CN105683561B - 轴向活塞机 - Google Patents

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Abstract

一种轴向活塞机(100)，用于泵运行和/或马达运行，具有壳体(10)、传动轴(20)和活塞滚筒(40)。活塞滚筒(40)与传动轴(20)连接。传动轴(20)通过第一轴承(21)和第二轴承(22)可旋转地支承在壳体(10)内部，其中，第一轴承(21)构造为圆锥滚子轴承，第二轴承(22)构造为滑动轴承。第一轴承(21)可以承受在从第二轴承(22)向第一轴承(21)的力方向上作用于传动轴(20)上的轴向力。传动轴(20)在该力方向上被预紧。在壳体(10)的朝向驱动装置或者从动装置的壳体端面(11)上布置有止挡面(12)，该止挡面能够与布置在传动轴(20)上的主动轮或者从动轮(15)的与所述止挡面(12)对置的滑动面(15a)共同作用。

Description

轴向活塞机
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的轴向活塞机。
背景技术
轴向活塞机是静压的泵或马达，它们基于压缩原理并且压缩液压液体或者被压缩的液体驱动。已知的轴向活塞机具有多个在工作缸中在旋转的活塞滚筒中以及在可摆动的摆动摇架上被动态导向的工作活塞。工作活塞在轴向活塞机的流体侧被加载以流体压力，其中，由此产生的作用于工作活塞的对置侧上的力尤其各通过一个滑靴在摆动摇架上被承受。
活塞泵不仅可以以泵运行而且可以以马达运行来工作：
-在轴向活塞泵情况下，活塞滚筒通过传动轴被传动装置驱动，流体在工作缸中通过工作活塞被朝向高压区域压缩。
-在轴向活塞马达情况下，工作缸被供应以处于高压下的流体，由此产生活塞滚筒的旋转运动并从而在传动轴上产生转矩。
由EP 0 608 144 A2已知一种这样的轴向活塞泵，其传动轴实施有构造为圆锥滚子轴承的第一轴承和构造为滑动轴承的第二轴承。在此，滑动轴承作为轴向轴承具有轴承底部，当轴向力在从圆锥滚子轴承到滑动轴承的方向上导入时，轴承底部对于传动轴起止挡面作用。
但是，已知的轴向轴承的加工要求传动轴与滑动轴承之间的高配合精度。由于滑动轴承向轴向活塞泵壳体中的压入过程，还可能发生轴承底部上的不利的变形并且然后发生附加的磨损。
发明内容
与现有技术相比，按照本发明的轴向活塞机具有的优点是，使用可简单制造的轴向轴承。
为此，按照本发明的轴向活塞机具有壳体、传动轴和活塞滚筒，其中，所述活塞滚筒与传动轴连接。所述传动轴通过第一轴承和第二轴承可旋转地支承在壳体内部，其中，第一轴承构造为圆锥滚子轴承，第二轴承构造为滑动轴承。第一轴承可以承受在从第二轴承向第一轴承的力方向上作用于传动轴上的轴向力并且传动轴在该力方向上是被预紧的。在壳体的朝向驱动装置或者从动装置的壳体端面上布置有止挡面，该止挡面能够与布置在传动轴上的主动轮或者从动轮的与该止挡面对置的滑动面共同作用。由此以简单的方式将轴向力承受分配给主动轮或者从动轮，并且甚至可以布置在壳体之外，由此能够可良好操作地调整和检验轴向轴承的接触面。
在按照本发明的轴向活塞机的有利结构中，所述止挡面在布置于壳体端面上的钢盘上构成。由此可以使止挡面和钢盘由不同材料制成并且相应地按照各自的功能来优化适配。对于钢盘优选使用耐磨损的材料，该材料在与驱动轮或从动轮的滑动面接触时同时具有良好的摩擦学特性，尤其具有低摩擦值。
所述壳体有利地两体式地构成，具有驱动侧或者从动侧的第一壳体件以及壳体端部侧的第二壳体件，在第一壳体件中布置有第一轴承，在第二壳体件中布置有第二轴承。由此可以在结构形式紧凑的情况下将轴向活塞机的所有功能必需件布置在壳体内部。
在有利的结构中，预应力通过弹簧产生，该弹簧布置在传动轴与活塞滚筒之间。由此一方面使传动轴抵着构造为圆锥滚子轴承的第一轴承预紧，另一方面使活塞滚筒抵着壳体预紧。圆锥滚子轴承的工作原理要求轴向预紧，通过使用该弹簧可省去费事的替换预紧方式。在轴向活塞机运行中，可能发生活塞滚筒从壳体或者从布置在它们之间的控制盘抬起，由此发生增加的泄漏。作用于活塞滚筒上的弹簧力有利地抵制该泄漏。
