CN108661874B - 一种无轴二维柱塞变量电机泵 - Google Patents
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Abstract
一种无轴二维柱塞变量电机泵，包括泵主体，所述泵主体的左右两侧分别设有左泵壳和右泵壳，所述左泵壳和右泵壳内分别设置一组动力机构和传动机构；所述泵主体包括泵主体壳以及设置在泵主体壳内的泵套和泵芯，所述泵套套装在所述泵芯外；所述动力机构包括伺服电机定子和伺服电机转子，所述伺服电机转子位于所述伺服电机定子内；所述传动机构包括梅花型弹性联轴器、端面空间凸轮和滚轮组件，所述滚轮组件包括滚轮架以及安装在滚轮架上的两个锥滚轮、轴环和四个弹簧，弹簧放置在该弹簧座孔内；所述端面空间凸轮与两个锥滚轮形成滚动副，同时与泵芯的端部接触。本发明提供了一种结构紧凑、高速的无轴二维柱塞变量电机泵。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压柱塞泵，属于流体传动及控制领域中的液压泵及液压马达的技术领域，尤其是涉及一种无轴二维柱塞变量电机泵。
背景技术
通常液压泵与驱动电机为两个独立的元件，通过联轴器连接，需要放置的空间体积大。现代的航空、航天液压技术由集中向分布式发展，从而提高液压系统的可靠性，并使得控制更加灵活，需要将液压泵和电机进行一体化设计。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种结构紧凑、高速的无轴二维柱塞变量电机泵。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种无轴二维柱塞变量电机泵，包括泵主体，所述泵主体的左右两侧分别设有左泵壳和右泵壳，所述左泵壳和右泵壳内分别设置一组动力机构和传动机构；
所述泵主体包括泵主体壳以及设置在泵主体壳内的泵套和泵芯，所述泵套套装在所述泵芯外；
所述动力机构包括伺服电机定子和伺服电机转子，所述伺服电机转子位于所述伺服电机定子内；
所述传动机构包括梅花型弹性联轴器、端面空间凸轮和滚轮组件，所述滚轮组件包括滚轮架以及安装在滚轮架上的两个锥滚轮、轴环和四个弹簧，所述两个锥滚轮通过滚轮轴可转动的安装在滚轮架中心孔的前后两侧上，所述轴环安装在滚轮架的中心孔处且伸入泵套内，所述端面空间凸轮设置在滚轮架远离泵主体的一侧且通过三个销杆与伺服电机转子固定连接，所述端面空间凸轮套装在梅花型弹性联轴器的外爪盘上，梅花型弹性联轴器内爪盘通过销固定在泵芯上，所述梅花型弹性联轴器的内爪盘与外抓盘之间通过联轴器弹性体连接，同时所述伺服电机转子压套在梅花型弹性联轴器外爪盘上，通过凸球面螺母将梅花型弹性联轴器外爪盘的轴向位置限定在泵芯上，同时将端面空间凸轮压在两个锥滚轮上，形成空间凸轮自调心机构；所述端面空间凸轮与两个锥滚轮形成滚动副，同时与泵芯的端部接触；
滚轮架在朝向泵主体一侧设有两个键，每个键上设有一个弹簧座孔，弹簧放置在该弹簧座孔内且其另一端顶触在泵主体壳中心孔的侧面上；所述泵套的左右两端分别设有与键相配合的键槽；所述泵芯的左右两端分别可左右滑动的安装在左泵壳内滚轮架上的轴环和右泵壳内滚轮架上的轴环上，泵芯上的柱塞左右端面分别与左右两个轴环端面及泵套内孔形成了泵的左右两个密封容腔；
