CN112032010A - 叠滚型重载二维活塞泵 - Google Patents

Abstract

叠滚型重载二维活塞泵，包括沿着轴心线依次且同轴设置的泵盖组件、传动组件、泵芯组件和泵壳；油液从泵壳的吸油口进入泵芯组件的低压油口；随着外柱塞和内柱塞的轴向反向平动，左右封闭容腔的容积不断发生变化，容积增大的封闭容腔对应的通油口沟通圆角矩形孔和低压油口，利用负压将油液吸入；容积减小的封闭容腔的对应的通油口沟通高压油口，将油液排出；油液通过高压油道进入泵壳的第一环形槽，从泵壳的出油口排出。本发明易于实现高负载，易于实现高速化，适合通过调速控制流量；减小泵体工作时的机械振动，减小流量脉动；滚轮导轨副、滚针滑道副以及外柱塞活塞副在油液中得到润滑，减小摩擦，延长使用寿命。

Description

叠滚型重载二维活塞泵

技术领域

本发明涉及一种液压柱塞泵，尤其涉及叠滚型重载二维活塞泵。

背景技术

液压系统在航空、航天、航海等重要领域有着广泛的应用，液压泵作为液压系统的动力元件，极大地影响了液压系统的性能和效率。近年来，我国工业发展迅速，对液压泵的要求也日渐提高，传统的柱塞泵由于摩擦副、尺寸等因素的限制，已经满足不了高速、重载、稳定和轻量化的需求。

传统柱塞泵的内部结构复杂，其中斜盘结构在工作过程中存在倾覆力，使泵体产生振动，影响高速运行时泵体的稳定性；其缸体随传动轴一起转动，转动惯量大，导致启动、停止、调速的响应慢，不利于通过调速方式来控制泵的输出流量；其结构中滑动摩擦副较多，运行过程中零件磨损严重，发热量大，影响泵的使用寿命和耐久度。由于传统柱塞泵存在大量摩擦副，零件的配合精密度较高，其材料、加工精度、热处理要求也较高，且对油污敏感，因此生产维护的成本和要求均较高，价格昂贵。

因为传统柱塞泵的种种缺陷，专利文献CN205895515U提出了一种新型结构的液压泵，利用活塞双自由度的运动原理来实现吸排油功能，因其在工作时有两个维度的运动，故命名为二维(2D)活塞泵。双自由度运动原理的应用，使液压泵形成一种新型配流方式，具有结构新颖紧凑、体积小、重量轻、传动简单、排量高、容积效率高的优点。然而由于轴承的大量使用，轴承间隙导致二维(2D)活塞泵在高速运行时振动大、噪声严重，甚至发生结构破坏，运行稳定性和重载荷能力大打折扣。

发明内容

为克服上述问题，本发明基于二维液压元件原理提供了一种叠滚型重载二维活塞泵。

本发明采用的技术方案是：叠滚型重载二维活塞泵，包括沿着轴心线依次且同轴设置的泵盖组件、传动组件、泵芯组件和泵壳；所述泵壳由薄壁段壳体和厚壁段壳体组成，薄壁段壳体位于厚壁段壳体的左端且两者连通；厚壁段壳体的下端设有出油口，厚壁段壳体的内壁设有第一环形槽，出油口与第一环形槽沟通；泵壳的右端面中心开设有吸油口；薄壁段壳体内设有传动组件，厚壁段壳体内设有泵芯组件；

所述泵盖组件包括端盖和轴承端盖，所述端盖和轴承端盖中心均开有轴孔，两轴孔保持同轴，端盖与轴承端盖通过螺纹连接；

所述传动组件包括中心轴，中心轴的轴心线与泵壳的轴心线重合；中心轴的外侧套设有滚轮壳体，滚轮壳体呈圆筒状，滚轮壳体的壁面周向交替均布有8个锥形孔，相邻两个锥形孔的轴心线关于滚轮壳体的径向截面成一定倾角且倾斜角度相反；锥形孔内安装有锥滚轮，8 个锥滚轮两两接触、交错排布，相互压紧形成叠滚轮环；锥滚轮由泵壳内渗透的高压油压紧、贴合在对应的内平衡导轨、外平衡导轨上，锥滚轮与内平衡导轨、外平衡导轨相适配；

所述中心轴分为圆轴段和十字轴段，圆轴段上设有用于与高速电机连接的键槽，十字轴段上设有两组相位差90度的轴向翼缘，两组轴向翼缘分别接触外轴和内轴的滑道；其中一组轴向翼缘的周向同侧开设有长键槽，另一组轴向翼缘的周向同侧开设有短键槽，长键槽和短键槽内均安装有直排滚针轴承，长键槽和短键槽的长度与内轴、外轴的直动行程相适配；十字轴段的右端面设有同心柱；

所述内轴的左部呈拨叉状，内轴包括两条对称的第一轴臂和连接在第一轴臂右端的第一轴体，第一轴臂的内侧设有90°的第一V形滑道，第一V形滑道上开有用于镶嵌耐磨片的第一圆角矩形槽，第一轴臂外侧两端分别设有两个第一齿状锁扣结构，位于左端的第一齿状锁扣结构与外平衡导轨嵌合，位于右端的第一齿状锁扣结构与内平衡导轨嵌合；第一轴臂外侧沿轴向开有第一销孔，通过销与内平衡导轨、外平衡导轨固连；第一轴体的中心开设有同心孔，同心孔与中心轴的同心柱配合定心连接；第一轴体的右端部设有第一滑扣结构，第一滑扣结构与泵芯组件的内柱塞嵌合；

