CN107806391B - 一种径向液压柱塞马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压马达结构设计技术领域，具体的说，涉及一种径向液压柱塞马达，包括定子、定子内部的转子、位于定子与转子之间的柱塞、配流轴，所述柱塞的头部设有连接片，所述连接片的两侧设有两个球塞，所述两个球塞通过连杆和位于连杆两端的球塞销钉和连接在一起，所述连杆的中部设有用于与连接片连接的连杆销钉，所述定子的内壁的定子导轨各处平滑。本发明同普通的径向液压柱塞马达相比，与定子曲线导轨的接触多有了滚动摩擦的效果，由此分担了大部分由滑动摩擦要承担的摩擦力，承载力相同时，滚动摩擦比滑动摩擦带来的损耗要小的多，因此摩擦损耗更小，承载能力更强，噪声更低。同时该径向柱塞液压马达还提供了一种新型广义椭圆定子曲线导轨。

Description

一种径向液压柱塞马达

技术领域

本发明涉及液压马达结构设计技术领域，具体的说，涉及一种径向液压柱塞马达。

背景技术

径向液压马达广泛的应用于各种液压设备，是挖机、压路机设备上的核心零部件之一。图1、图2为现有技术中的径向液压柱塞马达和径向液压球塞马达的剖视结构示意图。

图1中的径向液压柱塞马达工作过程为当配流轴4中冲入高压油后，设定为转子6顺时针旋转(液压马达可以通过改变进、出油口改变马达转子旋转方向)，配流轴4上均匀分布了六个压油腔和排油腔，压油腔与进油口相通，出油口与排油口相通；处于压油腔的所有柱塞7在高压油的推动下向曲率变大的方向运动，柱塞7顶部挤压定子曲线导轨，由此产生的反作用力可以分解为与柱塞底部液压推力相平衡的径向力F，和切向力T，切向力T乘以柱塞此时的曲率即为一个柱塞所提供的转矩，所有处于压油腔部分的柱塞累加即为马达瞬时转矩，推动转子旋转，处于排油腔的柱塞通过惯性作用随转子方向旋转，在排油腔排出低压油。

图2中的径向液压球塞马达工作过程为当配流轴中冲入高压油后，设定为转子6顺时针旋转(液压马达可以通过改变进、出油口改变马达转子旋转方向)，配流轴4上均匀分布了六个压油腔和排油腔，压油腔与进油口相通，出油口与排油口相通；处于压油腔的所有球塞在高压油的推动下向曲率变大的方向运动，柱塞顶部的钢球10挤压定子曲线导轨，由此产生的反作用力可以分解为与球塞底部液压推力相-平衡的径向力F，和切向力T，切向力T乘以球塞此时的曲率即为一个球塞所提供的转矩，所有处于压油腔部分的球塞累加即为马达瞬时转矩，推动转子旋转，处于排油腔的球塞通过惯性作用随转子方向旋转，在排油腔排出低压油。

传统技术的径向液压柱塞马达通过前端的柱塞与定子曲线导轨接触，在转子转动运行中，柱塞与定子曲线导轨存在非常严重的滑动摩擦，由此带来的损耗严重、噪声巨大。

径向液压马达定子导轨曲线又为径向液压马达核心技术，不同厂家生产的径向液压马达导轨曲线不同，所使用的曲线方程也不同，导轨曲线精密不易被外界抄袭，其定子导轨曲线作为核心技术对外保密。

目前市场上成熟且公开的一种定子导轨曲线为等加速等减速曲线，经管优点颇多，但是存在着刚性冲击(曲线方程二次不可导)导致定子曲线导轨磨损激烈。且目前市场上存在的常规径向液压柱塞马达和径向液压球塞马达都存在着磨损严重的问题。磨损不仅带来径向液压马达的寿命短，而且还会带来带来巨大噪声，且噪声是评价径向液压马达的重要指标之一。

首先本专利申请的一种径向液压柱塞马达意在提供一种新型定子导轨曲线，其结构和目前市场上成熟且公开的等加速等减速曲线结构高度相似，且只存在柔性冲击(曲线方程二次可导)。

其次本专利申请的一种径向液压柱塞马达的柱塞前端安装通过连杆及一些连接件安装了两个球，同普通的径向液压柱塞马达相比，与定子曲线导轨的接触多有了滚动摩擦的效果，由此分担了大部分由滑动摩擦要承担的摩擦力，承载力相同时，滚动摩擦比滑动摩擦带来的损耗要小的多。

同普通的径向液压球塞马达相比，由于每一个塞子上安装了两个球塞，摩擦面积更大，承载能力更强，噪声更低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，设计一种径向液压柱塞马达。

