CN112240295A - 一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达 - Google Patents

一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，包括偏心壳体、第一配流端盖、第二配流端盖、传动轴、缸体和一体式矩形柱塞，一体式矩形柱塞包括矩形柱塞、摩擦环和滚子；本发明改进了缸体结构、柱塞结构和配流方式，采用一体式矩形柱塞，将矩形柱塞和偏心腔体的摩擦运动转换为滚子和偏心腔体的运动，而矩形柱塞和摩擦环几乎处于相对的静止状态，极大地降低了磨损；采用双配流方式，将油液从第一配流端盖和第二配流端盖两侧等量吸入和排出，很好地平衡了油液压力，缸体在偏心壳体中可实现自适应位置调节，更好地实现配流副的油膜润滑，同时增加了配流面积，减小了缸体的倾覆，提高了转动稳定性，进而延长了泵马达的使用寿命。

Description

一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达
技术领域
本发明涉及泵马达技术领域，更具体的说是涉及一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达。
背景技术
柱塞式泵马达，柱塞泵马达具有工作压力高、功率密度大、结构简单紧凑和效率高等优点。它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油，被广泛应用于航空航天、工程机械、船舶和机器人等领域。
随着伺服作动技术的发展，具备宽调速、宽压力范围的泵马达机构成为容积伺服控制的核心内容。轴向柱塞泵在较高转速和额定工作压力范围内具有较高效率。而在低速工作时，由于配流副无法建立有效油膜支撑，加速配流副磨损的同时机械效率很低。径向柱塞泵在低速时可以达到较高效率，但由于其转子径向尺寸大，高速时的大惯量不利于伺服控制，亦不适用于宽调速、宽压力范围的需求。
为了解决这一问题，申请人于2019年8月26日申请了申请公布号为CN110566399A，名称为一种矩形柱塞的径向柱塞泵马达的发明专利申请；包括：偏心壳体、轴侧端盖、配流端盖、传动轴、缸体、矩形柱塞、缸体挡板和配流盘；该发明专利申请能够通过传动轴正驱和油液压力反驱实现油泵和马达功能的切换，采用矩形柱塞取代了以往的圆柱形柱塞，进而改变了工作的容积型腔的形状，即由圆柱形变成立方体型腔；从空间利用角度，同等单位行程内，减小了转子的径向尺寸，产生的容积变化更大，输出介质流量大、整体惯量小、重量轻、且在高速高压运行情况下稳定性强。
虽然上述发明专利申请克服了现有技术中的问题，但是在后续的实际使用中仍然发现其存在以下不足：
第一、由于内部缸体的高速、高频转动，矩形活塞与偏心腔体内壁产生的磨损严重，矩形柱塞的使用寿命大大降低；
第二、由于采用单向供油配流方式，配流过程中产生的液压分离力靠轴承的轴向力进行平衡，同时高压腔与低压腔的对称布置对缸体产生一个由高压侧向低压侧的倾覆力矩，影响缸体在高速高压工况下的平稳运行，同样影响其使用寿命。
因此，如何提供一种在高速高压运行情况下稳定性强、且适用于宽调速、宽压力范围的泵马达，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，适合航空航天领域，在高速高压大流量应用领域有着广泛的应用空间。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，包括：偏心壳体、第一配流端盖、第二配流端盖、传动轴、缸体和一体式矩形柱塞；
所述偏心壳体内部轴向开设有贯通的偏心腔体；
所述第一配流端盖和第二配流端盖分别密封固定在所述偏心壳体的两端；所述第一配流端盖的端头侧壁分别开设有进油口和出油口；所述第一配流端盖内侧壁均匀开设有多个连通所述偏心腔体和进油口的第一配流孔；所述第二配流端盖内侧壁均匀开设有多个与所述偏心腔体连通的第二配流孔；所述偏心壳体、第一配流端盖和第二配流端盖内部具有连通所述第一配流孔和第二配流孔的配流通道；
所述传动轴的两端分别与所述第一配流端盖和第二配流端盖转动连接，且一端外露于所述第二配流端盖；
所述缸体为圆柱结构，且固套在所述传动轴上，并位于所述偏心腔体内部；所述缸体的外圆周面均匀开设有多个沿轴向方向贯通的工作腔；