在按照本发明的轴向活塞机的有利扩展方案中，第二轴承由复合材料制成。通过对于第二轴承将轴向轴承功能与径向轴承功能分开，可以使构造为滑动轴承的第二轴承的造型针对径向轴承功能来优化。在此有利地通过复合材料实现刚性与摩擦学运动特性的有利混合。
所述第二轴承有利地由具有烧结青铜的钢背和由聚苯硫醚制成的面层组成。具有烧结青铜的钢背一方面包含形状稳定的、可良好压入的外部钢壳，另一方面具有可变形的青铜芯，青铜芯可以比钢芯更好地适配的可能不均匀负荷。此外，在青铜层上可以为滑动轴承的滑动面良好地施加聚苯硫醚。聚苯硫醚具有非常好的机械、热学和化学特性并因此特别好地适合作为第二轴承的滑动面。
在有利的结构中，所述第一轴承比第二轴承具有更大的内直径。如果在第一和第二轴承的轴直径上分别使传动轴相对于壳体密封，则由此产生从第二轴承朝向第一轴承的合成液压力，因为在轴向活塞机中作用于传动轴上的压力大于环境压力。该合成的液压力在弹簧力的方向上起作用并因而支持构造为圆锥滚子轴承的第一轴承的预紧。
在另一有利的结构中，在传动轴上在壳体端部侧构成轴端部，其中，所述第二轴承布置在该轴端部上。由此壳体可以在该轴端部上封闭地构成。由此在这里省去传动轴与壳体之间的密封，并且附加地提高在构造为圆锥滚子轴承的第一轴承的方向上作用于传动轴上的所述有利合成液压力。
所述轴端部的轴承滑动面有利地具有凸度。由此进一步改善构造为滑动轴承的第二轴承在径向支承方面的轴承特性。该凸度导致均匀的接触挤压力分布并且导致避免不期望的边缘承载。在此该凸度或者可以实施为椭圆形轮廓，或者具有恒定半径。
在有利的结构中，所述轴承滑动面的凸度为5μm至30μm，优选为15μm。至少5μm的凸度是需要的，以便有效地降低接触挤压力分布的边缘差承载。在凸度大于30μm的情况下，滑动轴承面中部的最大接触压力过强地增高，使得从该值起凸度又变得不利。
附图说明
图1示意性示出按照本发明的轴向活塞机100的纵剖面，其中只示出主要的区域。
图2示出一个实施例的在图1中以II标记的局部。
具体实施方式
图1示出轴向活塞机100的纵剖面，具有壳体10，该壳体由第一壳体件10a和第二壳体件10b组成。两个壳体件10a和10b通过螺钉19相互拧紧。
在壳体10中，可旋转地通过两个轴承支承传动轴20：
-第一轴承21，它构造为圆锥滚子轴承并且布置在第一壳体件10a中和
-第二轴承22，它构造为滑动轴承并且布置在第二壳体件10b中。
第二轴承22布置在传动轴20的轴端部25上并且与轴端部25的轴承面25a共同作用。
第一保险环26使构造为圆锥滚子轴承的第一轴承21的内环相对于传动轴20的轴肩固定。
构造为滑动轴承的第二轴承22压入到第二壳体件10b中。第二保险环24布置在第二壳体件10b的槽中并且除了挤压连接之外附加地使第二轴承22在轴向上抵着第二壳体件10b的另一轴肩固定。
活塞滚筒40与传动轴20连接，例如通过齿连接，使得活塞滚筒40与传动轴20同步旋转。活塞滚筒40在端面41上在轴向上与第二壳体件10b共同作用。弹簧23在传动轴20与活塞滚筒40之间预紧。在此，弹簧23将活塞滚筒40向端面41上压并且将传动轴20向第一轴承21方向压。由此，一方面预紧活塞滚筒40，另一方面预紧第一轴承21。
摆动摇架30围绕垂直于传动轴20的旋转轴线31可旋转地支承。调整器活塞33各通过一个球铰节与摆动摇架30连接，其中，调整器活塞33在布置于第二壳体件10b中的调整器缸43中被导向。有利地，在传动轴20的周边分布地对置布置两个调整器活塞33。通过第一调整器活塞33的行程使摆动摇架33围绕旋转轴线31倾翻，第二调整器活塞33在此在相反方向上执行同一行程。在图1中所示的状态中，倾翻角α大于90°。在静止状态或者说在空转时，倾翻角α＝90°。
在活塞滚筒40中平行于传动轴20构成工作缸45，工作活塞35位于工作缸中。各一个工作缸45和一个工作活塞35限界一个工作室46。工作缸45圆形且同中心地围绕传动轴20布置。工作缸45的数量典型地是七个或九个工作缸45，它们在活塞滚筒40的内部均匀地分布圆周上。但是，为了更清楚地表示出活塞在下死点和上死点中的位置，在图1中示出偶数个工作缸45，使得在在纵剖面中上面的工作活塞35a处于上死点，下面的工作活塞35b处于下死点。
