缸体、左活塞以及右活塞，左缸体和右缸体通过定位钢珠置于壳体内并且通过连接套与壳体固定连接，壳体上开有吸排油孔和泄漏油回油通道，壳体的左端固定安装有左端盖，所述的左缸体的右端和右缸体的左端分别固联具有相同滚动曲面的左等加等减曲面轨道和右等加等减曲面轨道，并且左等加等减曲面轨道和右等加等减曲面轨道相互呈90度错开布置，即左等加等减曲面轨道的最高点和最低点分别与右等加等减曲面轨道的最低点和最高点相对应；

所述的左缸体和右缸体的内部分别安装有左活塞、右活塞，并且所述的左活塞、右活塞分别可沿左缸体、右缸体内腔轴向作直线往复运动；在所述的左活塞的左、右两端分别安装有与左活塞同心的第一塞环和第二塞环，在所述的右活塞的左、右两端分别安装有与右活塞同心的第三塞环和第四塞环；

所述的第一塞环、左活塞和左缸体共同围合的空间构成第一左腔室，所述的第二塞环、左活塞和左缸体共同围合的空间构成第一右腔室，第一左腔室与第一右腔室的容积随左活塞的往复运动交错变化；当左活塞从最左端往最右端轴向运动时，第一左腔室容积逐渐变大，第一右腔室容积逐渐变小；相反，当左活塞从最右端往最左端轴向运动时，第一右腔室容积逐渐变大，第一左腔室容积逐渐变小；

所述的第三塞环、右活塞和右缸体共同围合的空间构成第二左腔室，所述的第四塞环、右活塞和右缸体共同围合的空间构成第二右腔室，第二左腔室与第二右腔室的容积随左活塞的往复运动交错变化；当右活塞从最左端往最右端轴向运动时，第二左腔室容积逐渐变大，第二右腔室容积逐渐变小；相反，当右活塞从最右端往最左端轴向运动时，第二右腔室容积逐渐变大，第二左腔室容积逐渐变小；

所述的左活塞和右活塞上均设置有一台肩，所述的台肩表面上开有均匀分布的四个矩形沟槽，并且四个矩形沟槽的槽口位置相互错开布置；所述的左缸体和右缸体上与左活塞和右活塞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左缸体和右缸体表面的环形槽相互贯通；工作时，矩形沟槽与窗口发生沟通，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；

所述的左活塞的右端和右活塞的左端分别与中间连接件通过定位螺钉固联，所述的中间连接件的伸出轴的轴端对称安装有一组轴承大滚轮，两中间连接件的伸出轴的空间夹角为45度；两中间连接件通过传动轴连接，所述的传动轴贯穿所述的左、右活塞，且两端固定；两中间连接件伸出轴上的轴承大滚轮分别对应设置在所述的左等加等减曲面轨道和右等加等减曲面轨道上，并且分别可沿左等加等减曲面轨道或右等加等减曲面轨道滚动。

所述的传动轴的左端安装有机械密封的动环，右端安装有深沟球轴承，中部安装有两根相同的导杆，并且两根导杆空间交错45度，两根导杆的末端均安装有一组滚针轴承，两组滚针轴承分别嵌入两中间连接件的轴承槽内。

所述的左等加等减曲面轨道和右等加等减曲面轨道均呈圆柱体，所述的圆柱体的顶面具有向内凹的弧形曲面。

所述的左端盖的内部安装有深沟球轴承和机械密封的静环。

所述的第一塞环和第二塞环分别通过钢丝挡圈固定在左缸体上，所述的第三塞环和第四塞环分别通过第一钢丝挡圈固定在右缸体上。

所述的左端盖通过第二钢丝挡圈固定在壳体的最左端。

本发明所述的二维(2D)双联轴向活塞泵利用活塞双自由度(旋转的同时能够轴向移动)的运动原理，实现连续的吸排油。对于双联2D泵的结构来说，两等加等减速曲面轨道分别用定位销固定于两缸体的端部，面对面放置并且两导轨在空间上交错90度，即当轴承大滚轮位于其中一导轨的最高点时，同时接触另一导轨的最低点。双联2D泵的定子包括缸体和等加等减速曲面轨道，两缸体通过套筒固连成一整体塞入泵壳内。其转子包括活塞、中间连接件、轴承大滚轮、传动轴、导杆。两活塞均装于缸体内，两者中心线平行。中间连接件伸出两轴，两轴端部分别装有一轴承大滚轮，且两轴承大滚轮安装呈对称状。两中间连接件分别在固联在两活塞的端部且面对面放置，两中间连接件伸出轴的空间交错45度。传动轴从活塞内贯穿，其两端均用轴承将其固定，传动轴中部装有两导杆，贯穿传动轴呈对称状，且导杆端部分别装有轴承。缸体腔内装有第一至第四塞环、左活塞、右活塞和壳体构成了吸排油腔，当传动轴带动左、右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。