所述一体式矩形柱塞包括矩形柱塞、摩擦环和滚子；所述矩形柱塞径向滑动设置于所述工作腔内；所述摩擦环套设在所述矩形柱塞外侧，且其内圈与所述矩形柱塞的凸出端贴合；所述滚子的数量为多个，且滚动安装在所述摩擦环外圈和所述工作腔的内壁之间。
通过上述技术方案，本发明在现有的柱塞泵马达的基础上改进了缸体结构、柱塞结构和配流方式，采用一体式柱塞结构和双配流方式，一体式矩形柱塞将其和偏心腔体的摩擦运动转换为滚子和偏心腔体的相对运动，而矩形柱塞和摩擦环之间只有轻微滑动，几乎处于相对的静止状态，极大地降低了磨损；同时双配流方式将油液从第一配流端盖和第二配流端盖两侧等量吸入和排出，很好地平衡了油液压力，缸体在偏心壳体中可实现自适应位置调节，更好地实现了配流副的油膜润滑，同时增加了配流面积，减小了缸体的倾覆，并提高了转动的稳定性，进而延长了泵马达的使用寿命。
优选的，在上述一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达中，所述第一配流端盖的端头侧壁开设有与所述偏心腔体连通的泄油口。泄油口能够有效对偏心腔体内的油液进行泄油。
优选的，在上述一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达中，所述第一配流端盖和第二配流端盖分别通过螺钉与所述偏心壳体固定连接，且连接面垫设有静密封。连接简单可靠，且密封性能好。
优选的，在上述一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达中，所述第二配流端盖和所述传动轴之间通过轴承转动连接。有效提高传动轴连接的结构稳定性。
优选的，在上述一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达中，所述第二配流端盖通过螺钉固定连接有固定端盖；所述固定端盖穿过所述传动轴，且与所述传动轴之间连接有动密封。连接简单可靠，且密封性能好。
优选的，在上述一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达中，所述缸体两端分别通过螺钉固定有缸体配油盘；所述缸体配油盘开设有多个与所述工作腔对应的缸体配油孔。缸体配油盘与缸体固定连接，使得结构稳定性更强。
优选的，在上述一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达中，所述缸体配油盘的外圆周边沿均匀具有多个径向凸出的限位片；多个所述限位片滑动贴合在所述摩擦环的端面外侧。限位片能够对摩擦环起到限位夹持的作用，防止摩擦环晃动，提高结构运行时的稳定性。
优选的，在上述一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达中，所述传动轴与所述缸体和所述缸体配油盘的连接段的截面形状为尖角通过圆弧过渡的三角形；且所述缸体和所述缸体配油盘相应的连接孔与其截面形状相同。能够使传动轴、缸体和配流盘同步运动，且结构稳定性更强。
优选的，在上述一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达中，所述摩擦环的外圈两侧边沿和中部均具有径向凸出的限位环；所述滚子分为两组，并分别布置在三个所述限位环形成的两道环形槽内；每组的多个所述滚子布满所述环形槽，且相邻的所述滚子之间能够相对滚动。滚动效果更好，且结构稳定性强。
优选的，在上述一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达中，所述矩形柱塞为扁平的矩形体结构，所述矩形柱塞与所述摩擦环内圈滑动贴合的边沿为圆弧形结构。矩形柱塞摒弃了以往的分体滚动结构，防止了零件的磨损和脱落，运行的稳定性更强。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，具有以下有益效果：
1、本发明在现有的柱塞泵马达的基础上改进了缸体结构、柱塞结构和配流方式，采用一体式柱塞结构和双配流方式，一体式矩形柱塞将其和偏心腔体的摩擦运动转换为滚子和偏心腔体的运动，而矩形柱塞和摩擦环之间只有轻微滑动，几乎处于相对的静止状态，极大地降低了磨损。
2、采用双配流方式将油液从第一配流端盖和第二配流端盖两侧吸入和排出，很好地平衡了油液压力；避免了由于压力分布不均导致的缸体倾覆现象；缸体在两端油膜支撑的条件下进行位置自适应调节，保证缸体的油膜润滑，提高了缸体转动的稳定性，提高了泵马达的使用寿命。
