CN107035409B - 静液压式轴向活塞机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静液压式轴向活塞机，其具有能在柱状筒体的接收钻孔中纵向移动的至少一个活塞，其中，所述活塞借助于由球体和球窝形缺口所构成的球关节连接部铰接式紧固在支撑元件上，其中，在所述活塞与所述支撑元件之间构造有静液压式卸载部。根据本发明，所述球窝形缺口被构造为具有缺口半径的球状缺口。所述球体仅在所述球关节连接部的布置在所述球状缺口的赤道与极点之间的接触区域中被构造为具有球体半径的球体球窝部，并且所述球体的表面向所述球状缺口的极点和赤道的方向相对于所述球体球窝部回缩。

Description

静液压式轴向活塞机

技术领域

本发明涉及一种静液压式轴向活塞机，其具有能在柱状筒体的接收钻孔中纵向移动的至少一个活塞，其中，所述活塞借助于由球体和球窝形缺口所构成的球关节连接部以铰接式紧固在支撑元件上，其中，在所述活塞与所述支撑元件之间构造有静液压式卸载部。

背景技术

已知的静液压式轴向活塞机在活塞与支撑元件之间进而在转换功率的构件之间使用了球关节连接部。在被构造为斜盘机

的轴向活塞机中，这类球关节连接部在活塞与作为支撑元件的滑座(Gleitschuh)之间应用。在被构造为斜轴机

的轴向活塞机中，这类球关节连接部在活塞与作为支撑元件的驱动法兰之间应用。

在此情况下，活塞以沿着纵向能移动的方式布置在轴向活塞机的柱状筒体的接收钻孔中，其中，活塞和接收钻孔构成了加载压力的排挤空间。由排挤空间中的压力在活塞上所施加的活塞力导致了球关节连接部中的高的挤压和负载。为了平衡这些负载，已知的是，在活塞与支撑元件之间在球关节连接部中设置有静液压式卸载部。为此，活塞设有连接钻孔，该连接钻孔使活塞的排挤空间连接至球体与球关节连接部的球窝形缺口之间的球面间隙，从而排挤空间的压力被导引到球关节连接部的球面间隙中。因此，在球关节连接部的球面间隙中构建了具有静液压式卸载力的静液压式卸载压力场，该静液压式卸载压力场平衡了活塞力。

为了能够将球体插接到球窝形缺口中，需要将球体制造成具有比球窝形缺口的缺口半径小的球体半径。在此情况下，如果球体和球窝形缺口分别以理想几何结构来制造(也就是球体和球窝形缺口分别被构造有球状表面)，那么仅在极点中或在连接钻孔的钻孔尖端与球窝形缺口之间的接触线上承载所述球体，该接触线由生产制造所导致地构造在球体的表面中。从承载极点或承载接触线起，球关节连接部中的球面间隙持续增大，从而在球关节连接部中无法构建出针对活塞力的静液压式卸载而言有效的静液压式卸载压力场并且在球关节连接部的球面间隙上会发生了高的泄漏损失。由此，在理想几何结构地制造的球体与球窝形缺口的情况下，活塞力以较小程度地静液压式卸载，该较小程度地静液压式卸载导致了球体与球窝形缺口之间的承载接触线上的高挤压，由此产生了球关节连接部中的高摩擦、球关节连接部的高损耗以及轴向活塞机的高损失。