在右泵壳内还设有一个旋转变压器，所述旋转变压器通过连接杆与泵芯相连，左泵壳上有一个与左泵壳内的伺服电机定子连接的电气接头；右泵壳上有两个电气接头且并联，同时与右泵壳内的伺服电机定子连接，其中一个电气接头与左泵壳上的电气接头连接，另外一个电气接头与输入线连接；
左泵壳内的端面空间凸轮和右泵壳内的端面空间凸轮在与泵芯左右两端连接时，相位差90度，即两个端面空间凸轮分别是最高与最低点的相位对应；当端面空间凸轮转动时，受到锥滚轮的轴向约束，端面空间凸轮的工作曲面迫使自身及泵芯沿轴向运动，两个端面空间凸轮交替作用使得与其相连接的泵芯进行往复运动，左右两个密闭容腔体积发生变化，且通过泵芯上柱塞的自配流结构实现泵的吸入和排出。
进一步，所述泵芯上柱塞的自配流结构，是指泵芯柱塞上有周向均匀分布四个配流槽，四个配流槽间隔设置且两两一组分别与泵芯柱塞左右两侧的密封容腔连通；所述泵套上设有两个压出窗口和两个吸入窗口，两个压出窗口与两个吸入窗口间隔布置，两个压出窗口之间、两个吸入窗口之间相位均相差180度，一个压出窗口与相邻的吸入窗口之间相位相差90度；所述泵主体壳上设有两个泵吸入口和两个泵压出口，每个吸入窗口同时与对应的一个配流槽和对应的一个泵吸入口连通，每个压出窗口同时与对应的一个配流槽和对应的一个泵压出口连通；
当泵芯转动时，泵芯柱塞上四个配流槽与泵套上两个压出窗口和两个吸入窗口构成了两对吸入和压出的配流阀口，此时，两个密封容腔的体积发生相反的变化，一个密封容腔的腔体体积增大将工作液体通过一对低压吸入的配流阀口从泵吸入口吸入，而另一个密封容腔的腔体体积减少且通过一对高压压出的配流阀口将工作液体从泵压出口排出。
本发明的有益效果主要表现在：具有结构紧凑、重量轻、高压、高速的特点；此外，这类电机泵还可以应用在各类液压驱动的机器人和各种小型移动液压机械中。
附图说明
图1为本发明的剖面图。
图2为本发明泵主体部分图。
图3为本发明右泵壳内的动力机构及传动机构配合示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种无轴二维柱塞变量电机泵，包括泵主体，所述泵主体的左右两侧分别设有左泵壳17和右泵壳31，所述左泵壳17和右泵壳31内分别设置一组动力机构和传动机构；
所述泵主体包括泵主体壳以及设置在泵主体壳内的泵套25和泵芯26，所述泵套25套装在所述泵芯26外；
所述动力机构包括伺服电机定子5和伺服电机转子4，所述伺服电机转子4位于所述伺服电机定子5内；
所述传动机构包括梅花型弹性联轴器、端面空间凸轮和滚轮组件，所述滚轮组件包括滚轮架以及安装在滚轮架上的两个锥滚轮21、轴环24和四个弹簧23，所述两个锥滚轮21通过滚轮轴19可转动的安装在滚轮架中心孔的前后两侧上，所述轴环24安装在滚轮架的中心孔处且伸入泵套25内，所述端面空间凸轮设置在滚轮架远离泵主体的一侧且通过三个销杆9与伺服电机转子4固定连接，所述端面空间凸轮套装在梅花型弹性联轴器的外爪盘30上，梅花型弹性联轴器内爪盘6通过销固定在泵芯26上，所述梅花型弹性联轴器的内爪盘6与外抓盘30之间通过联轴器弹性体7连接，同时所述伺服电机转子4压套在梅花型弹性联轴器外爪盘30上，通过凸球面螺母3将梅花型弹性联轴器外爪盘30的轴向位置限定在泵芯26上，同时将端面空间凸轮压在两个锥滚轮21上，形成空间凸轮自调心机构；所述端面空间凸轮与两个锥滚轮21形成滚动副，同时与泵芯26的端部接触；