所述外轴的左部呈拨叉状，外轴包括两条对称的第二轴臂和连接在第二轴臂右端的第二轴体，第二轴臂内侧设有90°的第二V形滑道，第二V形滑道上开有用于镶嵌耐磨片的第二圆角矩形槽；第二轴臂外侧两端分别设有两个第二齿状锁扣结构，位于左端的第二齿状锁扣结构与内平衡导轨嵌合，位于右端的第二齿状锁扣结构与外平衡导轨嵌合；第二轴臂外侧沿轴向开有第二销孔，通过销与内平衡导轨、外平衡导轨固连；第二轴体中心设有能容纳内轴的第一轴体的圆角矩形通孔；第二轴体右端部设有第二滑扣结构，第二滑扣结构与泵芯组件的外柱塞嵌合；

所述内平衡导轨、外平衡导轨轴心线方向的投影呈圆环状，外平衡导轨的内径略大于内平衡导轨的外径；内平衡导轨、外平衡导轨的轴向端面分别设有第一导轨曲面、第二导轨曲面；第一导轨曲面、第二导轨曲面均为等加等减速曲面，等加速等减速曲面带有轴向的起伏，等加速等减速曲面有4个最高点和4个最低点；内平衡导轨的内环壁设有第三齿状锁扣结构和第三销孔，外平衡导轨的内环壁设有第四齿状锁扣结构和第四销孔；一对外平衡导轨分别安装在内轴的左端、外轴的右端，一对内平衡导轨分别安装在外轴的左端、内轴的右端；一对外平衡导轨上的第二导轨曲面朝向相对，两个第二导轨曲面的最低点与最高点对应；一对内平衡导轨上的第一导轨曲面朝向相对，两个第一导轨曲面的最低点与最高点对应；位于同侧的外平衡导轨和内平衡导轨上的最低点与最高点对应；第一导轨曲面、第二导轨曲面与同侧对应的锥滚轮配合运动，推动内轴、外轴作轴向反向移动，抵消内轴和外轴在反向平动过程中产生的惯性力；

所述泵芯组件包括泵芯壳体、缸体铜套、外柱塞、内柱塞和一对柱塞环；所述泵芯壳体大致呈圆筒状，泵芯壳体的右端面沿周向开设有6个轴向贯穿的低压油道，低压油道与泵壳的吸油口连通；泵芯壳体的右端面还设有一对用于与缸体铜套进行销定位的第五销孔；泵芯壳体的侧壁沿周向均布有4个高压油道，高压油道沟通泵壳的第一环形槽；

所述缸体铜套大致呈圆筒状，泵芯壳体套设在缸体铜套的外侧；缸体铜套的侧壁开有与4个高压油道相对应的4个高压油口，高压油口沟通外柱塞的通油口；缸体铜套的左右端面分别开有沿周向均布的 4个腰形的低压油口，低压油口与高压油口错开45°的角度布置；低压油口沿轴向延伸，且位于缸体铜套两端的低压油口未连通；低压油口的壁面开有径向贯穿的圆角矩形孔，圆角矩形孔沟通泵壳的吸油口和外柱塞的通油口；

所述外柱塞大致呈圆筒状，外柱塞的侧壁沿周向开设有两组通油口，每组通油口包括4个沿周向均布的通油口，两组通油口位于不同的径向截面且相位差45°的角度布置，两组通油口在二维活塞泵工作时轮流沟通缸体铜套的低压油口和高压油口；每组通油口的内侧均设有第二环形槽，第二环形槽与内柱塞、一对柱塞环构成左右封闭容腔；外柱塞的左端面设有用于与外轴嵌合的第三滑扣结构，外柱塞与外轴进行同步的旋转及平动；

所述内柱塞大致呈长圆柱状，内柱塞中间段的直径大于左右两段的直径，左右两段的直径相等；内柱塞的左段开设有一对用于与内轴嵌合的平槽，内柱塞与内轴进行同步的旋转及平动；

所述柱塞环大致呈矮圆柱状，柱塞环的侧面设有用于与外柱塞装配压紧的平槽，一对柱塞环分别固定连接在外柱塞内部的左右两端，一对柱塞环相互靠近的端面为锥面；

油液从吸油口进入泵芯组件的低压油口；随着外柱塞和内柱塞的轴向反向平动，左右封闭容腔的容积不断发生变化，容积增大的封闭容腔对应的通油口沟通圆角矩形孔和低压油口，利用负压将油液吸入；容积减小的封闭容腔的对应的通油口沟通高压油口，将油液排出；油液通过高压油道进入泵壳的第一环形槽，从泵壳的出油口排出。

进一步，所述锥滚轮包括滚轮环、滚轮轴和滚轮体，滚轮体的中心设有空腔，滚轮体的外壁为锥面；滚轮轴由大轴段和小轴段组成，大轴段的头端与滚轮环嵌套配合，小轴段端部压紧在滚轮体的空腔底面；滚轮环扣设在锥形孔的台阶孔结构上，锥形孔的下方设有用于保持锥滚轮空间姿态的支承面。

进一步，所述外柱塞侧壁的左右两端还设有用于与柱塞环固连的第六销孔，柱塞环通过销钉与外柱塞进行压紧固定。

进一步，所述泵芯组件外柱塞的第三滑扣结构和内柱塞的平槽平齐设置，传动组件的第一滑扣结构与第二滑扣结构平齐设置；第三滑扣结构与第二滑扣结构嵌合，平槽与第一滑扣结构嵌合。

进一步，所述轴孔内安装有深沟球轴承和唇形密封圈。

本发明的有益效果是：

1)封闭容腔的容积由内柱塞和外柱塞配合形成，比传统单一柱塞容腔的容积大一倍，且平衡导轨具有四周期的凸轮曲面，每转可进行4个冲程的吸排油。在相同排量和行程的情况下，减小了横截面积，使平衡导轨和锥滚轮所受力减小，易实现高负载。

