CN106438145A - 共轨高压泵的无销挺柱部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种挺柱部件，具体的说是一种用于柴油机共轨高压泵的无销挺柱部件，属于柴油机技术领域。其包括挺柱体和滚轮，挺柱体下端设有滚轮安装孔，滚轮安装孔内设有可转动的滚轮,滚轮的端部中心设有沿滚轮的轴向凸出的滚轮球头，并在滚轮球头和滚轮的边缘之间形成滚轮凹腔。本发明承载能力强、减摩效果好、重量轻，能够满足高轨压和高频运动的要求；限位脚限制滚轮的轴向窜动，挺柱体的斜底面分割的滚轮安装孔避免丢弃分割后多余的材料,采用弹性滚轮减轻边缘应力集中。

Description

共轨高压泵的无销挺柱部件
技术领域
本发明涉及一种挺柱部件，具体的说是一种用于柴油机共轨高压泵的无销挺柱部件，属于柴油机技术领域。
背景技术
随着排放法规的升级，要求共轨高压泵提供的轨压越来越高。随着目标成本的降低，共轨高压泵由早期的三柱塞简化到两柱塞，现在又出现了单柱塞，用更少的柱塞以更高的往复运动频率来代替原来的多个柱塞，而限制轨压和柱塞运动频率的最主要部件就是挺柱部件。其中轨压的主要限制条件是挺柱部件中滚轮的承载面积，柱塞运动频率的主要限制条件是挺柱部件的重量和挺柱部件中滑动摩擦付的减摩。以上需求催生了与的传统的有销挺柱结构不同的无销挺柱。
图1是本发明人现有的无销挺柱专利（专利号CN202867063U），图2是图1的A-A剖视图。专利号CN202867063U的详细阐述了这种无销挺柱，与传统的有销挺柱相比的三个优点是：在同样的外径D的限制下，滚轮2的承载面积(B×d)最大，因而承载能力强；重量轻因而适合高速运动；润滑油粘在滚轮2的外径上被带入开口孔1.1中因而减摩效果好。该专利文件的附图中没有画出图2中的限位板3，但在具体实施方式中用文字说明“挺柱体1的侧壁上具有两个平面，在平面上可安装限制滚轮2轴向窜动的定位装置”以防止滚轮2在工作时向图2中箭头方向轴向窜动而刮坏泵体的挺柱孔，但是滚轮2与限制板3的接触是高速滑动，工作中产生严重磨损，所以此专利未能进入实际应用。
德国博世公司大批量生产的新一代共轨高压泵CP4采用了另一种结构的无销挺柱，该公司的专利文件（专利号CN105247200A）显示了如图3所示的无销挺柱结构，图4是图3的A-A剖视图。该结构在挺柱体1的外径上套装了一个导向套3，导向套外径D与泵体的挺柱孔直径相同，导向套内径挡住滚轮2两头的球头，滚轮2转动时球头与导向套内径接触点的相对线速度为零，没有摩擦，成功地解决了滚轮2的轴向窜动问题。但是，由于滚轮2被限制在导向套3的内径中，在同样的外径D的限制下，滚轮2的宽度B比图2小。而且，挺柱体1上的4个平衡孔1.4用于减轻挺柱上下方的压力差产生的附加载荷，造成滚轮2的直径d比图2小，承载面积(B×d)比图2小得多，在同样的外径D的限制下，图4的承载面积(B×d)只有图2的60%左右，所以此结构仅用于专利文件CN105247200A中图示的椭圆形两作用凸轮，用椭圆形的大曲率半径补偿承载面积(B×d)小的缺陷，而像图5那样的应用更广的三角形的三作用凸轮4，由于凸轮顶点的曲率半径较小，如果用图4结构的无销挺柱，小的承载面积(B×d)会使接触应力过高而损坏滚轮和凸轮。
