CN106523263A - 一种摆缸式液压马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摆缸式液压马达，包括有外壳、缸盖和偏心轴以及奇数个活塞‑油缸组件，各活塞‑油缸组件包括有油缸和中空活塞，各活塞与缸盖的相对接触面为球面，且二者之间设有连接用的挂杆和使二者的相对接触球面相紧触的第一弹性件；各油缸由保持环约束在偏心轴上，该保持环与油缸之间设置有能使油缸与偏心轴的相对接触面相紧触的第二弹性件，其特征在于油缸与偏心轴的相对接触面为圆柱面。由于本发明将油缸与偏心轴之间的接触面改为圆柱面，这样既方便了加工，同时又使得二者之间磨损均匀，即使液压马达长时间使用，该啮合面总能很好贴合在一起，不会影响液压马达因长时间使用所出现的容积效率下降现象，从而可有效地提高马达的转速性能和使用寿命。

Description

一种摆缸式液压马达

技术领域

本发明涉及一种压液马达，具体指一种大排量的摆缸式液压马达。

背景技术

随着液压技术的广泛应用和日益发展，一种低速、高扭矩、大排量的液压马达的需求量也越来越大，目前该液压马达有设计成连杆式和摆缸式结构，如中国专利授权公告号为CN201546889U的专利文献和中国专利授权公告号为CN103615353B的专利文献中均披露了其中的摆缸式液压马达，该摆缸式液压马达的外壳内沿着偏心轴的径向圆周上放射状地设置有奇数个活塞-油缸组件，各活塞-油缸组件包括有滑动在油缸内腔中的中空活塞和放置在油缸内腔中的弹簧，各油缸由保持环约束在偏心轴上，且油缸与偏心轴的相对接触面、活塞与缸盖的相对接触面均设计成球面，弹簧的两端分别与活塞、油缸相抵，使油缸与偏心轴的相对球面、活塞与缸盖的相对球面均相紧贴。采用上述结构后，在液压油的作用下，使活塞与油缸相对来回伸缩，油缸内的高压油产生的压力直接作用在偏心轴的球面上，以达到偏心轴旋转的目的。

但上述摆缸式液压马达在使用过程中发现，当马达旋转一周时，上述螺旋形长弹簧就要压缩、伸长一次，这样使用时间一长，弹簧的疲劳使用寿命就决定了马达的使用寿命。再者，由于油缸与偏心轴之间采用球面啮合，当油缸与偏心轴之间出现疲劳使用后，二者磨损的轨迹是椭圆形，长时间使用后，该磨损的不均匀性会使马达泄露大，容积效率下降，而严重影响马达的使用性能。

为此，人们用两个波形弹簧来替代上述螺旋形长弹簧，如中国专利申请公开号为CN172702A的专利公开文献中所披露的结构，由于两对波形弹簧一直处于压紧状态，不会出现疲劳现象，因此该液压马达很好地克服了上述第一个结构的缺陷，但仍然没有消除第二个结构所带来的弊端。同时，销与缸盖之间的连接结构，也使得活塞与缸盖之间的球面副之间不能绕自身的轴线自由滑动，导致马达处于较高摩擦状态下运行。

故，针对现的摆缸式液压马达，还需有待于进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种结构合理，使用寿命长的摆缸式液压马达。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种摆缸式液压马达，包括有外壳、设置在外壳周面上的缸盖、通过轴承支承在外壳内的偏心轴以及配油机构，所述外壳内沿着偏心轴的径向圆周方向上放射状地设置有奇数个活塞-油缸组件，各所述活塞-油缸组件包括有滑动在油缸内腔中的中空活塞，各活塞与缸盖的相对接触面为球面，且二者之间设有连接用的挂杆和使二者的相对接触球面相紧触的第一弹性件；各油缸由保持环约束在所述偏心轴上，该保持环与油缸之间设置有能使油缸与偏心轴的相对接触面相紧触的第二弹性件，其特征在于：所述的油缸与偏心轴的相对接触面为圆柱面。

在上述方案中，进一步改进的是，所述挂杆朝向缸盖的一端设计成球头，在所述缸盖的内腔中设置有用挡圈限位并供所述的球头坐落的球窝，该球窝的球心与缸盖上的球面的球心位置相重合，这使得活塞与缸盖的球面副之间可以自行绕自身的轴线自由滑动，球窝与球头之间的球面副也可以绕自已的轴线自行滑动，可避免相互之间的干涉，使得各部件转动更为灵活，摩擦力更小，使用寿命更长。