2)锥滚轮的轴向固定通过高压油静压支承(弹簧力压紧或磁力支承)实现，具有自适应能力，随着排油压力的上升，锥滚轮的固定也会更加牢靠，易实现高负载。

3)锥滚轮的径向固定通过滚轮之间的压紧来实现，取缔了滚动轴承的使用，解除了轴承体积对设计的限制，避免了高速运行时轴承间隙产生的振动，且锥滚轮腔内充满低压油，具有缓冲吸振的效果，易于实现高速化，适合通过调速控制流量。

4)较传统柱塞泵，采用锥滚轮和平衡导轨相配合的形式来抵消内外轴、内外柱塞等结构件往复运动时产生的惯性力，减小泵体工作时的机械振动，减小流量脉动。

5)滚轮导轨副、滚针滑道副以及外柱塞活塞副在油液中得到润滑，减小了摩擦，延长了使用寿命。

附图说明

图1为叠滚型重载二维活塞泵的结构示意图；

图2为泵盖组件的结构示意图；

图3a～图3b为传动组件的结构示意图，图3b的截面与图3a的截面在周向上成90度夹角；

图4为滚轮壳体的结构示意图；

图5为锥滚轮的爆炸图；

图6为中心轴的结构示意图；

图7为内轴的结构示意图；

图8为外轴的结构示意图；

图9为内平衡导轨的结构示意图；

图10为外平衡导轨的结构示意图；

图11为泵芯组件的爆炸图；

图12为泵芯壳体的结构示意图；

图13为缸体铜套的结构示意图；

图14为外柱塞的结构示意图；

图15为泵壳的结构示意图；

图16-1～图16-5为叠滚型重载二维活塞泵的工作原理示意图，其中每张示意图的a图均为b图的剖视图；

图17为叠滚型重载二维活塞泵从0°转动至45°的工况参考图。

附图标记说明：1、泵盖组件；11、端盖；12、轴承端盖；2、传动组件；21、滚轮壳体；21A、锥形孔；21B、支承面；21C、台阶孔结构；22、锥滚轮；221、滚轮体；221A、锥面；221B、空腔；222、滚轮轴；222A、小轴段；222B、大轴段；223、滚轮环；23、中心轴； 23A、键槽；23B、轴向翼缘；23D、同心柱；24、内轴；24A、第一V 形滑道；24B、第一圆角矩形槽；24C、第一齿状锁扣结构；24D、第一销孔；24E、同心孔；24F、第一滑扣结构；25、外轴；25A、第二 V形滑道；25B、第二圆角矩形槽；25C、第二齿状锁扣结构；25D、第二销孔；25E、圆角矩形通孔；25F、第二滑扣结构；26、内平衡导轨；26A、第一导轨曲面；26B、第三齿状锁扣结构；26C、第三销孔；27、外平衡导轨；27A、第二导轨曲面；27B、第四齿状锁扣结构；27C、第四销孔；27D、内环壁；3、泵芯组件；31、泵芯壳体；31A、低压油道；31B、第五销孔；31C、高压油道；32、缸体铜套； 32A、低压油口；32B、圆角矩形孔；32C、高压油口；33、外柱塞； 33A、通油口；33B、第二环形槽；34、内柱塞；34A、平槽；35、柱塞环；4、泵壳；4A、薄壁段壳体；4B、厚壁段壳体；4C、吸油口； 4D、出油口；4E、第一环形槽；L、左封闭容腔；R、右封闭容腔；e、缝隙。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照附图，叠滚型重载二维活塞泵，包括沿着轴心线依次且同轴设置的泵盖组件1、传动组件2、泵芯组件3和泵壳4；所述泵壳4 由薄壁段壳体4A和厚壁段壳体4B组成，薄壁段壳体4A位于厚壁段壳体4B的左端且两者连通；厚壁段壳体4B的下端设有出油口4D，厚壁段壳体4B的内壁设有第一环形槽4E，出油口4D与第一环形槽 4E沟通；泵壳4的右端面中心开设有吸油口4C；薄壁段壳体4A内设有传动组件2，厚壁段壳体4B内设有泵芯组件3；

所述泵盖组件1包括端盖11和轴承端盖12，所述端盖11和轴承端盖12中心均开有轴孔，两轴孔保持同轴，轴孔内安装有深沟球轴承和唇形密封圈，端盖11与轴承端盖12通过螺纹连接；

所述传动组件2包括中心轴23，中心轴23的轴心线与泵壳4的轴心线重合；中心轴23的外侧套设有滚轮壳体21，滚轮壳体21呈圆筒状，滚轮壳体21的壁面周向交替均布有8个锥形孔21A，相邻两个锥形孔21A的轴心线关于滚轮壳体21的径向截面成一定倾角且倾斜角度相反；其中每4个周向均布的锥形孔21A为一组，两组相互错开45°且呈嵌入式分布；锥形孔21A内安装有锥滚轮22，8个锥滚轮22两两接触、交错排布，相互压紧形成叠滚轮环，锥滚轮22与滚轮壳体21的径向截面成21.15°的倾角，锥滚轮22置于滚轮壳体21的8个锥形孔21A中，由渗透的高压油压紧，并与内外平衡导轨 26、27贴合，起到支撑导轨的作用；