本发明的有益效果主要体现在：

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柱塞泵的配油盘结构，来实现连续吸排油功能，而且往复运动一次，吸排油各两次，较单联轴向活塞泵多一次；

2、较传统柱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、较单联2D活塞泵，本发明消除了流量脉动和转矩脉动；

4、实现了微型化，在保证流量的前提下，成本得到大大降低。

附图说明

图1为2D双联轴向活塞泵的结构示意图。

图2为导杆与传动轴的装配示意图。

图3为中间连接件与传动轴装配示意图。

图4为传动部分示意图。

图5为2D双联活塞泵工作原理示意图，其中a)、b)和c)分别为活塞运动在不同位置的结构示意图。

图6为等加等减速导轨示意图。

图7等加等减速运动规律示意图。

图7中a)位移线图b)速度线图c)加速度线图。

具体实施方式

参照图1至图7，二维双联轴向活塞泵，包括壳体1、左缸体7、右缸体17、左活塞6以及右活塞21，左缸体7和右缸体17通过定位钢珠8置于壳体1内并且通过连接套23与壳体1固定连接，壳体1上开有吸排油孔和泄漏油回油通道，壳体1的左端固定安装有左端盖3，所述的左缸体7的右端和右缸体17的左端分别固联具有相同滚动曲面的左等加等减曲面轨道13和右等加等减曲面轨道15，并且左等加等减曲面轨道13和右等加等减曲面轨道15相互呈90度错开布置，即左等加等减曲面轨道13的最高点和最低点分别与右等加等减曲面轨道15的最低点和最高点相对应；

所述的左缸体7和右缸体17的内部分别安装有左活塞6、右活塞21，并且所述的左活塞6、右活塞21分别可沿左缸体7、右缸体17内腔轴向作直线往复运动；在所述的左活塞6的左、右两端分别安装有与左活塞同心的第一塞环10和第二塞环11，在所述的右活塞21的左、右两端分别安装有与右活塞同心的第三塞环22和第四塞环18；

所述的第一塞环10、左活塞6和左缸体7共同围合的空间构成第一左腔室，所述的第二塞环11、左活塞6和左缸体7共同围合的空间构成第一右腔室，第一左腔室与第一右腔室的容积随左活塞的往复运动交错变化；当左活塞从最左端往最右端轴向运动时，第一左腔室容积逐渐变大，第一右腔室容积逐渐变小；相反，当左活塞从最右端往最左端轴向运动时，第一右腔室容积逐渐变大，第一左腔室容积逐渐变小；

所述的第三塞环22、右活塞21和右缸体17共同围合的空间构成第二左腔室，所述的第四塞环18、右活塞21和右缸体17共同围合的空间构成第二右腔室，第二左腔室与第二右腔室的容积随左活塞的往复运动交错变化；当右活塞从最左端往最右端轴向运动时，第二左腔室容积逐渐变大，第二右腔室容积逐渐变小；相反，当右活塞从最右端往最左端轴向运动时，第二右腔室容积逐渐变大，第二左腔室容积逐渐变小；

所述的左活塞6和右活塞21上均设置有一台肩，所述的台肩表面上开有均匀分布的四个矩形沟槽e、f、g、h，并且四个矩形沟槽的槽口位置相互错开布置；所述的左缸体和右缸体上与左活塞和右活塞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a、c和b、d通过开在左缸体和右缸体表面的环形槽相互贯通；工作时，矩形沟槽与窗口发生沟通，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；