滚轮架在朝向泵主体一侧设有两个键，每个键上设有一个弹簧座孔，弹簧23放置在该弹簧座孔内且其另一端顶触在泵主体壳中心孔的侧面上；所述泵套25的左右两端分别设有与键相配合的键槽；所述泵芯26的左右两端分别可左右滑动的安装在左泵壳17内滚轮架18上的轴环和右泵壳31内滚轮架28上的轴环上，泵芯26上的柱塞左右端面分别与左右两个轴环端面及泵套25内孔形成了泵的左右两个密封容腔；
在右泵壳31内还设有一个旋转变压器1，所述旋转变压器1通过连接杆2与泵芯26相连，左泵壳17上有一个与左泵壳内的伺服电机定子5连接的电气接头15；右泵壳31上有两个电气接头且并联，同时与右泵壳内的伺服电机定子连接，其中一个电气接头与左泵壳17上的电气接头连接，另外一个电气接头与输入线连接；
左泵壳17内的端面空间凸轮13和右泵壳31内的端面空间凸轮8在与泵芯26左右两端连接时，相位差90度，即两个端面空间凸轮分别是最高与最低点的相位对应；当端面空间凸轮转动时，受到锥滚轮的轴向约束，端面空间凸轮的工作曲面迫使自身及泵芯26沿轴向运动，两个端面空间凸轮交替作用使得与其相连接的泵芯26进行往复运动，左右两个密闭容腔体积发生变化，且通过泵芯26上柱塞的自配流结构实现泵的吸入和排出。
进一步，所述泵芯上柱塞的自配流结构，是指泵芯柱塞上有周向均匀分布四个配流槽，四个配流槽间隔设置且两两一组分别与泵芯柱塞左右两侧的密封容腔连通；所述泵套25上设有两个压出窗口B和两个吸入窗口A，两个压出窗口B与两个吸入窗口A间隔布置，两个压出窗口B之间、两个吸入窗口A之间相位均相差180度，一个压出窗口B与相邻的吸入窗口A之间相位相差90度；所述泵主体壳上设有两个泵吸入口C和两个泵压出口D，每个吸入窗口A同时与对应的一个配流槽和对应的一个泵吸入口C连通，每个压出窗口B同时与对应的一个配流槽和对应的一个泵压出口D连通；
当泵芯26转动时，泵芯柱塞上四个配流槽与泵套25上两个压出窗口B和两个吸入窗口A构成了两对吸入和压出的配流阀口，此时，两个密封容腔的体积发生相反的变化，一个密封容腔的腔体体积增大将工作液体通过一对低压吸入的配流阀口从泵吸入口C吸入，而另一个密封容腔的腔体体积减少且通过一对高压压出的配流阀口将工作液体从泵压出口D排出。
如图1所示，无轴二维柱塞变量电机泵主要包括泵主体12、泵套25、泵芯24、左右泵壳及两泵壳内的动力机构与传动机构。在左右两泵壳内分别有一个伺服电机定子5、一个伺服电机转子4、一个非标的梅花型弹性联轴器、一个端面空间凸轮及一个滚轮组件。两个滚轮架分别安装在泵主体两侧，弹簧放置在滚轮架的孔内，另一端顶在泵主体壳的侧面上。梅花型弹性联轴器包括联轴器弹性体7、内爪盘6和外爪盘30，内爪盘6固定在泵芯24上，外爪盘30固定在端面空间凸轮上，中间是联轴器弹性体7传递扭矩，内外爪盘可以轴向相对运动。10为紧定螺钉、11为圆柱销，16为内六角头螺钉，锥滚轮21上设有滚针轴承组件22，27为D型圈，29为紧定螺钉。凸球面螺母用于锁紧，连接杆2上有外螺纹，泵芯26上有螺纹孔，可以螺纹连接。
