CN111997856A - 一种串并联结构的二维活塞泵 - Google Patents
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Abstract
一种串并联结构的二维活塞泵，2个活塞通过联轴器形成串联组件，2个串联组件通过齿轮进行并联连接形成串并联结构的二维活塞泵，通过齿轮传动分别将输入扭矩传递给上下两个泵芯组件，靠近齿轮一侧的上下两个活塞轴通过联轴器传输给后面两个活塞轴，传输至活塞轴上拨盘/拨杆机构，将输入的动力传递给空间凸轮/锥滚轮驱动机构；在空间凸轮与锥滚轮的共同作用下，活塞有规律的同时做直线往复以及旋转运动；活塞上的凹槽与缸体上的开口相互配合，在活塞两侧的空腔体积随活塞运动交替大小变化下实现了吸排油功能。本发明提高了泵的工作效率，摩擦损耗更小，使得泵的寿命更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压活塞泵，属于流体传动及控制领域中的液压泵及液压马达。
背景技术
液压泵作为液压传动系统的能量转换装置，它将电机的机械能转化成液压能。柱塞泵相比于其它的容积式液压泵工作压力高、容积效率高、使用寿命长、功率重量比大。柱塞泵按照柱塞与传动轴的相对结构位置可分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵。轴向柱塞泵一般有斜轴式和斜盘式、固定缸体式。斜盘式轴向柱塞泵中主要的三对运动摩擦副中，柱塞与缸体柱塞孔之间的圆柱环形间隙加工精度易于保证；缸体与配流盘、滑靴与斜盘之间的平面缝隙采用静压平衡，间隙磨损后可以补偿，因此轴向柱塞泵的容积效率较高。斜轴式轴向柱塞泵的特点是柱塞不受侧向力，缸体相对配油盘的倾覆很小，但是结构复杂，工艺要求高，成本高。斜盘式轴向柱塞泵几个摩擦副可采用静压支承的方式，泵的结构因此可以非常紧凑、零部件少、重量减轻且工艺性好。径向柱塞泵的柱塞沿径向放置，但是其体积较大，结构复杂，重量重。
以上的各式柱塞泵的内部构造复杂，相对运动的零件也较多，对材料、加工精度要求较高，加工、维护的成本和要求较高，价格昂贵；轴向柱塞泵的缸体随着传动轴一起转动，因其转动惯量大，导致泵的启动、停止、调速响应速率慢，不利于通过调速来控制泵的流量；泵结构中摩擦副较多，使得泵的零件磨损和发热严重。
发明内容
为提高柱塞液压泵的工作转速，本发明提供一种新型串并联结构的二维活塞泵，这是一种新的传动构型的液压泵，泵内有4个相同的可分别进行吸排功能的泵芯组件，4个活塞串并联结构连接。本发明所设计产品预估工作转速在3000r/min以上，与传统柱塞水液压泵相比，转速大大的得到了提高，因此，同排量下实现了更高流量，可以更好的满足工业需求。
本发明采用的技术方案如下：
一种串并联结构的二维活塞泵，2个活塞通过联轴器形成串联组件，2个串联组件通过齿轮进行并联连接形成串并联结构的二维活塞泵，通过齿轮传动分别将输入扭矩传递给上下两个泵芯组件，靠近齿轮一侧的上下两个活塞轴通过联轴器传输给后面两个活塞轴，传输至活塞轴上拨盘/拨杆机构，将输入的动力传递给空间凸轮/锥滚轮驱动机构；在空间凸轮与锥滚轮的共同作用下，活塞有规律的同时做直线往复以及旋转运动；活塞上的凹槽与缸体上的开口相互配合，在活塞两侧的空腔体积随活塞运动交替大小变化下实现了吸排油功能。
进一步，所述空间凸轮/锥滚轮结构包括空间凸轮与内部镶嵌滚动轴承的锥滚轮，使得产生空间曲面，活塞可以进行往复运动。
再进一步，所述锥滚轮驱动机构由圆形滚轮架及其上面安装的锥滚轮和空间凸轮构成。