为了实现增大的卸载压力场进而对活塞力实现增大的静液压式卸载，已经公知的是，将接触线(球体借助该接触线支撑在球窝形缺口中，并且球体载有该接触线)朝着球窝形缺口的赤道方向移动并且为此相应地适配于球窝形缺口的形状，其方式是，将球窝形缺口的缺口半径朝向球窝形缺口的纵轴线侧向错位。如果被侧向错位的缺口半径相对于球窝形缺口的纵轴线进而中轴线呈旋转形式，则这类球窝形缺口的制造和生产能够在车床上实现。借助在形状方面适配的这类球窝形缺口能够实现增大的静液压式卸载压力场进而对活塞力实现增大的静液压式卸载以及能够减少因泄漏造成的损失。但是，这类球窝形缺口的表面制造和生产是耗费且困难的，从而球关节连接部被耗费地制造且具有高的制造费用。此外，在这类球窝形缺口的情况下，静液压式卸载部的构建出的静液压式卸载压力场是固定的。如果活塞以其纵轴线相对于缺口的纵轴线倾斜(这在轴向活塞机的运行中因原理造成会出现)，那么由排挤空间中的压力所导致的活塞法向力以不断增加的倾斜角度从卸载压力场的静液压式卸载力的方向移出，由此减少了活塞法向力通过静液压式卸载力所进行的按百分比计算的卸载。由此，在这类球窝形缺口的情况下，活塞相对于球窝形缺口的纵轴线的倾斜进而歪斜姿态会影响到通过静液压式卸载对活塞法向力所造成的卸载程度。

发明内容

本发明的任务是提供一种开头所提到类属的轴向活塞机，其中，球关节连接部能够以小的制造耗费来制造，并且其中，活塞相对于球窝形缺口的歪斜姿态不会影响到通过静液压式卸载对活塞法向力的卸载程度。

该任务根据本发明通过如下方式来解决，即，所述球窝形缺口被构造为具有缺口半径的球状缺口，并且所述球体仅在所述球关节连接部的、布置在所述球状缺口的赤道与极点之间的接触区域中被构造为具有球体半径的球体球窝部，并且所述球体的表面朝着所述球状缺口的极点和赤道的方向相对于所述球体球窝部而言回缩。由此，根据本发明，球窝形缺口实施为理想几何结构并具有球形的

球状

表面，该表面具有缺口半径。为了使接触线(球体以该接触线支撑在球窝形缺口中，并且球体载有该接触线)朝着球窝形缺口的赤道方向移动，用以实现增大的静液压式卸载压力场进而对活塞力实现增大的静液压式卸载，根据本发明将球体的形状进行适配。由此，根据本发明，通过球体的已适配的形状使接触线朝着球窝形缺口的赤道方向移动，借助该接触线使球体支撑在球窝形缺口中并且球体载有该接触线。为此，球体根据本发明仅在球关节连接部的、布置在球状缺口的赤道与极点之间的接触区域中被构造为具有球体半径的球体球窝部，并且球体的表面朝着球状缺口的极点和赤道的方向相对于球体球窝部而言回缩。由此，球体仅在接触区域中实施为理想几何结构并仅在该接触区域中具有球形的球状表面，该表面具有球体半径。由此，球体仅在接触区域中被实施为具有球形表面的球层(Kugelschicht)。朝着球状缺口的极点和赤道方向，球体相对于理想几何结构的球体形状而言回缩。在根据本发明的球关节连接部的情况下实现了小的制造耗费，因为以理想几何结构被实施为球面的球窝形缺口能够被简单制造和生产，并且因为接触线的移动能够通过球体的特殊形状而建立。在此情况下，球体的特殊形状能够以简单的方式来制造和生产(例如通过车削加工)，由此，根据本发明的球关节连接部被简单地制造，这种简单地制造能够实现球关节连接部的小的制造耗费。在根据本发明的球关节连接部的情况下，静液压式卸载压力场还关于活塞的纵轴线对称。如果活塞以其纵轴线相对于缺口纵轴线倾斜(这在轴向活塞机中在轴向活塞机的运行中因原理造成会出现)，那么活塞相对于球窝形缺口纵轴线的倾斜进而歪斜姿态不会影响到通过静液压式卸载对活塞法向力所造成的卸载程度。

根据本发明的有利的设计方案形式，球体朝着球状缺口的极点和赤道的方向设有减少的球体半径和切向过渡部。由此能够以简单的方式使球体的形状在极点和赤道的范围内相对于接触区域中所构成的理想几何结构的球体形状而言回缩。