在上述改进方案中，进一步优选的是，所述球窝的直径比所述球头的直径大0.05mm～0.1mm，以二者之间形成油膜层密封带，提高密封面摩擦副的润滑和冷却功能，可进一步延长球面的使用寿命。当二者的直径之差小于0.05mm，或者大于～0.1mm，两个球面贴合处从密封处球带间隙太小，金属密封带太大，没有存储油空间，形成不了油膜层，此时会导致两接触球面间形成干摩擦，这样液压马达长时间运行后会引起接触球面发热变形，造成液压马达内泄露大，甚至影响液压马达的使用寿命。

在上述改进方案中，较好的是，所述第一弹性件为波形片，该波形片一端面与活塞内壁上的凸圈相抵，另一端面与带有多个贯穿孔的波簧座相抵，所述挂杆的另一端穿过波形片和波簧座后与螺母相连，这样既不妨碍液压油的进入，同时利用波形片可以使活塞和缸盖之间的球面副一直处于紧接触状态。并且液压马达工作时，也不需要液压油作用在活塞上以使其与缸盖球面相贴合，这使得液压马达的工作时响应快，启动扭矩大。

在上述各方案中，优选的是，所述活塞的球面直径比缸盖的球面直径小0.1mm～0.15mm，同理，可以在二者之间形成油膜层密封带，提高密封面摩擦副的润滑和冷却功能，可进一步延长球面的使用寿命。当二者的直径之差小于0.1mm，或者大于～0.15mm，同理，该两个球面贴合处从密封处球带间隙太小，金属密封带太大，没有存储油空间，形成不了油膜层，此时会导致两接触球面间形成干摩擦，这样液压马达长时间运行后同样会引起接触球面发热变形，破坏两接触球面的金相组织，造成液压马达内泄露大，甚至影响液压马达的使用寿命。

在上述各方案中，优选的是，所述第二弹性件为波簧，该波簧一端面抵在油缸外壁的凸缘上，另一端面与波簧盖相抵，所述保持环压持在所述的波簧盖上。利用该波簧，可以使油缸的圆柱面与偏心轴的圆柱面相贴紧，且结构简单，安装方便。同时零部件易于加工，还减少了油缸内腔零件在液压油冲击下的震动。

优选的是，所述油缸圆柱面的直径比偏心轴的圆柱面直径小0.1mm～0.15mm，采用该结构后，同样能在二者之间形成油膜层密封带，提高密封面摩擦副的润滑和冷却功能，可进一步延长圆柱面的使用寿命。

在上述方案中，所述配油机构包括有通过传动轴与偏心轴相联动的配油盘、位于配油盘两侧的配油板和浮动环主体，所述配油板在朝向配油盘的端面上喷有二硫化钼涂层，所述浮动环主体在朝向配油盘的端面上开有与配油盘上的油口两旁位置相对应且深为0.07mm～0.10mm的环形凹槽，在该环形凹槽内也喷有二硫化钼涂层，且上述配油板上的二硫化钼涂层、环形凹槽内的二硫化钼涂层的厚度均为0.09mm～0.11mm，磨削后保留涂层厚度为0.045mm～0.055mm，涂层硬度为HV380～HV420。由于在喷涂二流化钼工艺中，涂层结合强度是从涂层的厚度由薄到厚成线性变弱，深为0.07mm～0.10mm的环形凹槽是用来控制涂层的结合强度，环形凹槽过深(大于0.1mm)，涂层过厚，涂层的结合强度小，在液压马达使用过程中容易脱落，缩短使用寿命。环形凹槽过浅(小于0.07mm)，涂层厚度过薄，又起不到应有的作用，故此处0.07mm～0.10mm的环形凹槽深度，以及所配合设计的涂层厚度，巧好既能起到涂层的应有作用，又能使涂层具有良好的结合强度，即可获得高强度涂层，这样在圆周方向长时间运转中不会出现疲劳损坏，提高了液压马达使用寿命，同时此处形成的涂层有7％的孔隙率，能降低摩擦系数，明显地提高配油转速的性能，同时也能进一步提高液压马达的机械效率和启动扭矩。

