CN111692063A - 浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件，包括浮动斜盘和锥形柱塞旋转组件。锥形柱塞前端球头与旋转盘球窝铰接，后端只有球面区域与缸体的柱塞孔壁相接触，减小了柱塞副的摩擦面积，得以通过锥形柱塞二力杆受力原理，解决由于传统的固定斜盘式轴向柱塞泵中柱塞所受到的巨大侧向力与力矩导致的摩擦磨损剧烈问题。浮动斜盘的内盘与旋转盘进行固定配合，旋转盘受锥形柱塞球头铰接作用驱动下进行旋转，由于底面滚子与侧面滚珠的支撑作用，旋转盘与内盘一起发生回转运动，从而将原滑靴副中滑靴与斜盘面间的滑移运动转化为侧面滚珠与底面滚子间的滚动运动，因而实现了降低重载滑靴副摩擦功率损失的目的。

Description

浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件

技术领域

本发明涉及流体传动与控制技术领域，适用于斜盘式轴向柱塞泵/马达，尤其涉及一种浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件。

背景技术

斜盘式轴向柱塞泵/马达由于其结构特点，耐高压、可以实现多种变量功能，尤其是泵/马达的排量可以便捷地实现控制与调节，使得泵/马达输出的功率与负载相匹配，因此成为液压传动技术中的王牌元件，在液压传动系统作为最重要的核心动力/执行元件获得了极为广泛的应用，是衡量一个国家液压元件制造发展水平和科技实力的直接体现，在斜盘式轴向柱塞泵/马达技术中，斜盘式轴向柱塞泵/马达中重载摩擦副的摩擦磨损和润滑失效问题是制约斜盘式轴向柱塞泵/马达性能提升的主要技术难题。

斜盘式柱塞泵/马达在工作时，柱塞在缸体孔内作轴向滑动，完成吸油与压油的动作。柱塞副是轴向柱塞泵/马达实现吸排油功能的核心摩擦副，其摩擦润滑性能主要体现在柱塞轴向方向由于往复运动产生的摩擦力，承载性能主要体现在柱塞径向方向上需要支撑的巨大侧向力作用。柱塞受滑靴反作用力、衬套摩擦力、油压力等关键作用力，因滑靴反作用力与柱塞轴心存在一个变化的偏角，导致柱塞存在一个变化的偏置力矩，加快摩擦副的磨损。滑靴副是滑靴与斜盘面之间相对滑移运动形成的一个摩擦副，由于轴向柱塞泵/马达高速、载荷交变特性，重载柱塞副与滑靴副摩擦润滑机理的研究及摩擦副设计一直是柱塞泵/马达研究领域的难点。

柱塞副、滑靴副的摩擦力是斜盘式轴向柱塞泵/马达机械损失的重要组成部分，其泄漏量是决定斜盘式轴向柱塞泵/马达容积效率特性的关键，其磨损失效是决定斜盘式轴向柱塞泵/马达寿命和可靠性的重要因素。提高斜盘式轴向柱塞泵/马达柱塞副与滑靴副减摩抗磨性能长期以来的技术手段是基于润滑支撑结构优化设计、摩擦界面表面改性与表面微观改形技术，取得了一些重要技术进展，但也都未曾彻底解决问题，柱塞副与滑靴副的摩擦磨损和润滑失效问题依然是制约斜盘式轴向柱塞泵/马达性能的最主要技术难题，由于柱塞副与滑靴副处摩擦功率损失大，造成斜盘式轴向柱塞泵/马达在小排量工况时效率低，对泵控传动系统总体传动效率造成不利影响。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件，突破传统式结构，在全工况范围内从根本结构原理上减小斜盘式轴向柱塞泵/马达重载下滑靴副、柱塞副的摩擦磨损，提高滑靴副、柱塞副的可靠性与服役寿命，提高泵的效率性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种通轴式浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件，包括浮动斜盘组件和锥形柱塞旋转组件：