更进一步，所述齿轮上的输出轴通过拨盘/拨杆机构，将输入的动力传递给空间凸轮/锥滚轮驱动机构。
所述的泵壳内装有缸体和活塞等零部件，活塞沿着轴向，周向均布凹槽与进出口交替与左右两腔相通。
前端盖与泵体通过螺钉固连；后端盖与泵体通过螺钉固连；所述串并联活塞泵固定在泵体内。
所述拨盘/拨杆传动机构包括固定在动力输入轴上的拨盘和固定在内外花键组件上的4个圆柱拨杆。拨盘由前后两片并通过螺钉连接，4个直线轴承被卡在两片拨盘的轴承孔内。
所述内外花键组件为渐开线花键组件，渐开线外花键与内花键相组合，泵芯通过键与外花键连接，空间凸轮通过圆柱销与外花键相连接，最后在泵芯两端加工出外螺纹，用防松螺母将空间凸轮/渐开线花键组件安装在锥滚轮外侧。
所述串并联结构的二维活塞泵包括活塞，每个活塞轴两侧有两个密封滑环，分别固定在缸体两侧的锥滚轮支架上，活塞与两侧的活塞轴密封滑环形成两个密封容腔。
所述二维活塞泵的自配流结构，是指每个活塞有周向均匀分布的4个轴向配流槽，这4个槽间隔与2个密封容腔沟通，而缸体上有两个高压配流窗口，沿着周向，相位差为180度，活塞插入泵体后与泵体上高压口沉割槽匹配。
所述活塞轴与密封滑环之间装有两个格莱圈，防止内部泄露，密封滑环与泵套之间装有O型密封圈防止外部泄露，在格莱圈靠近活塞一侧开两个尺寸为2×1mm的卸荷槽，以增强格莱圈的密封性。
本发明工作原理如下：当电机启动时，串并联结构的二维活塞泵通过齿轮传动分别将输入扭矩传递给上下两个泵芯单元，靠近齿轮一侧的上下两个泵芯活塞轴通过联轴器传输给后面两个活塞轴，传输至活塞轴上拨盘/拨杆机构，将输入的动力传递给空间凸轮/锥滚轮驱动机构。在空间凸轮与锥滚轮的共同作用下，活塞有规律的同时做直线往复以及旋转运动。活塞上的凹槽与缸体上的开口相互配合，在活塞两侧的空腔体积随活塞运动交替大小变化下实现了吸排油功能。
本发明的有益效果体现在：本发明与传统柱塞式水液压泵相比，最大的创新点在于4个相同功能泵芯组件串并联结构连接，每个泵芯组件都能完成吸排油功能，大大提高了泵的工作效率。运动组件采用空间凸轮与锥滚轮相结合的双自由度运动方式，这种运动部件与传统柱塞式相比，摩擦损耗更小，使得泵的寿命更高。
附图说明
图1为本发明二维活塞液压泵的主视图。
图2为本发明二维活塞液压泵的俯视图。
图3为本发明二维活塞液压泵的左视图。
图4为空间凸轮与内部镶嵌滚动轴承的锥滚轮三维视图。
图5为拨盘的二维视图，其中，(a)是结构图，(b)是(a)的A-A截面图。
图6为拨杆的二维视图。
图7为空间凸轮的二维视图，其中，(a)是主视图，(b)是半剖视图，(c)是下视图。
图8为内花键的二维视图，其中，(a)是结构图，(b)是(a)的C-C截面图，(c)是(a)的B-B截面图。
图9为外花键的二维视图，其中，(a)是结构图，(b)是(a)的A-A截面图。
图10为活塞结构的二维视图。
图11为前后泵体连接杆结构的二维视图。
图12为泵体结构的二维视图，其中，(a)是图2的B-B截面图，(b)是主视图。
图13为直线滑动轴承的二维视图。
图14为外泵壳结构的二维视图，其中，(a)是结构图，(b)是(a)的A-A截面图。
图15为锥滚轮结构的二维视图。
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15，一种串并联结构的二维活塞泵，包括泵壳-A8、泵壳-B7、泵壳-C4、泵壳-D1与泵体6，所述泵壳-A8、泵壳-B7、泵壳-C4、泵壳-D1与泵体6连接；活塞轴19与活塞轴24通过联轴器形成串联组件，活塞轴26与活塞轴29通过联轴器形成串联组件，2个串联组件通过齿轮13、齿轮14、齿轮33配合进行并联连接。