适宜地，活塞为了球关节连接部的静液压式卸载而设有连接钻孔，该连接钻孔使排挤空间与球关节连接部相连接，该排挤空间由柱状筒体的接收钻孔与能在其中纵向移动的活塞所构成。由此能够以简单的方式将压力从排挤空间导引到球关节连接部的球面间隙中，用以能够构建出球关节连接部中的静液压式卸载压力场和静液压式卸载力。

根据本发明的轴向活塞机可以根据本发明的有利设计方案形式被构造为斜盘机，其中，所述支撑元件被构造为滑座。

在此情况下，球体可以布置在活塞上，并且球窝形缺口可以布置在滑座上。

替换地，球体可以布置在滑座上，并且球窝形缺口可以布置在活塞上。

根据本发明的轴向活塞机可以根据本发明的替换且同样有利的设计方案形式被构造为斜轴机，其中，支撑元件被构造为驱动法兰。

在此情况下，球体适宜地布置在活塞上，并且球窝形缺口布置在驱动法兰上。

附图说明

本发明的其它优点和细节借助于示意图中所展示的实施例更加详细地阐释。在此：

图1：以纵截面示出了根据本发明的静液压式轴向活塞机的第一实施方式；

图2：以纵截面示出了根据本发明的静液压式轴向活塞机的第二实施方式；

图3：示出了现有技术的轴向活塞机的球关节连接部；

图4：示出了根据本发明的轴向活塞机的球关节连接部；

图5a：在活塞未倾斜的情况下示出了图4的带有活塞法向力和静液压式卸载力的球关节连接部；以及

图5b：在活塞倾斜的情况下示出了图4的带有活塞法向力和静液压式卸载力的球关节连接部。

具体实施方式

在图1中以纵截面示出了呈斜盘结构方式的根据本发明的静液压式轴向活塞机1。

轴向活塞驱动机构1具有能绕着转动轴线D转动地布置的柱状筒体2，该柱状筒体2设有相对于转动轴线D同中心地布置的多个接收钻孔3，这些接收钻孔3优选由柱状钻孔形成，并且在这些接收钻孔中分别能纵向移动地布置有活塞4。

柱状筒体2沿着轴向方向以端面支撑在与壳体相固定的控制面5上，该控制面5被构造在盘形的控制底部6上，所述控制底部6被抗相对转动地紧固在壳体7(或壳体7的相应壳体盖7a)上。控制底部6为了控制压力介质在由接收钻孔3和活塞4所形成的排挤空间V中的输入和输出而设有肾形的控制缺口，这些控制缺口形成了进入接口8和排出接口9。进入接口8与壳体7(或壳体盖7a)中的通道10连接。构造在壳体7(或壳体盖7a)中的通道11连接至排出接口9。接收钻孔3在柱状筒体2的端侧上分别设有优选肾形的连接通道12，用以使由活塞4和接收钻孔3所构成的排挤空间V在柱状筒体2绕着转动轴线D旋转时交替地与进入接口8和排出接口9连接。

柱状筒体2被中央钻孔贯穿，该中央钻孔构成了相对于转动轴线D同中心地布置的缺口14，相对于转动轴线D同中心地布置的驱动轴15通过该缺口被引导通过所述柱状筒体2。驱动轴15借助于壳体7中的支承件16、17能转动地支承。柱状筒体2与该驱动轴15转动同步，但是柱状筒体2与该驱动轴15以能轴向移动的方式连接(例如借助于齿部18)。布置在缺口14中的弹簧19用于将柱状筒体2靠压到控制面5上。

这些驱动机构活塞4在从柱状筒体2凸出来的区域中分别借助于构造为滑座21的支撑元件AE被支撑在相对于转动轴线D倾斜地布置的、产生行程的行程盘20(例如斜盘)上。行程盘20可以被成型或紧固在壳体7上，其中，轴向活塞驱动机构1具有固定的排挤体积。但同样可行的是：行程盘20借助于调节装置(例如摇摆机构(Schwenkwiege))在斜度方面能调节地构造，由此，轴向活塞驱动机构1具有能改变的排挤体积。