所述浮动斜盘组件以底面圆柱滚子推力轴承和侧面角接触球轴承相互搭配的异形轴承结构为设计基础，并在浮动斜盘底盘与内盘相配合所形成的密封空间内设计静压支撑结构，与异形轴承结构共同构成混合支撑，包括内盘、侧面滚珠、侧面保持架、底面滚子、底面保持架、侧盖和浮动斜盘底盘组成，应用于斜盘式轴向柱塞泵/马达，可用于代替原斜盘。所述浮动斜盘异形轴承结构由底面滚子、底面保持架组成的底面圆柱滚子推力轴承和侧面滚珠、侧面保持架组成的侧面角接触球轴承相互搭配组成，底面圆柱滚子推力轴承安装在内盘滚道与浮动斜盘底盘滚道之间，侧面角接触球轴承安装在侧盖滚道与内盘侧面滚道之间，所述内盘采用圆柱销及过盈配合方式与旋转盘进行配合，所述内盘侧面开有供侧面角接触球轴承滚动的滚道，底面开有供底面圆柱滚子推力轴承滚动的滚道，内盘由侧面角接触球轴承及底面圆柱滚子推力轴承支撑定位，并与浮动斜盘底盘间隙配合并密封安装，同时预留出传动轴的安装位置，所述侧盖以过盈配合方式与浮动斜盘底盘配合，并在侧面开有供侧面角接触球轴承滚动并支撑侧面角接触球轴承的滚道，所述浮动斜盘底盘端面开有供底面圆柱滚子推力轴承滚动的滚道，并开有导油孔道，并用堵头密封加工的工艺孔，将压力油经导油槽经导油孔道引入浮动斜盘底盘中的内油道中，引流至浮动斜盘底盘与内盘相配合所形成的密封空间油室内，从而实现静压支撑；

所述锥形柱塞旋转组件，包括旋转盘、回程盘、锥形柱塞、球铰、弹簧和缸体，回程盘采用螺钉与旋转盘配合并压住锥形柱塞球头使其与旋转盘上分布的旋转盘球窝铰接，锥形柱塞的球头开有环形油槽，锥形柱塞尾部球面处两端各开有一凹槽并均安装金属密封圈对柱塞腔内的油液进行密封，锥形柱塞尾部球面处与缸体的柱塞孔壁形成往复运动的柱塞副摩擦副。锥形柱塞前端球头与旋转盘球窝铰接，后端只有球面与缸体的柱塞孔壁相接触，减小了柱塞副的摩擦接触面积，并使得锥形柱塞形成二力杆受力工况，从而实现对柱塞与柱塞孔壁之间的作用力的大幅减小，因此可以显著地减小柱塞副处的摩擦力与摩擦功率损失；

所述的内盘与旋转盘之间的连接方式采用圆柱销与过盈配合连接方式，也可采用其他(如螺钉、销钉等)连接方式；

所述的内盘与浮动斜盘底盘之间形成的供静压支撑储存高压油用的油室，其内部高压油的密封采用间隙密封形式；

所述侧盖以过盈配合方式与浮动斜盘底盘配合，也可以通过螺钉与浮动斜盘底盘连接在一起；

所述的侧面角接触球轴承与底面圆柱滚子推力轴承，其滚动体可以为3个或多于3个；

所述锥形柱塞和缸体上的柱塞孔沿缸体轴向圆周均匀分布，旋转盘上分布的球窝与锥形柱塞球头铰接在一起，泵传动轴受到原动机驱动，通过花键连接带动缸体及缸孔里面的锥形柱塞发生旋转运动，并由锥形柱塞球头驱动旋转盘一起跟随旋转；

所述缸体轴向圆周均匀开有弹簧孔，并在缸体弹簧孔底部和球铰之间放置有压缩弹簧，在泵压力还没有形成前，对旋转盘及与旋转盘固定在一起的整个旋转组件起到预压紧的作用。

本发明的优点为：

本发明的浮动斜盘组件的内盘采用圆柱销及过盈配合方式与旋转盘进行配合，旋转盘受锥形柱塞球头铰接作用驱动下进行旋转，由于底面滚子与侧面滚珠的支撑作用，旋转盘与内盘一起发生回转运动，从而将原滑靴副中滑靴与斜盘面间的滑移运动转化为侧面滚珠与底面滚子间的滚动运动，因而实现了降低重载滑靴副摩擦功率损失的目的，浮动斜盘工作时整体浸没于液压油中，润滑冷却充分，并且由于采用轴承支撑与静压支撑共同作用的混合支撑承载形式，通过合理设计浮动斜盘可以达到较长的服役寿命，发生磨损时浮动斜盘也便于维护更换；