2个活塞轴通过联轴器形成串联组件，2个串联组件通过齿轮进行并联连接形成串并联结构的二维活塞泵，通过齿轮13、齿轮14、齿轮33传动分别将输入扭矩传递给活塞轴19和活塞轴24两个单元，活塞轴19通过联轴器传输给活塞轴26，传输至活塞轴上拨盘/拨杆机构16，将输入的动力传递给空间凸轮17/锥滚轮18驱动机构。在空间凸轮17与锥滚轮18的共同作用下，4个活塞有规律的同时做直线往复以及旋转运动。4个活塞上的凹槽与缸体上的开口相互配合，在活塞两侧的空腔体积随活塞运动交替大小变化下实现了吸排油功能。
所述空间凸轮/锥滚轮结构包括空间凸轮17与内部镶嵌滚动轴承的锥滚轮18。通过输入轴将外部动力源转递至活塞轴上的拨盘拨叉16，拨盘内嵌入直线滑动轴承28，再利用拨盘/拨杆机构16将动力传导至空间凸轮17，空间凸轮17通过渐开线花键与泵芯相连接。空间凸轮17在转动的同时会与锥滚轮18(内部组合圆柱滚子轴承与推力球轴承)相配合，这样由于空间凸轮17运动面表面存在精确设计的空间曲面，当空间凸轮17转动时，与此同时空间曲面与锥滚轮18的配合使得活塞轴19可以进行往复运动。锥滚轮18驱动机构，由圆形滚轮架10及其上面安装的锥滚轮18构成。滚轮架10通过一侧面的两个矩形凸台(与键作用相同)与缸体上的槽连接从而限制了滚轮架10和缸体的相对转动，通过活塞轴两端固定的凸轮将滚轮架限制在缸体的两侧，锥滚轮18内组合安装圆柱滚子轴承和推力球轴承，对称安装在活塞轴两侧的滚轮架上。空间凸轮17为端面空间凸轮，凸轮面形似马鞍，工作时与两个锥滚轮同时接触形成滚动副。四对泵内左空间凸轮与泵右空间凸轮具有相同的廓线，但与活塞轴连接时，相位差90度，也就是说，两凸轮分别是最高与最低点的相位相对应。当空间凸轮转动时，受到锥滚轮的约束，凸轮的空间表面迫使其沿轴向运动，缸体两侧的两个凸轮交替作用使得与其相连接的活塞产生往复直线运动。
所述电机轴通过拨盘/拨杆机构16，将输入的动力传递给空间凸轮17/锥滚轮18驱动机构。泵壳内装有缸体、活塞等零部件，活塞上轴向凹槽与缸体内侧的窗口，缸体外侧的沉割槽，泵壳上的中心孔内构成二维活塞液压泵的自配流结构。两个空间凸轮17/锥滚轮18驱动机构分别安装在单个泵体两侧，分别与活塞轴19两端连接。两个动力输入轴与分别与活塞轴的回转中心重合。
所述拨盘/拨杆传动机构16，包括固定在动力输入轴上的拨盘和固定在内外花键组件上的4个圆柱拨杆。拨盘由前后两片并通过螺钉连接，4个直线轴承被卡在两片拨盘的轴承孔内。直线轴承外部中段为球面，直线轴承与拨盘孔有间隙，可以相对拨盘有一定的摆动自由度。工作时，固定在内花键和外花键组件上的4个拨杆插入拨盘上的直线轴承内，当泵动力输入轴带动拨盘/拨杆转动时，通过拨盘/拨杆传动机构带动空间凸轮转动。
所述空间凸轮结构17，渐开线外花键27与内花键25相组合，活塞轴通过键与外花键27连接，空间凸轮通过圆柱销与外花键27相连接。最后在活塞轴两端加工出外螺纹，用防松螺母将空间凸轮/渐开线花键组件安装在锥滚轮外侧。
所述串并联活塞泵的活塞轴19与活塞轴24、活塞轴26与活塞轴29，每个活塞轴两侧有两个密封滑环，分别固定在缸体两侧的滚轮架10上。活塞与两侧的活塞轴密封滑环形成两个密封容腔。所谓二维活塞液压泵的自配流结构，是指每个活塞上有周向均匀分布的4个轴向配流槽，这4个槽间隔与2个密封容腔沟通，而缸体上有两个高压配流窗口，相位差为180度，活塞插入泵体后与泵体上高压口沉割槽匹配。缸体上两个低压配流窗口，相位差为180度，插入泵体后与泵体上的两个吸入口相匹配。当活塞转动时，活塞上4个配流槽与缸体上4个配流窗口构成了两对吸入和压出的配流窗口，此时，两个密封容腔的体积发生相反的变化，一腔体积增大将液体通过一对低压配流窗口从泵体内吸入，而另一腔体积减少过一对高压配流窗口将工作液体从泵体高压口排出。