所述锥滚轮22包括滚轮环223、滚轮轴222和滚轮体221，滚轮体221的中心设有空腔221B，滚轮体221的外壁为锥面221A，半锥角为24.765°；滚轮轴222由大轴段222B和小轴段222A组成，大轴段222B的头端与滚轮环223嵌套配合，小轴段222A端部压紧在滚轮体221的空腔221B底面；滚轮环223扣设在锥形孔21A的台阶孔结构21C上，锥形孔21A的下方设有三个用于保持锥滚轮22空间姿态的支承面21B，锥滚轮22与内平衡导轨26、外平衡导轨27相适配；

所述中心轴23分为圆轴段和十字轴段，圆轴段上设有用于与高速电机连接的键槽23A，十字轴段上设有两组相位差90度的轴向翼缘23B，两组轴向翼缘23B分别接触外轴25和内轴24的滑道；其中一组轴向翼缘23B的周向同侧开设有长键槽，另一组轴向翼缘23B 的周向同侧开设有短键槽，长键槽和短键槽内均安装有直排滚针轴承，长键槽和短键槽的长度与内轴24、外轴25的直动行程相适配；十字轴段的右端面设有同心柱23D；

所述内轴24的左部呈拨叉状，内轴24包括两条对称的第一轴臂和连接在第一轴臂右端的第一轴体，第一轴臂的内侧设有90°的第一V形滑道24A，第一V形滑道24A上开有用于镶嵌耐磨片的第一圆角矩形槽24B，第一轴臂外侧两端分别设有两个第一齿状锁扣结构24C，位于左端的第一齿状锁扣结构24C与外平衡导轨27嵌合，位于右端的第一齿状锁扣结构24C与内平衡导轨26嵌合；第一轴臂外侧沿轴向开有第一销孔24D，通过销与内平衡导轨26、外平衡导轨27 固连；第一轴体的中心开设有同心孔24E，同心孔24E与中心轴23 的同心柱23D配合定心；第一轴体的右端部设有第一滑扣结构24F，第一滑扣结构24F与泵芯组件3的内柱塞34嵌合；

所述外轴25的左部呈拨叉状，外轴25包括两条对称的第二轴臂和连接在第二轴臂右端的第二轴体，第二轴臂内侧设有90°的第二V 形滑道25A，第二V形滑道25A上开有用于镶嵌耐磨片的第二圆角矩形槽25B；第二轴臂外侧两端分别设有两个第二齿状锁扣结构25C，位于左端的第二齿状锁扣结构25C与内平衡导轨26嵌合，位于右端的第二齿状锁扣结构25C与外平衡导轨27嵌合；第二轴臂外侧沿轴向开有第二销孔25D，通过销与内平衡导轨26、外平衡导轨27固连；第二轴体中心设有能容纳内轴24的第一轴体的圆角矩形通孔25E；第二轴体右端部设有第二滑扣结构25F，第二滑扣结构25F与泵芯组件3的外柱塞33嵌合；

所述内平衡导轨26、外平衡导轨27轴心线方向的投影呈圆环状，外平衡导轨27的内径略大于内平衡导轨26的外径；内平衡导轨26、外平衡导轨27的轴向端面分别设有第一导轨曲面26A、第二导轨曲面27A；第一导轨曲面26A、第二导轨曲面27A均为等加等减速曲面，等加速等减速曲面带有轴向的起伏，等加速等减速曲面有4个最高点和4个最低点；内平衡导轨26的内环壁设有第三齿状锁扣结构26B 和第三销孔26C，外平衡导轨27的内环壁27D设有第四齿状锁扣结构27B和第四销孔27C；一对外平衡导轨27分别安装在内轴24的左端、外轴25的右端，一对内平衡导轨26分别安装在外轴25的左端、内轴24的右端；一对外平衡导轨27上的第二导轨曲面27A朝向相对，两个第二导轨曲面27A的最低点与最高点对应；一对内平衡导轨26 上的第一导轨曲面26A朝向相对，两个第一导轨曲面26A的最低点与最高点对应；位于同侧的外平衡导轨27和内平衡导轨26上的最低点与最高点对应；第一导轨曲面26A、第二导轨曲面27A与同侧对应的锥滚轮22配合运动，推动内轴24、外轴25作轴向反向移动，抵消内轴24和外轴25在反向平动过程中产生的惯性力；

所述泵芯组件3包括泵芯壳体31、缸体铜套32、外柱塞33、内柱塞34和一对柱塞环35；所述泵芯壳体31大致呈圆筒状，泵芯壳体31的右端面沿周向开设有6个轴向贯穿的低压油道31A，低压油道31A与泵壳4的吸油口4C连通；泵芯壳体31的右端面还设有一对用于与缸体铜套32进行销定位的第五销孔31B；泵芯壳体31的侧壁沿周向均布有4个高压油道31C，高压油道31C沟通泵壳4的第一环形槽4E；

所述缸体铜套32大致呈圆筒状，泵芯壳体31套设在缸体铜套 32的外侧；缸体铜套32的侧壁开有与4个高压油道31C相对应的4 个高压油口32C，高压油口32C沟通外柱塞33的通油口33A；缸体铜套32的左右端面分别开有沿周向均布的4个腰形的低压油口32A，低压油口32A与高压油口32C错开45°的角度布置；低压油口32A 沿轴向延伸，且位于缸体铜套32两端的低压油口32A未连通；低压油口32A的壁面开有径向贯穿的圆角矩形孔32B，圆角矩形孔32B沟通泵壳4的吸油口4C和外柱塞33的通油口33A；