所述的左活塞6的右端和右活塞21的左端分别与中间连接件29、27通过定位螺钉28固联，所述的中间连接件27、29的伸出轴的轴端对称安装有一组轴承大滚轮14，两中间连接件的伸出轴的空间夹角为45度；两中间连接件通过传动轴4连接，所述的传动轴4贯穿所述的左、右活塞6、21，且两端固定；两中间连接件伸出轴上的轴承大滚轮14分别对应设置在所述的左等加等减曲面轨道13和右等加等减曲面轨道15上，并且分别可沿左等加等减曲面轨道或右等加等减曲面轨道滚动。

所述的传动轴4的左端安装有机械密封24的动环，右端安装有深沟球轴承20，中部安装有两根相同的导杆26，并且两根导杆26空间交错45度，两根导杆26的末端均安装有一组滚针轴承25，两组滚针轴承25分别嵌入两中间连接件27、29的轴承槽内。

所述的左等加等减曲面轨道13和右等加等减曲面轨道15均呈圆柱体，所述的圆柱体的顶面具有向内凹的弧形曲面。

所述的左端盖3的内部安装有深沟球轴承5和机械密封24的静环。

所述的第一塞环10和第二塞环11分别通过第一钢丝挡圈9、12固定在左缸体上，所述的第三塞环22和第四塞环18分别通过第二钢丝挡圈16、19固定在右缸体上。

所述的左端盖通过第三钢丝挡圈2固定在壳体1的最左端。

本实施例的工作原理如下：

参照图1～图4，滚针轴承25与导杆26固联，导杆26与传动轴4固联，当外部无刷电机与传动轴4相连接并旋转时，滚针轴承25、导杆26、传动轴4随着一起旋转。而滚针轴承25是嵌在中间连接件27的轴承槽内，则中间连接件27也与传动轴4一起旋转。每组(共两组)轴承大滚轮14分别与中间连接件27、29相固联，则两组轴承大滚轮14随着中间连接体27、29一起做旋转运动。又两组轴承大滚轮14均置于两等加等减速曲面轨道13、15之间，当轴承大滚轮做旋转运动的同时，由于受到曲面轨道13、15的约束，在轴向上必定做往复运动。而中间连接件27、29与右活塞21、左活塞6通过定位螺钉28固联，则右活塞21、左活塞6随着做往复运动。那么随着轴承大滚轮在左、右等加等减速曲面轨道上连续滚动，就可以使左活塞6、右活塞21进行轴向连续往复运动。

通过上述，实现了左活塞6、右活塞21在圆周连续转动的同时又在轴向有连续的往复运动。

参照图1，先看左半部分，第一塞环10、左活塞6和左缸体7构成了2D双联轴向活塞泵的第一左腔室；第二塞环11、左活塞6和左缸体7构成了2D双联轴向活塞泵的第一右腔室。随着左活塞6作往复运动，第一左腔室与第一右腔室的容积发生规律性变化。当左活塞6从最左端往最右端轴向运到时，第一左腔室容积逐渐变大，第一右腔室容积逐渐变小；同理，当左活塞6从最右端往最左端轴向运到时，第一右腔室容积逐渐变大，第一左腔室容积逐渐变小。双联泵的右半部分与左半部分的运动方式相同。

当2D双联轴向活塞泵工作时，活塞上的沟槽与缸体上的窗口会发生沟通，容积逐渐变大的容腔通过沟通的沟槽和窗口从油箱吸油；容积逐渐运动使左右腔的体积不断的交错变化，实现连续的吸油和排油。

如图5所示，为二维(2D)双联活塞泵工作原理示意图(以左半部分的缸体为例)。左活塞逆时针转动(从左往右看)，a、b、c、d是左缸体上的窗口通道，a、c为吸油通道，b、d为排油通道。e、f、g、h为左活塞上的矩形沟槽。图5a)为左活塞运动到最左端时，此时矩形沟槽e、f、g、h未和窗口a、b、c、d发生沟通。当左活塞转动的同时往右端开始移动，如图5b)所示，矩形沟槽e、f、g、h分别与窗口a、d、b、c沟通。容腔逐渐变大的第一左腔室由于自吸性，通过沟通通道e-a、h-c从油箱中吸油；容积逐渐变小的第一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5c)所示，当左活塞移动到最右端，此时左活塞上的矩形沟槽e、f、g、h未和窗口a、b、c、d不再沟通。当左活塞继续转动，则左活塞开始往左运动，第一右腔室开始通过沟通通道f-a、g-c从油箱吸油；第一左腔室通过沟通通道e-b、h-d将油挤出。双联泵的两缸体所排油在壳体上沟通，由同一出油口排出。