滚轮组件包括滚轮架及安装在滚轮架上的两个锥滚轮21、轴环24及四个弹簧23。滚轮架前后两侧的每侧有两个键，键上有弹簧座孔，弹簧放置在该弹簧座孔内，弹簧23推动滚轮架，当没有负载时使锥滚轮压在端面空间凸轮上。而泵主体壳和泵套25的左右两端有相同尺寸的键槽，滚轮架放置在泵体的两侧，并插入泵主体壳和泵套25的键槽内；此时，轴环24一部分插入泵套25内，泵芯26从滚轮架中心的轴环穿过，泵芯26上的柱塞两个端面分别与两个轴环24端面及泵套内孔形成了泵的左右两个密封容腔。在滚轮架的外侧，端面空间凸轮通过三个销杆9与伺服电机转子4固定在一起，而伺服电机转子4压套在梅花型弹性联轴器外爪盘30上，梅花型弹性联轴器内爪盘6通过销固定在泵芯26上，通过凸球面螺母3将梅花型弹性联轴器外爪盘30的轴向位置限定在泵芯26上，将端面空间凸轮压在两个锥滚轮21上，形成空间凸轮自调心机构，保证高速转动时不发生卡滞。此外，在右泵壳31内还有一个旋转变压器1通过连接杆2与泵芯26相连，左泵壳17上有一个电气接头15，右泵壳31上有两个电气接头，用电缆线14将左右两个电气接头连接，使左右两个伺服电机定子串联，余下的一个电气接头与输入线连接。
工作时，左右两伺服电机同时驱动左右两个端面空间凸轮转动，在，端面空间凸轮工作曲面的约束下，泵芯26转动的同时进行往复运动，左右两个密闭容腔体积变化，并通过泵芯柱塞的自配流结构实现泵的吸入和排出。泵芯26的转速通过旋转变压器1实时检测，当伺服控制器改变转速时，泵输出的流量发生改变，从而实现变量控制。
所述端面空间凸轮，其凸轮工作面形似马鞍与两个锥滚轮同时接触形成滚动副。左泵壳17内的端面空间凸轮13与右泵壳31内的端面空间凸轮8具有相同的工作曲面，但与泵芯26连接时，相位差90度，也就是说，两个端面空间凸轮分别是最高与最低点的相位对应。
所述泵芯柱塞的自配流结构，是指泵芯柱塞上有周向均匀分布四个配流槽，这四个配流槽间隔与泵芯柱塞左右两侧的密封容腔连通。泵套25上有两个压出窗口B，位置相差180度，插入泵主体壳后与泵主体壳上的泵压出口D匹配。泵套25上有两个吸入窗口A，位置相差180度，插入泵主体壳后与泵主体壳上的两个泵吸入口C相匹配。吸入和压出窗口相位相差90度。
所述空间凸轮自调心机构指的是端面空间凸轮通过梅花型弹性联轴器与泵芯26连接，端面空间凸轮通过伺服电机转子4固定在梅花型弹性联轴器外盘30上，梅花型弹性联轴器外盘中心孔有凹球面与凸球面螺母3的凸面配合，实现了端面空间凸轮自调心，避免高速转动时端面空间凸轮与锥滚轮21的接触跳动直接作用在泵芯上，引起泵芯的偏心转动，造成泵芯柱塞的磨损。
Claims (2)
1.一种无轴二维柱塞变量电机泵，其特征在于：包括泵主体，所述泵主体的左右两侧分别设有左泵壳和右泵壳，所述左泵壳和右泵壳内分别设置一组动力机构和传动机构；
所述泵主体包括泵主体壳以及设置在泵主体壳内的泵套和泵芯，所述泵套套装在所述泵芯外；
所述动力机构包括伺服电机定子和伺服电机转子，所述伺服电机转子位于所述伺服电机定子内；
所述传动机构包括梅花型弹性联轴器、端面空间凸轮和滚轮组件，所述滚轮组件包括滚轮架以及安装在滚轮架上的两个锥滚轮、轴环和四个弹簧，所述两个锥滚轮通过滚轮轴可转动的安装在滚轮架中心孔的前后两侧上，所述轴环安装在滚轮架的中心孔处且伸入泵套内，所述端面空间凸轮设置在滚轮架远离泵主体的一侧且通过三个销杆与伺服电机转子固定连接，所述端面空间凸轮套装在梅花型弹性联轴器的外爪盘上，梅花型弹性联轴器的内爪盘通过销固定在泵芯上，所述梅花型弹性联轴器的内爪盘与外抓盘之间通过联轴器弹性体连接，同时所述伺服电机转子压套在梅花型弹性联轴器外爪盘上，通过凸球面螺母将梅花型弹性联轴器外爪盘的轴向位置限定在泵芯上，同时将端面空间凸轮压在两个锥滚轮上，形成空间凸轮自调心机构；所述端面空间凸轮与两个锥滚轮形成滚动副，同时与泵芯的端部接触；