较好的是，所述缸盖采用球墨铸铁铸件(ADI铸件)等温淬火后硬度达HRC42～HRC45，然后再精车加工而成；所述活塞采用低碳合金钢材料，该材料在粗加工前进行正火处理，再进行精加工及渗碳淬火，硬度达HRC55～HRC60后再进行圆柱面和球面磨削，可进一步提高该球面副的耐磨性能。同时缸盖采用了高强度、高韧性的ADI这种新兴机械工程材料，具有强度、韧性高，冲击韧度、吸振性、耐磨性好，弯曲疲劳和接触疲劳强度高等优点；采用等温淬火后，整体(包括内部)硬度达到HRC42～HRC45，不会因表面磨损而影响硬度变弱。一般铸件采用淬火工艺可以达到该表面硬度，但是表面硬度随着磨损后减弱。

较好的是，所述的油缸采用低碳合金钢材料，该材料在粗加工前进行调质处理，然后在精加工后进行渗氮淬火，硬度达HV800～HV900；所述的偏心轴采用合金钢进行锻造工艺后进行调质处理加工成型，然后再进行碳、氮、硫三元共渗工艺，合金钢表面同时渗入碳原子和氮原子，在合金钢表面形成碳氮共渗层,以提高工件的表面硬度、耐磨性和抗疲劳强度；起到抗磨损作用。硫元素主要是与合金钢表面作用形成FeS，它在摩擦作用下会首先磨碎，进入摩擦表面并在以后的摩擦中起到类似石墨和二硫化钼作用，形成较好的减磨剂，大大降低相互接触表面的摩擦系数，能有效地减小工作表面的摩擦热，降低摩擦面的温度，延长摩擦表面的使用寿命，起到减摩作用。

与现有技术相比，由于本发明将原先的油缸与偏心轴之间的球面啮合结构改为圆柱面接触的结构，这样既方便了加工，同时又使得二者之间磨损均匀，即使液压马达长时间使用，该啮合面也总能很好贴合在一起，不会影响液压马达因长时间使用所出现的容积效率下降现象，从而可以有效地提高马达的转速性能和使用寿命。

附图说明

图1为发本发明实施例的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1中的A-A向剖视图；

图4为图3中I部分的放大示意图；

图5图3中浮动板的立体示意图；

图6为图3中浮动环主体的立体示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1-6所示，本摆缸式液压马达包括有由壳体11和设置在壳体11前端面的前端盖12组成的外壳1、设置在该外壳1周面上的奇数个缸盖2、通过一组轴承支撑在外壳内的偏心轴3以及设置在后端盖4上的配油机构5，在外壳1内沿着偏心轴3的径向圆周方向上放射状地设置有与缸盖个数相对应的活塞-油缸组件6，本实施例中，缸盖有7个，相应地，活塞-油缸组件也有七个。各活塞-油缸组件6包括有滑动在油缸61内腔中的中空活塞62，其中，活塞62与缸盖2的相对接触面设计成球面，二者之间设有连接用的挂杆63和使二者的相对球面相紧触的第一弹性件，且挂杆63朝向缸盖2的一端设计成球头，在缸盖2的内腔中设置有用挡圈64限位并供球头坐落的球窝65，该球窝65的球心与缸盖2的球面球心位置相重合，且球窝65的直径比球头的直径大0.05mm～0.1mm，活塞62的球面直径比缸盖2的球面直径小0.1mm～0.15mm。而第一弹性件设计成波形片66，该波形片一端面与活塞62内壁上的凸圈621相抵，另一端面与带有多个贯穿孔的波簧座67相抵，挂杆63的另一端穿过波形片66和波簧座后与螺母相连。而各油缸61由保持环7约束在偏心轴3上，且油缸61与偏心轴3的相对接触面设计成圆柱面，同时油缸61圆柱面的直径比偏心轴3的圆柱面直径小0.1mm～0.15mm，该保持环7与油缸61之间还设置有能使油缸与偏心轴的相对圆柱面相紧触的第二弹性件，本实施例中，第二弹性件为波簧68，该波簧一端面抵在油缸外壁的凸缘611上，另一端面与波簧盖69相抵，保持环7压持在波簧盖69上。利用波簧68，使油缸61与偏心轴3的相对圆柱面相紧贴，从而形成了七个活塞与油缸相对能够来回伸缩的密闭容腔13，同时在各缸盖2上设置有与密闭容腔13相通的第一油路21，在壳体11内开设有七个分别与上述七个第一油路21相通的第二油路14。