锥形柱塞前端球头与旋转盘球窝铰接，后端只有球面处与缸体的柱塞孔壁以相切的形式相接触并构成柱塞副，大幅减小了柱塞副的摩擦接触面积，并使得锥形柱塞形成二力杆受力工况，从而实现对柱塞与柱塞孔壁之间的作用力的大幅减小，因此可以显著地减小柱塞副处的摩擦力与摩擦功率损失，解决由于传统的固定斜盘式轴向柱塞泵/马达中柱塞所受到的巨大侧向力与力矩导致的柱塞副摩擦磨损剧烈问题。通过锥形柱塞球面两侧凹槽处安装的金属密封圈，可以减小柱塞副处的流量泄漏。缸体轴向圆周均匀开有弹簧孔，并在缸体弹簧孔底部和球铰之间放置有压缩弹簧，在泵压力还没有形成前，对旋转盘及与旋转盘固定在一起的整个旋转组件起到预压紧的作用。由上可得，本发明可以在全工况范围内减小斜盘式轴向柱塞泵/马达重载下滑靴副、柱塞副的摩擦磨损，提高滑靴副、柱塞副的可靠性与服役寿命，提高泵的效率性能。

附图说明

图1是安装有本发明组件的泵体内部零件示意图；

图2是缸体弹簧孔的局部放大图；

图3是安装有本发明组件的泵体图；

图4是锥形柱塞旋转组件的部分零件剖视图；

图5是底面圆柱滚子推力轴承和侧面角接触球轴承结构示意图；

图6是浮动斜盘组件的左视图；

图7是浮动斜盘组件的A-A剖视图；

图8是浮动斜盘组件的后视图；

图9是浮动斜盘组件的B-B剖视图；

图10是浮动斜盘组件整体外观三维图；

图11是旋转盘与浮动斜盘采用的圆柱销连接方式示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种通轴式浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件，包括浮动斜盘组件和锥形柱塞旋转组件：

如图5-10所示，所述浮动斜盘组件以底面圆柱滚子推力轴承和侧面角接触球轴承构成的异形轴承结构为设计基础，并在浮动斜盘底盘3与内盘15相配合所形成的密封空间内实现静压支撑结构，与异形轴承结构共同构成混合支撑，其特征在于：包括内盘15、侧面滚珠9、侧面保持架10、底面滚子11、底面保持架12、侧盖16和浮动斜盘底盘3组成，应用于斜盘式轴向柱塞泵/马达，可用于代替原斜盘。所述浮动斜盘异形轴承结构由底面滚子11、底面保持架12组成的底面圆柱滚子推力轴承和侧面滚珠9、侧面保持架10组成的侧面角接触球轴承组成，底面圆柱滚子推力轴承安装在内盘15滚道与浮动斜盘底盘3滚道之间，侧面角接触球轴承安装在侧盖16滚道与内盘15侧面滚道之间，所述内盘15采用圆柱销17及过盈配合方式与旋转盘14进行配合，所述内盘15侧面开有供侧面角接触球轴承滚动的滚道，底面开有供底面圆柱滚子推力轴承滚动的滚道，内盘15由侧面角接触球轴承及底面圆柱滚子推力轴承支撑定位，并与浮动斜盘底盘3间隙配合并密封安装，同时预留出传动轴1的安装位置，所述侧盖16以过盈配合方式与浮动斜盘底盘3配合，并在侧面开有供侧面角接触球轴承滚动并支撑侧面角接触球轴承的滚道，所述浮动斜盘底盘3端面开有供底面圆柱滚子推力轴承滚动的滚道，并开有导油孔道19，并用堵头18密封加工的工艺孔，将压力油经导油槽20经导油孔道19引入浮动斜盘底盘3中的内流道中，引流到浮动斜盘底盘3与内盘15相配合所形成的密封空间静压油室21内，从而实现静压支撑；

如图2、3、4所示，所述锥形柱塞旋转组件，包括旋转盘14、回程盘13、锥形柱塞6、球铰8、弹簧24和缸体4，回程盘13采用螺钉22与旋转盘14配合并压住锥形柱塞6球头使其与旋转盘14上分布的旋转盘球窝23相配合，在所述的旋转盘14上沿圆周均匀分布有多个球窝23，所述的锥形柱塞6的前端球头位于球窝23内，球头与球窝23采用球铰8铰接，在所述的回程盘13上开有多个与球窝相对应的通孔，将回程盘13上的通孔与旋转盘14上的球窝23对齐并将回程盘13固定在旋转盘14上，锥形柱塞6的球头开有环形油槽，锥形柱塞6的尾部包含有一球面区域，在球面区域两侧各安装有一金属密封圈7进行密封，锥形柱塞6尾部球面与缸体4的柱塞孔壁形成往复运动的柱塞副摩擦副。锥形柱塞6前端球头与旋转盘14球窝铰接，后端只有球面与缸体4的柱塞孔壁相接触，减小了柱塞副的摩擦接触面积，并使得锥形柱塞6形成二力杆受力工况，由于锥形柱塞尾部球面两侧凹槽处安装的金属密封圈7的密封作用，可以减小柱塞副处的流量泄漏。