滚轮架在朝向泵主体一侧设有两个键，每个键上设有一个弹簧座孔，弹簧放置在该弹簧座孔内且其另一端顶触在泵主体壳中心孔的侧面上；所述泵套的左右两端分别设有与键相配合的键槽；所述泵芯的左右两端分别可左右滑动的安装在左泵壳内滚轮架上的轴环和右泵壳内滚轮架上的轴环上，泵芯上的柱塞左右端面分别与左右两个轴环端面及泵套内孔形成了泵的左右两个密封容腔；
在右泵壳内还设有一个旋转变压器，所述旋转变压器通过连接杆与泵芯相连，左泵壳上有一个与左泵壳内的伺服电机定子连接的电气接头；右泵壳上有两个电气接头且并联，同时与右泵壳内的伺服电机定子连接，其中一个电气接头与左泵壳上的电气接头连接，另外一个电气接头与输入线连接；
左泵壳内的端面空间凸轮和右泵壳内的端面空间凸轮在与泵芯左右两端连接时，相位差90度，即两个端面空间凸轮分别是最高与最低点的相位对应；当端面空间凸轮转动时，受到锥滚轮的轴向约束，端面空间凸轮的工作曲面迫使自身及泵芯沿轴向运动，两个端面空间凸轮交替作用使得与其相连接的泵芯进行往复运动，左右两个密封容腔体积发生变化，且通过泵芯上柱塞的自配流结构实现泵的吸入和排出。
2.如权利要求1所述的一种无轴二维柱塞变量电机泵，其特征在于：所述泵芯上柱塞的自配流结构，是指泵芯柱塞上有周向均匀分布四个配流槽，四个配流槽间隔设置且两两一组分别与泵芯柱塞左右两侧的密封容腔连通；所述泵套上设有两个压出窗口和两个吸入窗口，两个压出窗口与两个吸入窗口间隔布置，两个压出窗口之间、两个吸入窗口之间相位均相差180度，一个压出窗口与相邻的吸入窗口之间相位相差90度；所述泵主体壳上设有两个泵吸入口和两个泵压出口，每个吸入窗口同时与对应的一个配流槽和对应的一个泵吸入口连通，每个压出窗口同时与对应的一个配流槽和对应的一个泵压出口连通；
当泵芯转动时，泵芯柱塞上四个配流槽与泵套上两个压出窗口和两个吸入窗口构成了两对吸入和压出的配流阀口，此时，两个密封容腔的体积发生相反的变化，一个密封容腔的腔体体积增大将工作液体通过一对低压吸入的配流阀口从泵吸入口吸入，而另一个密封容腔的腔体体积减少且通过一对高压压出的配流阀口将工作液体从泵压出口排出。
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Application publication date: 20181016 Assignee: Foshan qianshun Technology Co.,Ltd. Assignor: JIANG University OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2024980000074 Denomination of invention: A shaft free two-dimensional plunger variable motor pump Granted publication date: 20191105 License type: Common License Record date: 20240104 |