所述外柱塞33大致呈圆筒状，外柱塞33的侧壁沿周向开设有两组通油口33A，每组通油口33A包括4个沿周向均布的通油口33A，两组通油口33A位于不同的径向截面且相位差45°的角度布置，两组通油口33A在二维活塞泵工作时轮流沟通缸体铜套32的低压油口 32A和高压油口32C；每组通油口33A的内侧均设有第二环形槽33B，第二环形槽33B与内柱塞34、一对柱塞环35构成左右封闭容腔；外柱塞33的左端面设有用于与外轴25嵌合的第三滑扣结构33D，外柱塞33侧壁的左右两端还设有用于与柱塞环35固连的第六销孔33C，柱塞环35通过销钉与外柱塞33进行压紧固定；外柱塞33与外轴25 进行同步的旋转及平动；

所述内柱塞34大致呈长圆柱状，内柱塞34中间段的直径大于左右两段的直径，左右两段的直径相等；内柱塞34的左段开设有一对用于与内轴24嵌合的平槽34A，内柱塞34与内轴24进行同步的旋转及平动；

所述泵芯组件3外柱塞33的第三滑扣结构33D和内柱塞34的平槽34A平齐设置，传动组件2的第一滑扣结构24F与第二滑扣结构 25F平齐设置；第三滑扣结构33D与第二滑扣结构25F嵌合，平槽34A 与第一滑扣结构24F嵌合，以实现周向和轴向的传动。

所述柱塞环35大致呈矮圆柱状，柱塞环35的侧面设有用于与外柱塞装配压紧的平槽，一对柱塞环35分别固定连接在外柱塞33内部的左右两端，一对柱塞环35相互靠近的端面为锥面。

在工作过程中，所述中心轴在高速电机的牵引下转动，通过十字轴段带动内外轴旋转。所述内外平衡导轨被齿状锁扣及定位销完全约束于内外轴上，以相同的转速随内外轴旋转。所述内外平衡导轨的轨道为等加速等减速曲面，在锥滚轮组的约束下，内外平衡导轨在进行周向转动的同时带动内外轴作轴向平移运动。所述内外轴各自对应的两组内外平衡导轨在周向相位上相差45°，进而内外轴的轴向直动的方向总是相反。此外，在传动组件中，除锥滚轮外的其他运动部件仅存在相对的轴向运动，而不存在相对转动。所述外柱塞和柱塞环由定位销固定，通过其滑扣结构随外轴旋转和直动，同时，所述内柱塞通过其滑扣结构随内轴旋转和直动。所述外柱塞与内柱塞存在轴向相反的平移运动，以实现吸排油功能。

在电机旋转一周的过程中，二维活塞泵共实现8次吸排油，其中每连续两次吸排油为一周期，对应于所述内外平衡导轨的一段等加速等减速轨迹曲线。以所述内柱塞在行程最左端的状态为初始工作状态，对应的周向转动角度为0°。在0°向45°旋转的过程中，左封闭容腔的容积按等加速等减速的规律由最小增至最大，完成吸油过程；右封闭容腔的容积按等加速等减速的规律由最大减至最小，完成排油过程。在45°向90°旋转的过程中，左右封闭容腔的容积变化情况与 0°至45°的情况相反。

在上述0°至45°的排油过程中，所述内柱塞受到沿轴向左的液压反力作用，所述外柱塞及右柱塞环受到沿轴向右的液压反力作用。在0°向22.5°旋转的过程中，所述内柱塞以恒定的加速度向右加速运动，此时，所述右内平衡导轨受到锥滚轮组对其沿轴向右的支持力及阻力矩作用；所述外柱塞及右柱塞环以恒定的加速度向左加速运动，此时，所述左内平衡导轨受到锥滚轮组对其沿轴向左的支持力及阻力矩作用。所述左右内平衡导轨对锥滚轮组的轴向支反力相互抵消，周向支反力矩方向相同，使得所述锥滚轮组产生沿电机旋转方向运动的趋势，从而使每一个滚轮体产生同向的偏摆。高压油液从缝隙渗透进入所述滚轮轴的端面，通过滚轮轴压紧滚轮体，从而减小偏摆趋势。所述滚轮体两两之间的支持力大小均相等，与轨道支持力保持平衡，实现滚轮体稳定自转。在22.5°向45°旋转的过程中，所述内柱塞以恒定的加速度向右减速运动，所述外柱塞及右柱塞环以恒定的加速度向左减速运动。在减速运动过程中，存在临界转速，当电机转速小于临界转速时，所述右内平衡导轨受到锥滚轮组对其沿轴向右的支持力及阻力矩作用，所述左内平衡导轨受到锥滚轮组对其沿轴向左的支持力及阻力矩作用；当电机转速大于临界转速时，所述左外平衡导轨受到锥滚轮组对其沿轴向左的支持力及驱动力矩作用，所述右外平衡导轨受到锥滚轮组对其沿轴向右的支持力及驱动力矩作用。所述锥滚轮组的受力情况与0°至22.5°过程的情况相似。

本实施例的工作原理：

中心轴23在高速电机的牵引下转动，通过十字轴段带动内外轴 24、25旋转。内外平衡导轨26、27被第一、第二齿状锁扣26B、27B 及定位销完全约束于内外轴24、25上，以相同的转速随内外轴24、 25旋转。内外平衡导轨的轨道曲面26A、27A均为等加速等减速曲面，在锥滚轮组22的约束下，内外平衡导轨26、27在进行周向转动的同时带动内外轴24、25作轴向平移运动。内外轴24、25各自对应的两组导轨在周向相位上相差45°，进而内外轴24、25的轴向直动的方向总是相反。此外，在传动组件2中，除锥滚轮22外的其他运动部件仅存在相对的轴向运动，而不存在相对转动。进一步，外柱塞33 和一对柱塞环35由定位销固定，通过第三滑扣结构33D随外轴25 旋转和直动，同时，内活塞34通过平槽34A随内轴24旋转和直动。