本说明书实施例所述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及于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 (10)
1.一种串并联结构的二维活塞泵，其特征在于，2个活塞轴通过联轴器形成串联组件，2个串联组件通过齿轮进行并联连接形成串并联结构的二维活塞泵，通过齿轮传动分别将输入扭矩传递给上下两个泵芯组件，靠近齿轮一侧的上下两个活塞轴通过联轴器传输给后面两个活塞轴，传输至活塞轴上拨盘/拨杆机构，将输入的动力传递给空间凸轮/锥滚轮驱动机构；在空间凸轮与锥滚轮的共同作用下，活塞有规律的同时做直线往复以及旋转运动；活塞上的凹槽与缸体上的开口相互配合，在活塞两侧的空腔体积随活塞运动交替大小变化下实现了吸排油功能。
2.如权利要求1所述的一种串并联结构的二维活塞泵，其特征在于，所述空间凸轮/锥滚轮结构包括空间凸轮与内部镶嵌滚动轴承的锥滚轮，使得锥滚轮架产生空间运动，进而活塞可以进行往复运动。
3.如权利要求1或2所述的一种串并联结构的二维活塞泵，其特征在于，所述锥滚轮驱动机构由圆形滚轮架及其上面安装的锥滚轮和空间凸轮构成。
4.如权利要求1或2所述的一种串并联结构的二维活塞泵，其特征在于，所述齿轮上的输出轴通过拨盘/拨杆机构，将输入的动力传递给空间凸轮/锥滚轮驱动机构。
5.如权利要求1或2所述的一种串并联结构的二维活塞泵，其特征在于，所述的泵壳内装有缸体和活塞，活塞上的轴向凹槽与缸体内侧的窗口，缸体外侧的沉割槽，泵壳上的中心孔内构成二维活塞液压泵的自配流结构。
6.如权利要求1或2所述的一种串并联结构的二维活塞泵，其特征在于，所述拨盘/拨杆传动机构包括固定在动力输入轴上的拨盘和固定在内外花键组件上的4个圆柱拨杆，拨盘由前后两片并通过螺钉连接，4个直线轴承被卡在两片拨盘的轴承孔内。
7.如权利要求6所述的一种串并联结构的二维活塞泵，其特征在于，所述内外花键组件为渐开线花键组件，渐开线外花键与内花键相组合，活塞轴通过键与外花键连接，空间凸轮通过圆柱销与外花键相连接，最后在活塞轴两端加工出外螺纹，用防松螺母将空间凸轮/渐开线花键组件安装在锥滚轮外侧。
8.如权利要求1或2所述的一种串并联结构的二维活塞泵，其特征在于，所述串并联结构的二维活塞泵包括活塞，每个活塞两侧有两个密封滑环，分别固定在缸体两侧的锥滚轮支架上，活塞与两侧的活塞轴密封滑环形成两个密封容腔。
9.如权利要求1或2所述的一种串并联结构的二维活塞泵，其特征在于，所述二维活塞泵的自配流结构，是指每个活塞上有周向均匀分布的4个轴向配流槽，这4个槽间隔与2个密封容腔沟通，而缸体上有两个高压配流窗口，相位差为180度，活塞插入泵体后与泵体上高压口沉割槽匹配。
10.如权利要求1或2所述的一种串并联结构的二维活塞泵，其特征在于，所述活塞与密封滑环之间装有两个格莱圈，密封滑环与缸体之间装有O型密封圈防止外部泄露，在格莱圈靠近活塞一侧开两个尺寸为2×1mm的卸荷槽。
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