如图11所示，所述内盘15与旋转盘14之间的连接方式采用圆柱销17与过盈配合连接方式，也可采用其他(如螺钉、销钉等)连接方式；

所述内盘15与浮动斜盘底盘3之间形成的供静压支撑储存高压油用的油室，其内部高压油的密封采用间隙密封形式；

所述侧盖16以过盈配合方式与浮动斜盘底盘3配合，也可以通过螺钉与浮动斜盘底盘3连接在一起；

所述侧面角接触球轴承与底面圆柱滚子推力轴承，其滚动体可以为3个或多于3个；

所述浮动斜盘底盘3相对底座2的倾角可以调整，从而实现流量的无级调节；

所述锥形柱塞6尾部安装了两个金属密封圈7。

所述锥形柱塞6和缸体4上的柱塞孔沿缸体轴向圆周均匀分布，旋转盘上分布的球窝23与锥形柱塞14球头铰接在一起，泵传动轴1受到原动机驱动，通过花键连接带动缸体4及缸孔里面的锥形柱塞6发生旋转运动；

所述锥形柱塞6前端球头与旋转盘球窝23铰接，后端只有球面处与缸体4的柱塞孔壁相接触，减小了柱塞副的摩擦接触面积，使得锥形柱塞6满足二力杆受力条件。

所述缸体4轴向圆周均匀开有弹簧孔，并在缸体弹簧孔底部和球8之间放置有压缩弹簧24，在泵压力还没有形成前，达到对旋转盘14及与旋转盘固定在一起的整个旋转组件预压紧的作用。

在所述的传动轴1上位于缸体4的下端固定连接有配流盘5，在配流盘5上分别开有多个与柱塞孔相通的腰型吸油窗口。

本发明的工作过程如下：

一种通轴式浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件，包括浮动斜盘和锥形柱塞旋转组件，以放置于斜盘式轴向柱塞泵中为例：

锥形柱塞6装在缸体4柱塞孔中,在回程盘13作用下压向旋转盘14，回程盘13与旋转盘14由螺钉22固定连接。锥形柱塞6和缸体4上的柱塞孔沿缸体4轴向圆周均匀分布，旋转盘14上分布的球窝23与锥形柱塞6球头铰接在一起。泵传动轴1受到原动机驱动，通过花键连接带动缸体4及缸孔里面的锥形柱塞6发生旋转运动，锥形柱塞6在缸体4内自上而下回转的半周内(0～π)，受回程盘13压紧力作用逐渐向外伸出,使缸体4柱塞孔的密封工作腔体积不断增加，产生局部真空，油液经配流盘5上的腰形吸油窗口经配流盘5吸入；反之当柱塞在其自下而上回转的半周内(π～2π)，柱塞受倾斜的旋转盘6挤压力作用逐渐缩回缸内，使密封工作腔的体积不断减小，即将油液从配流盘5上的腰形排油窗口向外压出。

锥形柱塞6尾部包含一球面区域，锥形柱塞6尾部球面与缸体4的柱塞孔壁形成往复运动的柱塞副摩擦副。锥形柱塞前端球头与旋转盘球窝23铰接，后端只有球面处与缸体的柱塞孔壁相接触，减小了柱塞副的摩擦接触面积，得以通过锥形柱塞6二力杆受力原理，实现对柱塞与柱塞孔壁之间的作用力的大幅减小，因此可以显著地减小柱塞副处的摩擦力与摩擦功率损失，解决由于传统的固定斜盘式轴向柱塞泵中柱塞所受到的巨大侧向力与力矩导致的柱塞副摩擦磨损剧烈问题。由于锥形柱塞尾部球面两侧凹槽处安装的金属密封圈7的密封作用，可以减小柱塞副处的流量泄漏。缸体4轴向圆周均匀开有弹簧孔，并在缸体弹簧孔底部和球铰8之间放置有压缩弹簧24，在泵压力还没有形成前，对旋转盘及与旋转盘固定在一起的整个旋转组件起到预压紧的作用。旋转盘14受锥形柱塞6球头球铰铰接作用驱动下将会受到绕其中心线的转矩作用发生旋转，旋转盘14采用圆柱销及过盈配合方式与浮动斜盘的内盘15固定安装在一起，由侧面角接触球轴承及底面圆柱滚子推力轴承构成的异形轴承结构，以及油室中的高压油产生的静压推力共同支撑，侧面角接触球轴承由侧盖16及内盘15中的滚道支撑，底面圆柱滚子推力轴承分别由内盘15及浮动斜盘底盘3中的滚道支撑，而侧盖16与浮动斜盘底盘3通过过盈配合安装在一起，因而在旋转盘14受到的绕其中心线的转矩作用下，浮动斜盘内盘15将会一起发生旋转运动，其旋转运动方向与旋转盘14方向一致。从而将原滑靴副中滑靴与斜盘面间的滑移运动转化为侧面滚珠与底面滚子间的滚动运动，因而实现了降低重载滑靴副摩擦功率损失的目的，浮动斜盘工作时整体浸没于液压油中，润滑冷却充分，并且由于采用轴承支撑与静压支撑共同作用的承载形式，通过合理设计浮动斜盘可以达到较长的服役寿命，发生磨损时浮动斜盘也便于维护更换。