以上两种结构还有一个共同的缺点：为了保证挺柱体1上开口孔1.1的精度，加工过程中必须保留图1和图3中虚线部分1.3而使开口孔1.1封闭，最后沿底面1.2切除虚线部分1.3，此部分只能丢弃，造成材料浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种共轨高压泵的无销挺柱部件，在得到最大的承载面积的同时，避免滚轮轴向限位零件的磨损，减轻了整体重量，提高了使用寿命。
按照本发明提供的技术方案，共轨高压泵的无销挺柱部件包括挺柱体和滚轮，其特征是：挺柱体下端设有滚轮安装孔，滚轮安装孔内设有可转动的滚轮,滚轮的端部中心设有沿滚轮的轴向凸出的滚轮球头，并在滚轮球头和滚轮的边缘之间形成滚轮凹腔。
进一步的，在挺柱体上端设有弹簧下座，挺柱体的左右两侧设有挺柱体侧面，弹簧下座左右两侧设有限位脚，限位脚内侧紧贴挺柱体侧面，限位脚下端延伸过滚轮的滚轮球头，并与滚轮球头的顶点接触。
进一步的，滚轮为弹性滚轮。
进一步的，挺柱体的下端面为斜底面，斜底面使得两个挺柱体侧面的高度不同。
进一步的，挺柱体侧面为平直表面。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
本发明结构简单、紧凑、合理，承载能力强、减摩效果好、重量轻，能够满足高轨压和高频运动的要求；限位脚限制滚轮的轴向窜动，挺柱体的斜底面分割的滚轮安装孔避免丢弃分割后多余的材料,采用弹性滚轮减轻边缘应力集中。
附图说明
图1是本发明人现有专利CN202867063U的无销挺柱结构图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是现有专利CN105247200A中的无销挺柱结构图。
图4是图3的A-A剖视图。
图5是本发明结构原理图。
图6是图5的A-A剖视图。
图7是图6的B-B剖视图。
图8是本发明成对加工最后一分为二的结构示意图。
图9是三种滚轮应力分布对比图。
附图标记说明：1-挺柱体、2-滚轮、3-弹簧下座、4-凸轮、5-柱塞、6-弹簧、7-滚轮安装孔、8-弹簧腔、9-挺柱体侧面、10-限位脚、11-滚轮球头、12-斜底面、13-第一切除体、14-第二切除体、15-第三切除体、16-第四切除体、17-滚轮凹腔、18-滚轮边缘、A-圆柱滚轮、B-鼓形滚轮、C-弹性滚轮。
具体实施方式
下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：
如图5~7所示，本发明主要包括挺柱体1和滚轮2。
挺柱体1下端设有滚轮安装孔7，滚轮安装孔7内设有可转动的滚轮2。滚轮2下端设有凸轮4，凸轮4与滚轮2表面接触。
所述滚轮2采用弹性滚轮，滚轮2的端部中心设有沿滚轮2的轴向凸出的滚轮球头11，并在滚轮球头11和滚轮2的边缘18之间形成滚轮凹腔17，这样的设计使得滚轮外径圆柱面边缘的弹性能减轻边缘效应引起的应力集中，因而能承受更高的载荷。
滚轮的第三切除体15部位的材料，使外径圆柱面两端形成悬臂梁结构，在圆柱面与凸轮轴接触处，边缘应力使两端产生弹性变形，将边缘应力释放掉。
挺柱体1上端设有弹簧腔8，弹簧腔8内中心连接柱塞5。在挺柱体1上端设有弹簧下座3，弹簧下座3套装在柱塞5上，弹簧下座3上支撑弹簧6。
如图6所示，所述挺柱体1的左右两侧设有平直的挺柱体侧面9，限位脚10内侧紧贴挺柱体侧面9，弹簧下座3左右两侧设有限位脚10，限位脚10下端延伸过滚轮2中心线两侧的滚轮球头11并与滚轮球头11的顶点接触，限位脚10限制滚轮2的轴向窜动。同时，滚轮球头11与限位脚10接触点在球头顶点,滚轮2转动时对限位脚10的相对线速度为零,不会产生磨损。