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 (6)

1.二维双联轴向活塞泵，其特征在于：包括壳体、左缸体、右缸体、左活塞以及右活塞，左缸体和右缸体通过定位钢珠置于壳体内并且通过连接套与壳体固定连接，壳体上开有吸排油孔和泄漏油回油通道，壳体的左端固定安装有左端盖，所述的左缸体的右端和右缸体的左端分别固联具有相同滚动曲面的左等加等减曲面轨道和右等加等减曲面轨道，并且左等加等减曲面轨道和右等加等减曲面轨道相互呈90度错开布置，即左等加等减曲面轨道的最高点和最低点分别与右等加等减曲面轨道的最低点和最高点相对应；

所述的左缸体和右缸体的内部分别安装有左活塞、右活塞，并且所述的左活塞、右活塞分别可沿左缸体、右缸体内腔轴向作直线往复运动；在所述的左活塞的左、右两端分别安装有与左活塞同心的第一塞环和第二塞环，在所述的右活塞的左、右两端分别安装有与右活塞同心的第三塞环和第四塞环；

所述的第一塞环、左活塞和左缸体共同围合的空间构成第一左腔室，所述的第二塞环、左活塞和左缸体共同围合的空间构成第一右腔室，第一左腔室与第一右腔室的容积随左活塞的往复运动交错变化；当左活塞从最左端往最右端轴向运动时，第一左腔室容积逐渐变大，第一右腔室容积逐渐变小；相反，当左活塞从最右端往最左端轴向运动时，第一右腔室容积逐渐变大，第一左腔室容积逐渐变小；

所述的第三塞环、右活塞和右缸体共同围合的空间构成第二左腔室，所述的第四塞环、右活塞和右缸体共同围合的空间构成第二右腔室，第二左腔室与第二右腔室的容积随左活塞的往复运动交错变化；当右活塞从最左端往最右端轴向运动时，第二左腔室容积逐渐变大，第二右腔室容积逐渐变小；相反，当右活塞从最右端往最左端轴向运动时，第二右腔室容积逐渐变大，第二左腔室容积逐渐变小；

所述的左活塞和右活塞上均设置有一台肩，所述的台肩表面上开有均匀分布的四个矩形沟槽，并且四个矩形沟槽的槽口位置相互错开布置；所述的左缸体和右缸体上与左活塞和右活塞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左缸体和右缸体表面的环形槽相互贯通；工作时，矩形沟槽与窗口发生沟通，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；

所述的左活塞的右端和右活塞的左端分别与中间连接件通过定位螺钉固联，所述的中间连接件的伸出轴的轴端对称安装有一组轴承大滚轮，两中间连接件的伸出轴的空间夹角为45度；两中间连接件通过传动轴连接，所述的传动轴贯穿所述的左、右活塞，且两端固定；两中间连接件伸出轴上的轴承大滚轮分别对应设置在所述的左等加等减曲面轨道和右等加等减曲面轨道上，并且分别可沿左等加等减曲面轨道或右等加等减曲面轨道滚动。

2.如权利要求1所述的二维双联轴向活塞泵，其特征在于：所述的传动轴的左端安装有机械密封的动环，右端安装有深沟球轴承，中部安装有两根相同的导杆，并且两根导杆空间交错45度，两根导杆的末端均安装有一组滚针轴承，两组滚针轴承分别嵌入两中间连接件的轴承槽内。

3.如权利要求2所述的二维双联轴向活塞泵，其特征在于：所述的左等加等减曲面轨道和右等加等减曲面轨道均呈圆柱体，所述的圆柱体的顶面具有向内凹的弧形曲面。

4.如权利要求3所述的二维双联轴向活塞泵，其特征在于：所述的左端盖的内部安装有深沟球轴承和机械密封的静环。

5.如权利要求4所述的二维双联轴向活塞泵，其特征在于：所述的第一塞环和第二塞环分别通过第一钢丝挡圈固定在左缸体上，所述的第三塞环和第四塞环分别通过第二钢丝挡圈固定在右缸体上。

6.如权利要求5所述的二维双联轴向活塞泵，其特征在于：所述的左端盖通过第三钢丝挡圈固定在壳体的最左端。