为了实现专利的目的，本专利采用如下技术手段：

一种径向液压柱塞马达，包括定子、定子内部的转子、位于定子与转子之间的柱塞、配流轴，所述柱塞的头部设有连接片，所述连接片的两侧设有两个球塞，所述两个球塞通过连杆和位于连杆两端的球塞销钉和连接在一起，所述连杆的中部设有用于与连接片连接的连杆销钉，所述定子的内壁的定子导轨各处平滑。

该径向液压柱塞马达其定子导轨曲线获取方法如下：

先获广义椭圆球塞中心运行轨迹曲线，在椭圆极坐标方程中，一动点在椭圆轨迹上运动，有极径

式中：a为椭圆短半轴，b为椭圆长半轴，θ为椭圆转角。

则椭圆上任意点(x,y)，有

在广义椭圆极坐标方程中，一动点在广义椭圆轨迹上运动，有极径

式中：a为广义椭圆长半轴；b为广义椭圆短半轴；θ为广义椭圆转角；n为广义椭圆作用次数，当n为2时，广义椭圆极坐标方程对应标准椭圆极坐标方程。

则广义椭圆曲线上任意点(x,y)，有

获取上述广义椭圆球塞中心运行轨迹曲线数据后，用半径为r的圆在其轨迹上扫描，扫描线构成的包络线即为径向液压马达广义椭圆定子导轨曲线。

所述径向液压柱塞马达的长、短半轴个数和作用数为五或六或七及其他数值，柱塞数为十，球塞数为二十。

所述径向液压柱塞马达的长、短半轴个数和作用次数均为六，柱塞数为十，球塞数为二十，每一个柱塞对应两个相应的球塞，并通过连接件与之相连。

本发明的有益效果：

1.柱塞前端通过连杆及一些连接件安装了两个球塞，同普通的径向液压柱塞马达相比，与定子曲线导轨的接触多有了滚动摩擦的效果，由此分担了大部分由滑动摩擦要承担的摩擦力，承载力相同时，滚动摩擦比滑动摩擦带来的损耗要小的多，因此摩擦损耗更小，承载能力更强，噪声更低。

2.由广义椭圆方程生成的径向液压马达定子导轨曲线尖点处过渡十分流畅，不存在球塞通过尖点处会卡死的现象；

3.广义椭圆方程可以进行二次求导，球塞紧贴内壁运行一圈过程中，柱塞相对于柱塞孔的加速度无突变，其变化情况类似于正(余)弦曲线，变化流畅，只存在柔性冲击，对降低球塞与定子内壁的磨损十分有利。

4.定子导轨曲线由特定的方程生成，便于绘图软件的绘制，以及在实际运用中数控车、铣床的加工制作，且可以通过改变短半轴a,长半轴b，作用次数n，(球刀)半径r，来获取不同结构、形状、功能的径向液压马达定子曲线导轨。

附图说明

图1为现有技术中径向液压柱塞马达的主要结构的剖视图；

图2为现有技术中径向液压球塞马达的主要结构的剖视图；

图3为本发明一种径向液压球塞马达的主要结构的剖视图；

图4为短半轴a＝48.5mm，长半轴b＝53mm，r＝6mm，n取不同值时，径向液压马达的广义椭圆定子曲线导轨；

图5为短半轴a＝48.5mm，长半轴b＝53mm时，r＝6mm，n取不同值时，广，径向液压马达的广义椭圆定子曲线导轨；

图中，1为定子，2为球塞，3为球塞销钉，4为连杆，5为连杆销钉，6为转子，7为柱塞，8为配流轴，9为连接片。

具体实施方式

实施例：参见图3-5。

本发明公开了一种径向液压柱塞马达，包括定子1、定子内部的转子6、位于定子1与转子之间的柱塞7、配流轴8，所述柱塞7的头部设有连接片9，所述连接片的两侧设有两个球塞2，所述两个球塞2通过连杆4和位于连杆4两端的球塞销钉3和连接在一起，所述连杆4的中部设有用于与连接片9连接的连杆销钉5，所述定子1的内壁的定子导轨各处平滑。

图3示出了本发明主要结构的剖视结构示意图。

同普通的径向液压柱塞马达相比，与定子导轨的接触通过安装的两个球塞2将其带有滚动摩擦的效果，因此摩擦效果更好，承载能力更强，噪声更低。

该径向液压柱塞马达定子导轨曲线获取运用了广义椭圆方程，所述广义椭圆方程又由普通的椭圆方程变形而来，其定子导轨曲线获取方法如下：

先获广义椭圆球塞中心运行轨迹曲线，在椭圆极坐标方程中，一动点在椭圆轨迹上运动，有极径

式中：a为椭圆短半轴，b为椭圆长半轴，θ为椭圆转角。

则椭圆上任意点(x,y)，有

在广义椭圆极坐标方程中，一动点在广义椭圆轨迹上运动，有极径

式中：a为广义椭圆长半轴；b为广义椭圆短半轴；θ为广义椭圆转角；n为广义椭圆作用次数，当n为2时，广义椭圆极坐标方程对应标准椭圆极坐标方程。

则广义椭圆曲线上任意点(x,y)，有

用matlab获取上述广义椭圆球塞中心运行轨迹曲线数据后，将数据导入到Solidworks绘图软件中，用半径为r的圆在其轨迹上扫描，扫描线构成的包络线即为本广义椭圆定子导轨曲线。