油液从吸油口4C进入泵芯组件3的低压油口32A。随着外柱塞 33和内柱塞34的轴向反向平动，左右封闭容腔的容积不断发生变化，容积增大的封闭容腔的通油口33A沟通圆角矩形孔32B和低压油口 32A，利用负压将油液吸入；容积减小的封闭容腔的通油口33A沟通高压油口32C，将油液排出。油液通过高压油道31C进入泵壳4的环形槽4E，进而从泵壳4的出油口4D排出。

运动规律如图16-1～图16-5所示。取8个通油口33A中的a口进行说明；取左封闭容腔L进行说明。

初始时周向转动角度为0度，内柱塞34处于行程最左端，外柱塞33和柱塞环35处于行程最右端。此时，左封闭容腔L的容积最小，含有未排尽的油液，a口未沟通油道，内平衡导轨26的轨道谷值线与外平衡导轨27的轨道峰值线共线，并与锥滚轮22接触。

在0度向22.5度转动的过程中，内轴24在中心轴23和内外平衡导轨26、27的作用下，发生顺时针转动和向右直动，带动内柱塞 34进行同步运动；外轴25在中心轴23和内外平衡导轨26、27的作用下，发生顺时针转动和向左直动，带动外柱塞33和柱塞环35进行同步运动。进而，左封闭容腔L的容积逐渐增大，a口与低压油口32A 的沟通面积也逐渐增大，油液被吸入左封闭容腔L。当转角达到22.5 度时，a口与低压油口32A的沟通面积最大，内柱塞34、外柱塞33 和柱塞环35均处于中间位置。

在22.5度向45度转动的过程中，内轴24在中心轴23和内外平衡导轨26、27的作用下，发生顺时针转动和向右直动，带动内柱塞 34进行同步运动；外轴25在中心轴23和内外平衡导轨26、27的作用下，发生顺时针转动和向左直动，带动外柱塞33和柱塞环35进行同步运动。进而，左封闭容腔L的容积继续增大，a口与低压油口32A 的沟通面积逐渐减小，油液被吸入左封闭容腔L。当转角达到45度时，a口未沟通油道，内柱塞34处于行程最右端，外柱塞33和柱塞环35处于行程最左端。此时，左封闭容腔L的容积最大，且充满油液；内平衡导轨26的轨道峰值线与外平衡导轨27的轨道谷值线共线，并与锥滚轮22接触。

在45度向67.5度转动的过程中，内轴24在中心轴23和内外平衡导轨26、27的作用下，发生顺时针转动和向左直动，带动内柱塞 34进行同步运动；外轴25在中心轴23和内外平衡导轨26、27的作用下，发生顺时针转动和向右直动，带动外柱塞33和柱塞环35进行同步运动。进而，左封闭容腔L的容积逐渐减小，a口与高压油口32C 的沟通面积逐渐增大，油液被压出左封闭容腔L。当转角达到67.5度时，a口与高压油口32C的沟通面积最大，内柱塞34、外柱塞33和柱塞环35均处于中间位置。

在67.5度向90度转动的过程中，内轴24在中心轴23和内外平衡导轨26、27的作用下，发生顺时针转动和向左直动，带动内柱塞 34进行同步运动；外轴25在中心轴23和内外平衡导轨26、27的作用下，发生顺时针转动和向右直动，带动外柱塞33和柱塞环35进行同步运动。进而，左封闭容腔L的容积继续减小，a口与高压油口32C 的沟通面积逐渐减小，油液被压出左封闭容腔L。当转角达到90度时，泵芯组件3恢复到0度时的工作状态，完成一个周期的吸排油过程。

在上述过程中，b、c、d口的工作状态变化方式与a口一致，右封闭容腔R的工作状态变化与左封闭容腔L相反。左右封闭容腔L、 R交替进行吸排油，在一个90度的周期内，二维活塞泵共完成两次吸排油。在电机旋转一周的过程中，二维活塞泵共完成8次吸排油。

在上述0°至45°的排油过程中，参照图17，所述内柱塞34受到沿轴向左的液压反力Fs作用，所述外柱塞33及一对柱塞环35中位于右侧的柱塞环35(以下简称右柱塞环)受到沿轴向右的液压反力Fs作用。在0°向22.5°旋转的过程中，所述内柱塞34以恒定的加速度向右加速运动，此时，所述一对内平衡导轨26中位于右侧的内平衡导轨26(以下简称右内平衡导轨)受到锥滚轮组22对其沿轴向右的支持力及阻力矩作用；所述外柱塞33及右柱塞环35以恒定的加速度向左加速运动，此时，所述一对内平衡导轨26中位于左侧的内平衡导轨26(以下简称左内平衡导轨)受到锥滚轮组22对其沿轴向左的支持力及阻力矩作用。所述左右内平衡导轨26对锥滚轮组22 的轴向支反力相互抵消，周向支反力矩方向相同，使得所述锥滚轮组 22产生沿电机旋转方向运动的趋势，从而使每一个滚轮体221产生同向的偏摆。高压油液从缝隙e渗透进入所述滚轮轴222的端面，通过滚轮轴222压紧滚轮体221，从而减小偏摆趋势。所述滚轮体221 两两之间的支持力大小均相等，与轨道支持力保持平衡，实现滚轮体 221稳定自转。在22.5°向45°旋转的过程中，所述内柱塞34以恒定的加速度向右减速运动，所述外柱塞33及右柱塞环35以恒定的加速度向左减速运动。在减速运动过程中，存在临界转速，当电机转速小于临界转速时，所述右内平衡导轨26受到锥滚轮组22对其沿轴向右的支持力及阻力矩作用，所述左内平衡导轨26受到锥滚轮组22对其沿轴向左的支持力及阻力矩作用；当电机转速大于临界转速时，所述一对外平衡导轨27中位于左侧的外平衡导轨27受到锥滚轮组22 对其沿轴向左的支持力及驱动力矩作用，所述一对外平衡导轨27中位于右侧的外平衡导轨27受到锥滚轮组22对其沿轴向右的支持力及驱动力矩作用。所述锥滚轮组22的受力情况与0°至22.5°过程的情况相似。