滑座21借助于构造为球状关节的球关节连接部KV铰接式紧固在相应的活塞4上。球关节连接部KV由球体K和中空球形的球窝形缺口KA构成。在图1的实施例中，球体K布置在由滑座21构成的支撑元件AE上，并且球窝形缺口KA布置在活塞4上。

在活塞4与支撑元件AE之间构造有静液压式卸载部。为了使球关节连接部KV静液压式卸载，每个活塞4设有连接钻孔VB，该连接钻孔VB使活塞4的排挤空间V与球关节连接部KV连接。

滑座21与压紧装置25作用连接，该压紧装置25阻止了滑座21进而活塞4从行程盘20抬起。

在图2中以纵截面示出了呈斜轴结构方式的根据本发明的静液压式轴向活塞机100。

构造为斜轴机的轴向活塞机100具有壳体102，在该壳体102中将设有驱动法兰103的驱动轴104借助于支承装置105以能绕着旋转轴线D1转动的方式支承。

以沿着轴向与驱动法兰103相邻的方式，在壳体102中布置有柱状筒体107，所述柱状筒体107能绕着转动轴线D2转动地布置并设有多个相对于柱状筒体107的转动轴线D2同中心地布置的接收钻孔109，这些接收钻孔109优选由柱状钻孔构成，并且在这些接收钻孔109中能纵向移动地分别布置有活塞110。

驱动轴104的转动轴线D1与柱状筒体107的转动轴线D2相交于交点SP。

柱状筒体107以端面靠置在设有控制面111的控制体112上，该控制体112被抗相对转动地紧固在壳体102或者壳体102的相应壳体盖102a上。

在控制体112的控制面111中，为了控制压力介质在由接收钻孔109和活塞110所形成的排挤空间中的输入和输出而构造有肾形的控制缺口，该控制缺口形成了轴向活塞机100的进入接口113和排出接口114。为了将由接收钻孔109和活塞110所形成的排挤空间V与布置在控制体112中的控制缺口相连接，柱状筒体107在每个接收钻孔109上设有优选肾形的连接通道115。

在图2中示出的轴向活塞机1构造为具有恒定排挤体积的恒定机。在该恒定机中，柱状筒体107的转动轴线D2参照驱动轴104的转动轴线D1的倾斜角度是固定的。但同样可行的是：控制体112借助于调节装置(例如摆动橇(Schwenkschlitten))在斜度方面能调节地构造，由此，轴向活塞驱动机构1具有能改变的排挤体积。

柱状筒体107支撑在通过球关节以铰接方式与驱动法兰103连接的承载销轴120上，其中，在承载销轴120上还支撑有弹簧121，该弹簧121将柱状筒体107压到设有控制面111的控制体112上。承载销轴120与柱状筒体107的转动轴线D2同中心地布置并且布置在柱状筒体107的相应接收钻孔122中。

活塞110在从柱状筒体107凸出的区域中分别以铰接方式紧固在被构造为驱动法兰103的支撑元件AE上。为此，在相应的活塞110与驱动法兰103之间分别构造有被构造为球状关节的球关节连接部KV。球关节连接部KV包括：驱动法兰103的面向柱状筒体107的端面中的中空球形的、球窝形缺口KA；和活塞110的设有球体K的球头110a，其中，活塞110以球头110a固定在所述球窝形缺口KA中。

在活塞110与支撑元件AE之间构造有静液压式卸载部。为了将球关节连接部KV静液压式卸载，每个活塞110设有连接钻孔VB，该连接钻孔VB使活塞110的排挤空间V与球关节连接部KV连接。

为了在图2的轴向活塞机1的情况下使活塞110在轴向活塞机100的运行中防止从驱动法兰103的接收壳KA掉出，设置有压紧板135。压紧板135借助于旋拧连接部136紧固在驱动法兰103上。