在上述结构中，缸盖2采用ADI铸件材料，经常规等温淬火后，使其硬度达HRC42～HRC45，然后再精车加工而成；活塞62采用低碳合金钢(20CrTi)材料，该材料在粗加工先前进行常规的正火处理，正火处理后进行精加工，在精加工后进行常规的渗碳淬火，使其硬度达HRC55～HRC60，然后再进行圆柱面和球面的磨削加工。

上述的油缸61采用低碳合金钢(38CrMnAl)材料，该材料在粗加工前进行常规的调质处理，然后进行精工加，在精加工后再进行常规的渗氮淬火处理，使其硬度达HV800～HV900；而偏心轴3材料采用高强度合金钢(42CrMo)锻造而成，锻造工艺后再进行调质处理，然后再进行常规的碳、氮、硫三元共渗工艺，该工艺能使偏心轴3表面形成一种硫化物(即FeS)，这种硫化物的摩擦系数特别低，以提高偏心轴的圆柱表面的耐磨性，降低摩擦系数，使液压马达工作过程中，能延长液压马达的使用寿命，提高液压马达的机械效率。

上述配油机构5通过后盖4安装在液压马达的一侧，后盖4上开设有液压马达的进油口、出油口，即图2中第一油口A和第二油口B，该配油机构5包括安装在后盖4内的配油盘51、配油板52和浮动环主体53，其中配油板52通过定位销固定在壳体11上，在该配油板52上开有与上述七个第二油路14相对应的七个通孔521。浮动环主体53通过固定销以不可转动的方式通过浮动环镶件55坐落在后盖4中，该浮动环主体53的右端面与后弹簧54相抵，在该后弹簧54的作用下，该浮动环主体53能够轴向运动来补偿轴向间隙。配油盘51夹于配油板52和浮动环主体53之间，本实施例中，配油板52加工完成后，在朝向配油盘51的端面上喷有二硫化钼涂层。而浮动环主体53在朝向配油盘51的端面上开有与配油盘上的油口两旁位置相对应且深为0.07mm～0.10mm的环形凹槽531，在该两个环形凹槽531内分别安装密封件，以密封配油盘51上的油口。为了减小各个摩擦副表面的摩擦阻力和泄露量，在该环形凹槽内同样喷有二硫化钼涂层，且配油板52上的二硫化钼涂层、环形凹槽内的二硫化钼涂层的厚度均为0.09mm～0.11mm，磨削后保留涂层厚度为0.045mm～0.055mm，涂层硬度为HV380～HV420。因喷涂的二硫化钼有7％的孔隙率和低摩擦系数，大大地提高了配油转速性能，同时也提高了马达机械效率和马达的启动扭矩，且成本低。

本发明的摆缸式液压马达的工作原理为：当后盖4上的第一油口A通高压油，第二油口B回油时，高压油通过后盖4上的流道，经配油盘51、配油板52内的通道后到达壳体11内的第二油路14和端盖2内的第一油路21，进入活塞-油缸组件6形成的密封容腔13，使得油缸61和活塞62密封液的液压柱随着偏心轴3转动后伸长；在偏心轴3转动180度后，油缸61和活塞62密封液的液压柱随着偏心轴3转动后收缩，液压油依次进缸盖2上的第一油路21、壳体11内的第二油路14回流，再依次经配油板52、配油盘51内通孔，通过后盖4上的相应流道，到达后盖4上的第二油口B，这样完成一个周期的运转油路走向。如果调换后盖4的第一、第二油口的进出油方向，则马达运转方式相反。

就这样，高压油依次周期性与缸盖2、壳体11内开设的七个油路相通，偏心轴3带动配油盘51旋转一周，能够让七个密闭容腔13各自实现进高压油一次，出低压油一次，这样七个活塞-油缸组件6中有三个或四个密封容腔13周期性地通过配油机构分别与第一油口、第二油口相连通。当第一油口A通高压油和第二油口B回油时，偏心轴3正转输出转速和扭矩；当第二油口B通高压油和第一油口A回油时，偏心轴3反转输出转速和扭矩。