工作缸45根据行程和功能交替地不仅与高压H连接、而且与低压N连接。为此在第二壳体件10b中构成接头18，它们与高压H或低压N连接。在使用转换装置的情况下接头18也可以可转换地与高压H或低压N连接，例如为了在泵运行与马达运行之间变换。
在轴向活塞机100的多个实施方式中，工作缸45的所有接头18在第二壳体件10b中合并成两个接头18a和18b，其中，分别有一个接头与高压H连接、一个接头与低压N连接。
在每个工作缸45上借助球铰节布置一个滑靴36。滑靴36支承在摆动摇架30上并且通过未示出的装置保持在摆动摇架30上，使得由摆动摇架30既可以将拉力、也可以将压力传递到滑靴36上并从而传递到工作活塞35上。
根据运行方式而定，即泵运行还是马达运行，在主动侧或者从动侧，传动轴20在壳体10外部与传动轮15、例如通过啮合齿连接。由此在马达运行情况下将转矩从传动轴20传递到传动轮15上，该传动轮以此是从动轮。在泵运行情况下转矩从传动轮15传递到传动轴20上，传动轮因此是驱动轮。
传动轮15的任务从传动轴20或者到传动轴20上的转矩传递。但是根据与传动轴20的连接方式而定也可以传递轴向力，例如在斜啮合齿情况下。实施为滑动轴承的第二轴承22不能承受轴向力。实施为圆锥滚子轴承的第一轴承21可以承受从第二轴承22向第一轴承21方向的轴向力。为了能够承受从第一轴承21向着第二轴承22方向的轴向力，传动轮15具有滑动面15a，该滑动面在壳体侧或者与在壳体10上构成的、处于壳体端面11上的止挡面12共同作用，或者如在图1中所示与在布置于壳体端面11上的钢盘13上构成的止挡面12共同作用。
图2示出一实施例的在图1中以II标记的局部，在该实施例中，与第二轴承22共同作用的轴端部25在其轴承面25a上具有凸度。为此在轴承面25a的两个边缘上的第一直径D1比在轴承面25a中部的第二直径D2小。该凸度通过两个直径D1和D2的差来定义并且优选在5μm至30μm之间。在此，凸度在横截面中观察可以具有恒定的半径，或者也可以与圆柱滚子轴承的实施方式类似地在轴承边缘上构造有椭圆形横截面，以便在整个轴承长度上实现尽可能均匀的接触挤压力分布，而没有边缘承载。
轴向活塞机100的工作原理在泵运行时如下：摆动摇架30借助调整器活塞33被调整到大于90°的倾翻角α，使得在图1中处于上面的工作室46a具有相对较小的容积而在图1中处于下面的工作室46b具有相对较大的容积；上面的工作活塞35a位于上死点，下面的工作活塞35b位于下死点，其余的分布在圆周上的工作活塞35相应地位于中间位置。同时，在图1中处于上面的接头18a与高压H连接，下面的接头18b与低压N连接。传动轴20由传动轮15驱动，因而在这种情况下传动轮15是驱动轮。工作流体被下面的、到低压侧N处于下死点位置的工作活塞35b抽吸并借助旋转的活塞滚筒40运动到上死点位置，在此，在逐渐变小的工作室46中压缩，其方式是，滑靴36在摆动摇架30的圆形轨道上滑动，此时工作活塞35在其从下死点向上死点的过程中被压入工作缸45中。在上死点中，工作室46与高压接头18a液压连接，由此将工作流体输送给高压区域H。
为了从泵运行转换到马达运行，或者将倾翻角α从＞90°调整到＜90°，或者将高压接头与低压接头18a和18b交换。下面以交换接头18为例简短解释马达运行：
上面的接头18a与低压N连接，下面的接头18b与高压H连接。倾翻角α始终大于90°，使得上面的工作室46a具有相对较小的容积而下面的工作室46b具有相对较大的容积；上面的工作活塞35a位于上死点，下面的工作活塞35b位于下死点。
工作活塞35由于旋转的活塞滚筒40而处于从上死点到下死点的过程中，即从工作缸45运动出来，该工作活塞与高压H连接。相应的工作室46膨胀，位于其中的工作活塞35的行程运动通过作用的高压H产生。通过工作活塞35的行程运动，活塞滚筒40和与其连接的传动轴20的旋转被推动，使得传动轴20能够驱动传动轮15。在这种情况下传动轮15是从动轮。