图3中示出了现有技术的轴向活塞机的球关节连接部KV。在图3中，活塞110与驱动法兰103之间的球关节连接部KV被示出为斜轴机的支撑元件AE。

为了能够将布置在活塞110上的球体K插接到驱动法兰103的球窝形缺口KA中，需要将球体K制造成具有比球窝形缺口KA的缺口半径R2小的球体半径R1。在图3中，球体K和球窝形缺口KA分别制造成理想几何结构，也就是说，球体K或球窝形缺口KA分别构造有球状表面。通过球体K以及球窝形缺口KA的理想几何结构，仅在极点P中或在连接钻孔VB的钻孔尖端与球窝形缺口KA之间的接触线KL上承载所述球体K，该接触线KL由生产制造所决定地构造在球体K的表面上。从承载极点P或承载接触线KL起，球关节连接部KV中的球面间隙S持续变大，从而在球关节连接部KV中无法构建出针对活塞力的静液压式卸载而言有效的静液压式卸载压力场并且在球关节连接部KV的球面间隙S上会发生高的泄漏损失。由此，球体K以理想几何结构地制造并且球窝形缺口KA以理想几何结构地制造的情况下，对活塞力实现了较小的静液压式卸载，该较小的静液压式卸载导致了球体K与球窝形缺口KA之间的承载接触线KL上的高程度挤压，由此产生了球关节连接部KV中的高摩擦、球关节连接部的高损耗和轴向活塞机的高损失。

在图4中示出了根据本发明的轴向活塞机的球关节连接部KV。在图4中，活塞110与驱动法兰103之间的球关节连接部KV被示出为斜轴机的支撑元件AE。可理解的是：图4的球连接部KV也可以在活塞4与滑座21之间被使用作为斜轴机的支撑元件AE。

在根据本发明的球关节连接部KV的情况下，球窝形缺口KA以理想几何结构来制造和生产，也就是说，球窝形缺口KA具有球形的球状表面，该表面具有缺口半径R2。为了实现(与图3相比)增大的静液压式卸载压力场DF进而对活塞力实现增大的静液压式卸载，在图4中，接触线KL朝着球窝形缺口KA的赤道AQ方向移动，球体K以该接触线KL支撑在球窝形缺口KA中，并且球体K载有该接触线。为此，在图4中，根据本发明，球体K的形状是适配的。

球体K以如下方式生产和制造，即，仅在球关节连接部KV的接触区域KB中，其中，球体K在该接触区域KB中支撑在缺口KA中，(也就是说，在球状缺口的赤道AQ与极点P之间布置的接触线KL的区域中)，球体K被构造为具有球体半径R1的球体球窝部KK。由此，球体K仅在接触区域KB中被构造为具有球体球窝部KK表面的球盘(Kugelscheibe)并由此仅在接触区域KB中以理想几何结构来构造(也就是构造有球状表面)。朝着球状缺口KA的极点P和赤道AQ的方向，球体K的形状相对于球体球窝部KK的、由球体半径R1构成的形状而言回缩。为此，球体K朝着球状缺口KA的极点P和赤道AQ的方向设有相对于球体半径R1减少的球体半径R3、R4，这些球体半径R3、R4具有相对于球体球窝部的切向过渡部。

借助这类在形状方面适配的球体K能够(如图5a中所示)实现增大的静液压式卸载压力场DF进而实现增大的静液压式卸载力HE以及减少了泄漏造成的损失，所述卸载力HE与由排挤空间V中的压力所造成的活塞法向力FK反作用。