挺柱体1的下端面为斜底面12，斜底面12使得两个挺柱体侧面9的高度不同。挺柱体1的两个挺柱体侧面9高度分别为H1和H2，H1大于H2。在柱塞5带动挺柱体1上行时，挺柱体1侧面高度为H1的一侧承受凸轮4对滚轮2的水平方向的侧向力。在柱塞5带动挺柱体1下行时，挺柱体1侧面高度为H2的一侧承受凸轮4对滚轮2的水平方向的侧向力。挺柱体1上行时侧向力来源于柱塞5顶上的轨压和弹簧6的作用力，上行侧向力作用点位于H1之内可以保证挺柱体1不刮伤泵体，下行时只有弹簧6的作用力，下行侧向力不到上行侧向力的10%，虽然作用点位于H2之外但也不会刮伤泵体。
图8显示挺柱体成对加工，最后沿斜底面12一分为二成两个零件，避免了图1和图3的不足。与图1和图3相比，挺柱体1切除了图5中虚线部分第一切除体13的材料，与图4相比，切除了图7中第二切除体14的材料，减轻了重量。而且，两侧第二切除体14的流通面积数倍于图4中4个平衡孔1.4的流通面积，挺柱体上下方的压力差小得多。
图9显示了有限元计算不同滚轮结构的接触应力分布对比结果,当滚轮直径和宽度一样时，三种滚轮的应力比平均值相等。左侧的圆柱滚轮A的边缘应力峰值超过平均值约80%，所以仅用于压力很低的机械泵；中间的鼓形滚轮B边缘应力比圆柱滚轮A下降，中间应力凸起，理想状态是边缘应力与中间应力相等，可以得到最低的应力峰值大约比平均值高约40%，但是，滚轮的鼓形凸起只有几微米，每一个微米的误差都会导致边缘应力与中间应力向相反的方向大幅度变化，实际生产中无法控制在理想状态要求的鼓形范围内，鼓形滚轮B目前用于压力较高的机械泵和所有的共轨泵。右侧的弹性滚轮C利用两端悬臂梁的弹性将边缘应力释放, 应力峰值只比平均值高约10%，而且对第四切除体16部分的尺寸精度要求不高，100微米的尺寸误差对图9所示的应力分布的影响还不如鼓形滚轮1微米鼓起误差对应力分布的影响，比鼓形滚轮容易制造，被切除的第四切除体16部分还减轻了重量。

Claims (5)

1.一种共轨高压泵的无销挺柱部件，包括挺柱体（1）和滚轮（2），其特征是：挺柱体（1）下端设有滚轮安装孔（7），滚轮安装孔（7）内设有可转动的滚轮（2）,滚轮（2）的端部中心设有沿滚轮（2）的轴向凸出的滚轮球头（11），并在滚轮球头（11）和滚轮（2）的边缘（18）之间形成滚轮凹腔（17）。
2.如权利要求1所述的共轨高压泵的无销挺柱部件，其特征是：在挺柱体（1）上端设有弹簧下座（3），挺柱体（1）的左右两侧设有挺柱体侧面（9），弹簧下座（3）左右两侧设有限位脚（10），限位脚（10）内侧紧贴挺柱体侧面（9），限位脚（10）下端延伸过滚轮（2）的滚轮球头（11），并与滚轮球头（11）的顶点接触。
3.如权利要求1所述的共轨高压泵的无销挺柱部件，其特征是：所述滚轮（2）为弹性滚轮。
4.如权利要求2所述的共轨高压泵的无销挺柱部件，其特征是：所述挺柱体（1）的下端面为斜底面（12），斜底面（12）使得两个挺柱体侧面（9）的高度不同。
5.如权利要求1所述的共轨高压泵的无销挺柱部件，其特征是：所述挺柱体侧面（9）为平直表面。
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