在下死点区域内，工作活塞35通过未示出的缓冲装置逐渐地与低压N连接，使得工作流体可以泄压而此时不产生过强的压力脉动。
基于轴向活塞机100的工作原理，第一轴承21和第二轴承22的造型显著地确定整个轴向活塞机100的耐用性和效率。圆锥滚子轴承与滑动轴承的组合的优点列举如下：
-径向上可承受高负载的圆锥滚子轴承在空间上靠近传动轮15布置并由此靠近横向力导入处或横向力导出处布置。
-通过作用于圆锥滚子轴承上的横向力产生在滑动轴承方向上的轴向力，该轴向力通过弹簧23作用于活塞滚筒40上。这抵制活塞滚筒40从第二壳体件10b或者位于它们之间的控制盘上抬起。由此减小从工作室46的泄漏。
-滑动轴承通过其相对较大的润滑面实现良好的振动阻尼、碰撞缓冲和噪声衰减。
-滑动轴承可以通过轴端部25的轴承面25a的球形结构这样构成，使得存在尽可能均匀的接触挤压力分布。
-在驱动轮15与壳体端面11的止挡面12之间传递从第一轴承21向第二轴承22方向的高轴向力，该轴向力会使活塞滚筒40与第二壳体件10b或位于它们之间的控制盘之间产生固体摩擦。
-该组合是成本有利的解决方案，尤其当使用系列圆锥滚子轴承时。
但是，圆锥滚子轴承和滑动轴承的组合要求在一个方向上附加进行轴向支承，该轴向支承有利地通过传动轮15的滑动面15a与布置在壳体端面11上的止挡面12之间的接触构成。轴向支承这样构成具有下面的优点：
-简单的装配，
-没有由于压入过程而引起的轴承底部变形，
-方便地维护和检验轴承滑动面(滑动面15a和止挡面12)，
-成本有利的解决方案，
-在选择轴承滑动面的材料副时的大的选择余地。

Claims (10)

1.轴向活塞机(100)，用于泵运行或马达运行，具有壳体(10)、传动轴(20)和活塞滚筒(40)，其中，所述活塞滚筒(40)与传动轴(20)连接，并且，所述传动轴(20)通过第一轴承(21)和第二轴承(22)可旋转地支承在壳体(10)内部，其中，第一轴承(21)构造为圆锥滚子轴承，第二轴承(22)构造为滑动轴承，其中，第一轴承(21)能够承受在从第二轴承(22)向第一轴承(21)的力方向上作用于传动轴(20)上的轴向力，传动轴(20)在该力方向上是被预紧的，其特征在于，在所述壳体(10)的面对驱动装置或者从动装置的壳体端面(11)上布置有止挡面(12)，该止挡面能够与布置在传动轴(20)上的主动轮或者从动轮(15)的与所述止挡面(12)对置的滑动面(15a)共同作用，其中，所述止挡面(12)在布置于壳体端面(11)上的钢盘(13)上构成。
2.如权利要求1所述的轴向活塞机(100)，其特征在于，所述壳体(10)两体式地构成，具有驱动侧或者从动侧的第一壳体件(10a)以及壳体端部侧的第二壳体件(10b)，在第一壳体件中布置有所述第一轴承(21)，在第二壳体件中布置有所述第二轴承(22)。
3.如权利要求1或2所述的轴向活塞机(100)，其特征在于，用于所述预紧的预紧力通过弹簧(23)产生，该弹簧布置在传动轴(20)与活塞滚筒(40)之间。
4.如权利要求1或2所述的轴向活塞机(100)，其特征在于，所述第二轴承(22)由复合材料制成。
5.如权利要求4所述的轴向活塞机(100)，其特征在于，所述第二轴承(22)由具有烧结青铜的钢背和由聚苯硫醚制成的面层组成。
6.如权利要求1或2所述的轴向活塞机(100)，其特征在于，所述第一轴承(21)比所述第二轴承(22)具有更大的内直径。
7.如权利要求1或2所述的轴向活塞机(100)，其特征在于，在传动轴(20)上在壳体端部侧构成轴端部(25)，其中，所述第二轴承(22)布置在轴端部(25)上。
8.如权利要求7所述的轴向活塞机(100)，其特征在于，所述轴端部(25)的轴承滑动面(25a)具有凸度。
9.如权利要求8所述的轴向活塞机(100)，其特征在于，所述轴承滑动面(25a)的凸度为5μm至30μm。
10.如权利要求9所述的轴向活塞机(100)，其特征在于，所述轴承滑动面(25a)的凸度为15μm。
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