在根据本发明的球关节连接部KV中，静液压式卸载压力场DF(如图5a中所示)布置成关于活塞10的纵轴线L2对称。如果活塞110(如图5a中所示)以其纵轴线L2相对于缺口KA的纵轴线L1倾斜，那么由此实现了：活塞110相对于球窝形缺口KA的纵轴线L1的倾斜进而倾斜角度α不会影响到通过卸载压力场DF的合成静液压式卸载力HE对活塞法向力FK所造成的卸载程度。由此，在图4、5a和5b的根据本发明的球关节连接部KV中，活塞110相对于球窝形缺口KA的纵轴线L1的倾斜进而歪斜姿态不会影响到通过球关节连接部KV的静液压式卸载对活塞法向力FK所造成的卸载程度。由此减少了球关节连接部KV中的挤压，从而减少了摩擦、减少了损耗并且减少了损失。此外能够提高了设有根据本发明的球关节连接部KV的轴向活塞机1、110的功率密度，其中，在活塞4、110直径相同的情况下能够减少了球关节连接部KV的直径。

在根据本发明的球关节连接部KV的情况下，球窝形缺口KA以理想几何结构被构造为球状缺口并能够以简单方式来制造和生产。具有用于产生朝向缺口KA的赤道AQ移动的接触线KL的适配形状的球体K同样能够以简单方式并以小的制造耗费通过简单的外部加工(例如通过车削加工)被制造和生产，从而根据本发明的球关节连接部KV以小的制造耗费和小的生产耗费被简单制造。

根据本发明的轴向活塞机1、100可以被构造为泵或马达。

根据本发明的轴向活塞机1能够被构造为具有固定排挤体积的恒定机或被构造为具有能改变排挤体积的调节机。

Claims (7)

1.一种静液压式轴向活塞机(1；100)，其具有能在柱状筒体(2；107)的接收钻孔(3；109)中纵向移动的至少一个活塞(4；110)，

其中，所述活塞(4；110)借助于由球体(K)和球窝形缺口(KA)所构成的球关节连接部(KV)铰接式紧固在支撑元件(AE)上，

其中，在所述活塞(4；110)与所述支撑元件(AE)之间构造有静液压式卸载部，

其中，

所述球窝形缺口(KA)被构造为具有缺口半径(R2)的球状缺口，并且

所述球体(K)仅在所述球关节连接部(KV)的接触区域(KB)中被构造为具有球体半径(R1)的球体球窝部(KK)，所述接触区域布置在所述球状缺口的赤道(AQ)与极点(P)之间，并且

所述球体(K)的表面朝着所述球状缺口的极点(P)和赤道(AQ)的方向相对于所述球体球窝部(KK)而言回缩，

其中所述球体(K)朝着所述球状缺口的极点(P)和赤道(AQ)的方向设有减少的球体半径并且设有切向过渡部。

2.根据权利要求1所述的静液压式轴向活塞机，其特征在于，所述活塞(4；110)为了所述球关节连接部(KV)的静液压式卸载而设有连接钻孔(VB)，所述连接钻孔将排挤空间(V)与所述球关节连接部(KV)连接，所述排挤空间由所述柱状筒体(2；107)的接收钻孔(3；109)和能在该接收钻孔中纵向移动的活塞(4；110)构成。

3.根据权利要求1或2所述的静液压式轴向活塞机，其特征在于，所述轴向活塞机(1)被构造为斜盘机，其中，所述支撑元件(AE)被构造为滑座(21)。

4.根据权利要求3所述的静液压式轴向活塞机，其特征在于，所述球体(K)布置在所述活塞(4)上，并且所述球窝形缺口(KA)布置在所述滑座(21)上。

5.根据权利要求3所述的静液压式轴向活塞机，其特征在于，所述球体(K)布置在所述滑座(21)上，并且所述球窝形缺口(KA)布置在所述活塞(4)上。

6.根据权利要求1或2所述的静液压式轴向活塞机，其特征在于，所述轴向活塞机(100)被构造为斜轴机，其中，所述支撑元件(AE)被构造为驱动法兰(103)。

7.根据权利要求6所述的静液压式轴向活塞机，其特征在于，所述球体(K)布置在所述活塞(110)上，并且所述球窝形缺口(KA)布置在所述驱动法兰(103)上。

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