当取短半轴a＝48.5mm，长半轴b＝53mm，控制长、短半轴不变(长、短轴比例系数为1.206)，r＝6mm时，n为2,5,6,7,8,9,时径向柱塞椭马达广义椭圆导轨曲线如图4所示。由图4定子曲线可知，n的数值即为广义椭圆定子曲线径向球塞马达的作用次数，作用次数为n时，就有n个长、短半轴，一个柱塞紧贴定子内壁运行一圈过程，一个柱塞每经历一次由短半轴到长半轴再到短轴的变化，可以完成一次压、排油过程，其中压油过程(柱塞从短半轴运行到长半轴)，高压油通过压油腔为柱塞底部提供推力，使球塞顶部挤压定子内壁，球塞带动连杆往复摆动，球塞会往复滚动的同转子方向滑动，定子内壁对球塞的反作用力，可以分解为与球塞底部液压推力相平衡的径向力F和切向力T，切向力T乘以ρ₁即为一个球塞所提供的转矩，所有处于压油过程球塞处产生的转矩累加即为瞬时转矩，共同推动转子运动；排油过程(柱塞从长半轴运行到短半轴)，柱塞底部的低压油从排油腔排出，球塞通过惯性作用继续运转。

当取短半轴a＝48.5mm，长半轴b＝53mm时，r＝6mm，控制a，b数值不变，即长短轴比例系数不变，n＝2，3，4，5，6，7，8，9时径向柱塞马达广义椭圆定子导轨曲线如图5所示。

所述径向液压柱塞马达的长、短半轴个数和作用次数为五或六或七及其他数值，柱塞数为十，球塞数为二十。

作为一种优选的实施方式，本实施例中，所述径向液压柱塞马达的长、短半轴个数和作用次数均为六，柱塞数为十，球塞数为二十。

一个柱塞经历一次由短半轴到长半轴再到短半轴的变化，可以完成一次压、排油过程，其中压油过程(柱塞从短半轴运行到长半轴)，高压油通过压油腔为柱塞底部提供推力，柱塞挤压连杆，连杆带动通过销钉安装在其上面的两个球塞，使球塞顶部挤压定子导轨内壁，定子导轨内壁对球塞的反作用力，可以分为与球塞底部液压推力相平衡的径向力F和切向力T，切向力T乘以极径ρ₁即为一个球塞所提供的转矩，所有处于压油过程球塞处产生的转矩累加即为瞬时转矩，共同推动转子运动；排油过程(柱塞从长半轴运行到短半轴)，柱塞底部的低压油从排油腔排出，球塞通过惯性作用继续运转。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种径向液压柱塞马达，包括定子（1）、定子内部的转子（6）、位于定子（1）与转子之间的柱塞（7）、配流轴（8），其特征在于：所述柱塞（7）的头部设有连接片（9），所述连接片的两侧设有两个球塞（2），所述两个球塞（2）通过连杆（4）和位于连杆（4）两端的球塞销钉（3）和连接在一起，所述连杆（4）的中部设有用于与连接片（9）连接的连杆销钉（5），所述定子（1）的内壁的定子曲线导轨各处平滑；该径向液压柱塞马达其定子导轨曲线获取方法如下：

先获广义椭圆球塞中心运行轨迹曲线，在椭圆极坐标方程中，一动点在椭圆轨迹上运动，有极径

；

式中：a为椭圆短半轴，b为椭圆长半轴，θ为椭圆转角；

则椭圆上任意点（x，y），有

；

在广义椭圆极坐标方程中，一动点在广义椭圆轨迹上运动，有极径

；

式中：a为广义椭圆短半轴；b为广义椭圆长半轴；θ为广义椭圆转角；n为广义椭圆作用次数，当n为2时，广义椭圆极坐标方程对应标准椭圆极坐标方程；

则广义椭圆曲线上任意点（x，y），有

；

获取上述广义椭圆球塞中心运行轨迹曲线数据后，用半径为r的圆在其轨迹上扫描，扫描线构成的包络线即为径向液压马达广义椭圆定子导轨曲线。

2.根据权利要求1所述的一种径向液压柱塞马达，其特征在于：所述径向液压柱塞马达的长、短半轴个数和作用数为五或六或七，柱塞数为十，球塞数为二十，每一个柱塞对应两个相应的球塞，并通过连接件与之相连。

3.根据权利要求2所述的一种径向液压柱塞马达，其特征在于：所述径向液压柱塞马达的长、短半轴个数和作用数均为六，柱塞数为十，球塞数为二十。