本发明可以在全工况范围内减小斜盘式轴向柱塞泵重载下滑靴副、柱塞副的摩擦磨损，提高滑靴副、柱塞副的可靠性与服役寿命，提高泵的效率性能。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包涵本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (8)

1.一种浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件，其特征在于：包括有传动轴以及安装在传动轴上的浮动斜盘组件和锥形柱塞旋转组件，浮动斜盘组件和锥形柱塞旋转组件之间固定连接，所述的传动轴带动锥形柱塞旋转组件转动，锥形柱塞旋转组件带动浮动斜盘组件转动。

2.根据权利要求1所述的一种浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件，其特征在于：所述的浮动斜盘组件包括有内盘、侧盖、浮动斜盘底盘和浮动斜盘异形轴承结构，所述的浮动斜盘异形轴承结构包括有由底面滚子、底面保持架组成的底面圆柱滚子推力轴承和由侧面滚珠、侧面保持架组成的侧面角接触球轴承，所述的内盘侧面开有供侧面角接触球轴承滚动的滚道，内盘底面开有供底面圆柱滚子推力轴承滚动的滚道，在侧盖的内侧面开有供侧面角接触球轴承滚动并支撑侧面角接触球轴承的滚道，在浮动斜盘底盘的端面开有供底面圆柱滚子推力轴承滚动的滚道，所述的底面圆柱滚子推力轴承安装在内盘底面滚道与浮动斜盘底盘端面滚道之间，所述的侧面角接触球轴承安装在侧盖内侧面滚道与内盘侧面滚道之间。

3.根据权利要求2所述的一种浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件，其特征在于：所述的内盘由侧面角接触球轴承及底面圆柱滚子推力轴承支撑定位，并与浮动斜盘底盘间隙配合并密封安装，中间设有传动轴安装孔；所述的侧盖以过盈配合方式与浮动斜盘底盘配合。

4.根据权利要求2所述的一种浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件，其特征在于：所述的锥形柱塞旋转组件包括有旋转盘、回程盘、多个锥形柱塞和缸体，在所述的旋转盘上沿圆周均匀分布有多个球窝，所述的锥形柱塞的前端球头位于球窝内，球头与球窝采用球铰铰接，在所述的回程盘上开有多个与球窝相对应的通孔，将回程盘上的通孔与旋转盘上的球窝对齐并将回程盘固定在旋转盘上，回程盘压住锥形柱塞球头使其与球窝相配合，在所述的缸体内开有多个与锥形柱塞相配合的柱塞孔，多个锥形柱塞分别位于柱塞孔内，在锥形柱塞尾部设有一球面区域，球面区域处与缸体的柱塞孔壁形成往复运动的柱塞副摩擦副，在锥形柱塞的前端球头开有环形油槽，在锥形柱塞尾部球面区域两侧各安装有一金属密封圈进行密封，在所述的旋转盘、回程盘和缸体的中间部分分别设有传动轴安装孔。

5.根据权利要求4所述的一种浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件，其特征在于：所述的内盘采用圆柱销及过盈配合方式与旋转盘进行配合。

6.根据权利要求3所述的一种浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件，其特征在于：在所述的浮动斜盘底盘底部开有导油孔道，在导油孔道的下面端部设有导油槽，并用堵头密封工艺孔，将压力油经导油槽、导油孔道引入到浮动斜盘底盘与内盘相配合所形成的密封空间静压油室内，从而实现静压支撑。

7.根据权利要求4所述的一种浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件，其特征在于：在所述的缸体内轴向圆周均匀开有弹簧孔，并在弹簧孔底部和球铰之间放置有压缩弹簧。

8.根据权利要求4所述的一种浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件，其特征在于：在所述的传动轴上位于缸体的下端固定连接有配流盘，在配流盘上分别开有多个与柱塞孔相通的腰型吸油窗口。

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