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 (5)

1.叠滚型重载二维活塞泵，其特征在于：包括沿着轴心线依次且同轴设置的泵盖组件(1)、传动组件(2)、泵芯组件(3)和泵壳(4)；所述泵壳(4)由薄壁段壳体(4A)和厚壁段壳体(4B)组成，薄壁段壳体(4A)位于厚壁段壳体(4B)的左端且两者连通；厚壁段壳体(4B)的下端设有出油口(4D)，厚壁段壳体(4B)的内壁设有第一环形槽(4E)，出油口(4D)与第一环形槽(4E)沟通；泵壳(4)的右端面中心开设有吸油口(4C)；薄壁段壳体(4A)内设有传动组件(2)，厚壁段壳体(4B)内设有泵芯组件(3)；

所述泵盖组件(1)包括端盖(11)和轴承端盖(12)，所述端盖(11)和轴承端盖(12)中心均开有轴孔，两轴孔保持同轴，端盖(11)与轴承端盖(12)通过螺纹连接；

所述传动组件(2)包括中心轴(23)，中心轴(23)的轴心线与泵壳(4)的轴心线重合；中心轴(23)的外侧套设有滚轮壳体(21)，滚轮壳体(21)呈圆筒状，滚轮壳体(21)的壁面周向交替均布有8个锥形孔(21A)，相邻两个锥形孔(21A)的轴心线关于滚轮壳体(21)的径向截面成一定倾角且倾斜角度相反；锥形孔(21A)内安装有锥滚轮(22)，8个锥滚轮(22)两两接触、交错排布，相互压紧形成叠滚轮环；锥滚轮(22)由泵壳(4)内渗透的高压油压紧、贴合在对应的内平衡导轨(26)、外平衡导轨(27)上，锥滚轮(22)与内平衡导轨(26)、外平衡导轨(27)相适配；

所述中心轴(23)分为圆轴段和十字轴段，圆轴段上设有用于与高速电机连接的键槽(23A)，十字轴段上设有两组相位差90度的轴向翼缘(23B)，两组轴向翼缘(23B)分别接触外轴(25)和内轴(24)的滑道；其中一组轴向翼缘(23B)的周向同侧开设有长键槽，另一组轴向翼缘(23B)的周向同侧开设有短键槽，长键槽和短键槽内均安装有直排滚针轴承，长键槽和短键槽的长度与内轴(24)、外轴(25)的直动行程相适配；十字轴段的右端面设有同心柱(23D)；

所述内轴(24)的左部呈拨叉状，内轴(24)包括两条对称的第一轴臂和连接在第一轴臂右端的第一轴体，第一轴臂的内侧设有90°的第一V形滑道(24A)，第一V形滑道(24A)上开有用于镶嵌耐磨片的第一圆角矩形槽(24B)，第一轴臂外侧两端分别设有两个第一齿状锁扣结构(24C)，位于左端的第一齿状锁扣结构(24C)与外平衡导轨(27)嵌合，位于右端的第一齿状锁扣结构(24C)与内平衡导轨(26)嵌合；第一轴臂外侧沿轴向开有第一销孔(24D)，通过销与内平衡导轨(26)、外平衡导轨(27)固连；第一轴体的中心开设有同心孔(24E)，同心孔(24E)与中心轴(23)的同心柱(23D)配合定心；第一轴体的右端部设有第一滑扣结构(24F)，第一滑扣结构(24F)与泵芯组件(3)的内柱塞(34)嵌合；

所述外轴(25)的左部呈拨叉状，外轴(25)包括两条对称的第二轴臂和连接在第二轴臂右端的第二轴体，第二轴臂内侧设有90°的第二V形滑道(25A)，第二V形滑道(25A)上开有用于镶嵌耐磨片的第二圆角矩形槽(25B)；第二轴臂外侧两端分别设有两个第二齿状锁扣结构(25C)，位于左端的第二齿状锁扣结构(25C)与内平衡导轨(26)嵌合，位于右端的第二齿状锁扣结构(25C)与外平衡导轨(27)嵌合；第二轴臂外侧沿轴向开有第二销孔(25D)，通过销与内平衡导轨(26)、外平衡导轨(27)固连；第二轴体中心设有能容纳内轴(24)的第一轴体的圆角矩形通孔(25E)；第二轴体右端部设有第二滑扣结构(25F)，第二滑扣结构(25F)与泵芯组件(3)的外柱塞(33)嵌合；

所述内平衡导轨(26)、外平衡导轨(27)轴心线方向的投影呈圆环状，外平衡导轨(27)的内径略大于内平衡导轨(26)的外径；内平衡导轨(26)、外平衡导轨(27)的轴向端面分别设有第一导轨曲面(26A)、第二导轨曲面(27A)；第一导轨曲面(26A)、第二导轨曲面(27A)均为等加等减速曲面，等加速等减速曲面带有轴向的起伏，等加速等减速曲面有4个最高点和4个最低点；内平衡导轨(26)的内环壁设有第三齿状锁扣结构(26B)和第三销孔(26C)，外平衡导轨(27)的内环壁(27D)设有第四齿状锁扣结构(27B)和第四销孔(27C)；一对外平衡导轨(27)分别安装在内轴(24)的左端、外轴(25)的右端，一对内平衡导轨(26)分别安装在外轴(25)的左端、内轴(24)的右端；一对外平衡导轨(27)上的第二导轨曲面(27A)朝向相对，两个第二导轨曲面(27A)的最低点与最高点对应；一对内平衡导轨(26)上的第一导轨曲面(26A)朝向相对，两个第一导轨曲面(26A)的最低点与最高点对应；位于同侧的外平衡导轨(27)和内平衡导轨(26)上的最低点与最高点对应；第一导轨曲面(26A)、第二导轨曲面(27A)与同侧对应的锥滚轮(22)配合运动，推动内轴(24)、外轴(25)作轴向反向移动，抵消内轴(24)和外轴(25)在反向平动过程中产生的惯性力；