当在压力油的作用下，在偏心轴3旋转时，活塞62和油缸61能够自行对中，并且不会产生径向力，当活塞62和油缸61在静压平衡状态时，液压马达处于低摩擦状态运转，因油缸61内的压力不通过任何机械连接件作用在偏心轴3上，而是通过密封的油液压力传递直接作用在偏心轴3上，同时由于本发明的活塞-油缸组件6中活塞62仅能线性伸缩，因此作用力没有横向分量，在运动过程中也就没有侧向力，因而这样的液压马达具有启动扭矩大，效率高，使用寿命长的优点。

Claims (10)

1.一种摆缸式液压马达，包括有外壳(1)、设置在外壳周面上的缸盖(2)、通过轴承支承在外壳内的偏心轴(3)以及配油机构(5)，所述外壳(1)内沿着偏心轴的径向圆周方向上放射状地设置有奇数个活塞-油缸组件(6)，各所述活塞-油缸组件(6)包括有滑动在油缸(61)内腔中的中空活塞(62)，各活塞(62)与缸盖(2)的相对接触面为球面，且二者之间设有连接用的挂杆(63)和使二者的相对接触球面相紧触的第一弹性件；各油缸由保持环(7)约束在所述偏心轴(3)上，该保持环(7)与油缸之间设置有能使油缸(61)与偏心轴(3)的相对接触面相紧触的第二弹性件，其特征在于：所述的油缸(61)与偏心轴(3)的相对接触面为圆柱面。

2.根据权利要求1所述的摆缸式液压马达，其特征在于：所述挂杆(63)朝向缸盖(2)的一端设计成球头，在所述缸盖(2)的内腔中设置有用挡圈(64)限位并供所述的球头坐落的球窝(65)，该球窝(65)的球心与缸盖(2)上的球面球心位置相重合。

3.根据权利要求2所述的摆缸式液压马达，其特征在于：所述球窝(65)的直径比所述球头的直径大0.05mm～0.1mm。

4.根据权利要求2所述的摆缸式液压马达，其特征在于：所述第一弹性件为波形片(66)，该波形片(66)一端面与活塞(62)内壁上的凸圈(6211)相抵，另一端面与带有多个贯穿孔的波簧座(67)相抵，所述挂杆(63)的另一端穿过波形片和波簧座后与螺母相连。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的摆缸式液压马达，其特征在于：所述活塞(62)的球面直径比缸盖(2)的球面直径小0.1mm～0.15mm。

6.根据权利要求1至4任一权利要求所述的摆缸式液压马达，其特征在于：所述第二弹性件为波簧(68)，该波簧一端面抵在油缸外壁的凸缘(611)上，另一端面与波簧盖(69)相抵，所述保持环(7)压持在所述的波簧盖(69)上。

7.根据权利要求6所述的摆缸式液压马达，其特征在于：所述油缸(61)圆柱面的直径比偏心轴(3)的圆柱面直径小0.1mm～0.15mm。

8.根据权利要求1至4任一权利要求所述的摆缸式液压马达，其特征在于：所述配油机构(5)包括有通过传动轴与偏心轴相联动的配油盘(51)、位于配油盘两侧的配油板(52)和浮动环主体(53)，所述配油板(52)在朝向配油盘的端面上喷有二硫化钼涂层，所述浮动环主体(53)在朝向配油盘的端面上开有与配油盘上的油口两旁位置相对应且深为0.07mm～0.10mm的环形凹槽(531)，在该环形凹槽(531)内也喷有二硫化钼涂层，且上述配油板(52)上的二硫化钼涂层、环形凹槽(531)内的二硫化钼涂层的厚度均为0.09mm～0.11mm，磨削后保留涂层厚度为0.045mm～0.055mm，涂层硬度为HV380～HV420。

9.根据权利要求1至4任一权利要求所述的摆缸式液压马达，其特征在于：所述缸盖(2)采用球墨铸铁铸件经等温淬火后硬度达HRC42～HRC45，然后再精车加工而成；所述活塞(62)采用低碳合金钢材料，该材料在粗加工前进行正火处理，再进行精加工及渗碳淬火，硬度达HRC55～HRC60后再进行圆柱面和球面磨削。

10.根据权利要求1至4任一权利要求所述的摆缸式液压马达，其特征在于：所述的油缸(61)采用低碳合金钢材料，该材料在粗加工前进行调质处理，然后在精加工后进行渗氮淬火，硬度达HV800～HV900；所述的偏心轴(3)采用合金钢进行锻造工艺后进行调质处理加工成型，然后再进行碳、氮、硫三元共渗工艺。