所述泵芯组件(3)包括泵芯壳体(31)、缸体铜套(32)、外柱塞(33)、内柱塞(34)和一对柱塞环(35)；所述泵芯壳体(31)大致呈圆筒状，泵芯壳体(31)的右端面沿周向开设有6个轴向贯穿的低压油道(31A)，低压油道(31A)与泵壳(4)的吸油口(4C)连通；泵芯壳体(31)的右端面还设有一对用于与缸体铜套(32)进行销定位的第五销孔(31B)；泵芯壳体(31)的侧壁沿周向均布有4个高压油道(31C)，高压油道(31C)沟通泵壳(4)的第一环形槽(4E)；

所述缸体铜套(32)大致呈圆筒状，泵芯壳体(31)套设在缸体铜套(32)的外侧；缸体铜套(32)的侧壁开有与4个高压油道(31C)相对应的4个高压油口(32C)，高压油口(32C)沟通外柱塞(33)的通油口(33A)；缸体铜套(32)的左右端面分别开有沿周向均布的4个腰形的低压油口(32A)，低压油口(32A)与高压油口(32C)错开45°的角度布置；低压油口(32A)沿轴向延伸，且位于缸体铜套(32)两端的低压油口(32A)未连通；低压油口(32A)的壁面开有径向贯穿的圆角矩形孔(32B)，圆角矩形孔(32B)沟通泵壳(4)的吸油口(4C)和外柱塞(33)的通油口(33A)；

所述外柱塞(33)大致呈圆筒状，外柱塞(33)的侧壁沿周向开设有两组通油口(33A)，每组通油口(33A)包括4个沿周向均布的通油口(33A)，两组通油口(33A)位于不同的径向截面且相位差45°的角度布置，两组通油口(33A)在二维活塞泵工作时轮流沟通缸体铜套(32)的低压油口(32A)和高压油口(32C)；每组通油口(33A)的内侧均设有第二环形槽(33B)，第二环形槽(33B)与内柱塞(34)、一对柱塞环(35)构成左右封闭容腔；外柱塞(33)的左端面设有用于与外轴(25)嵌合的第三滑扣结构(33D)，外柱塞(33)与外轴(25)进行同步的旋转及平动；

所述内柱塞(34)大致呈长圆柱状，内柱塞(34)中间段的直径大于左右两段的直径，左右两段的直径相等；内柱塞(34)的左段开设有一对用于与内轴(24)嵌合的平槽(34A)，内柱塞(34)与内轴(24)进行同步的旋转及平动；

所述柱塞环(35)大致呈矮圆柱状，柱塞环(35)的侧面设有用于与外柱塞装配压紧的平槽，一对柱塞环(35)分别固定连接在外柱塞(33)内部的左右两端，一对柱塞环(35)相互靠近的端面为锥面；

油液从吸油口(4C)进入泵芯组件(3)的低压油口(32A)；随着外柱塞(33)和内柱塞(34)的轴向反向平动，左右封闭容腔的容积不断发生变化，容积增大的封闭容腔对应的通油口(33A)沟通圆角矩形孔(32B)和低压油口(32A)，利用负压将油液吸入；容积减小的封闭容腔的对应的通油口(33A)沟通高压油口(32C)，将油液排出；油液通过高压油道(31C)进入泵壳(4)的第一环形槽(4E)，从泵壳(4)的出油口(4D)排出。

2.如权利要求1所述的叠滚型重载二维活塞泵，其特征在于：所述锥滚轮(22)包括滚轮环(223)、滚轮轴(222)和滚轮体(221)，滚轮体(221)的中心设有空腔(221B)，滚轮体(221)的外壁为锥面(221A)；滚轮轴(222)由大轴段(222B)和小轴段(222A)组成，大轴段(222B)的头端与滚轮环(223)嵌套配合，小轴段(222A)端部压紧在滚轮体(221)的空腔(221B)底面；滚轮环(223)扣设在锥形孔(21A)的台阶孔结构(21C)上，锥形孔(21A)的下方设有用于保持锥滚轮(22)空间姿态的支承面(21B)。

3.如权利要求1所述的叠滚型重载二维活塞泵，其特征在于：所述外柱塞(33)侧壁的左右两端还设有用于与柱塞环(35)固连的第六销孔(33C)，柱塞环(35)通过销钉与外柱塞(33)进行压紧固定。

4.如权利要求1所述的叠滚型重载二维活塞泵，其特征在于：所述泵芯组件(3)外柱塞(33)的第三滑扣结构(33D)和内柱塞(34)的平槽(34A)平齐设置，传动组件(2)的第一滑扣结构(24F)与第二滑扣结构(25F)平齐设置；第三滑扣结构(33D)与第二滑扣结构(25F)嵌合，平槽(34A)与第一滑扣结构(24F)嵌合。

5.如权利要求1所述的叠滚型重载二维活塞泵，其特征在于：所述轴孔内安装有深沟球轴承和唇形密封圈。

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