3、本发明能够通过传动轴正驱和油液压力反驱实现油泵和马达功能的切换，采用矩形柱塞取代了以往的圆柱形柱塞，进而改变了工作的容积型腔的形状，即由圆柱体型腔变成立方体型腔，在不减小排量的条件下减小了转子的径向尺寸；从空间利用角度，同等单位行程内，产生的容积变化更大；该泵马达同时在高速高压、宽调速、宽压力运行情况下稳定性强。
4、本发明提供的一体式矩形柱塞摒弃了以往柱塞的分体滚动结构，防止了零件的磨损和脱落，运行的稳定性更强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的柱塞泵马达的整体结构的半剖示意图；
图2附图为本发明提供的缸体和一体式矩形柱塞连接的结构示意图；
图3附图为本发明提供的一体式矩形柱塞的结构示意图；
图4附图为本发明提供的摩擦环的结构示意图；
图5附图为本发明提供的缸体的结构示意图；
图6附图为本发明提供的柱塞泵马达轴向截面的剖面图；
图7附图为本发明提供的柱塞泵马达横向截面的剖面图；
图8附图为本发明提供的矩形柱塞的结构示意图。
其中：
1-偏心壳体；
11-偏心腔体；12-配流通道；13-静密封；
2-第一配流端盖；
21-进油口；22-出油口；23-第一配流孔；24-泄油口；
3-第二配流端盖；
31-第二配流孔；32-轴承；
4-传动轴；
5-缸体；
51-工作腔；
6-一体式矩形柱塞；
61-矩形柱塞；62-摩擦环；621-限位环；622-环形槽；63-滚子；
7-固定端盖；
71-动密封；
8-缸体配油盘；
81-缸体配油孔；82-限位片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
参见附图1至附图8，本发明实施例公开了一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，包括：偏心壳体1、第一配流端盖2、第二配流端盖3、传动轴4、缸体5和一体式矩形柱塞6；
偏心壳体1内部轴向开设有贯通的偏心腔体11；
第一配流端盖2和第二配流端盖3分别密封固定在偏心壳体1的两端；第一配流端盖2的端头侧壁分别开设有进油口21和出油口22；第一配流端盖2内侧壁均匀开设有多个连通偏心腔体11和进油口21的第一配流孔23；第二配流端盖3内侧壁均匀开设有多个与偏心腔体11连通的第二配流孔31；偏心壳体1、第一配流端盖2和第二配流端盖3内部具有连通第一配流孔23和第二配流孔31的配流通道12；
传动轴4的两端分别与第一配流端盖2和第二配流端盖3转动连接，且一端外露于第二配流端盖3；
缸体5为圆柱结构，且固套在传动轴4上，并位于偏心腔体11内部；缸体5的外圆周面均匀开设有多个沿轴向方向贯通的工作腔51；
一体式矩形柱塞6包括矩形柱塞61、摩擦环62和滚子63；矩形柱塞61径向滑动设置于工作腔51内；摩擦环62套设在矩形柱塞61外侧，且其内圈与矩形柱塞61的凸出端贴合；滚子63的数量为多个，且滚动安装在摩擦环62外圈和工作腔51的内壁之间。
为了进一步优化上述技术方案，第一配流端盖2的端头侧壁开设有与偏心腔体11连通的泄油口24。
为了进一步优化上述技术方案，第一配流端盖2和第二配流端盖3分别通过螺钉与偏心壳体1固定连接，且连接面垫设有静密封13。
为了进一步优化上述技术方案，第二配流端盖2和传动轴4之间通过轴承32转动连接。
为了进一步优化上述技术方案，第二配流端盖3通过螺钉固定连接有固定端盖7；固定端盖7穿过传动轴4，且与传动轴4之间连接有动密封71。
为了进一步优化上述技术方案，缸体5两端分别通过螺钉固定有缸体配油盘8；缸体配油盘8开设有多个与工作腔51对应的缸体配油孔81。
为了进一步优化上述技术方案，缸体配油盘8的外圆周边沿均匀具有多个径向凸出的限位片82；多个限位片82滑动贴合在摩擦环62的端面外侧。
为了进一步优化上述技术方案，传动轴4与缸体5和缸体配油盘8的连接段的截面形状为尖角通过圆弧过渡的三角形；且缸体5和缸体配油盘8相应的连接孔与其截面形状相同。
为了进一步优化上述技术方案，摩擦环62的外圈两侧边沿和中部均具有径向凸出的限位环621；滚子63分为两组，并分别布置在三个限位环621形成的两道环形槽622内；每组的多个滚子63布满环形槽622，且相邻的滚子63之间能够相对滚动。
为了进一步优化上述技术方案，矩形柱塞61为扁平的矩形体结构，矩形柱塞61与摩擦环62内圈滑动贴合的边沿为圆弧形结构。
本发明的工作原理为：
当本发明实现油泵功能时：
矩形柱塞61随着缸体5旋转的同时，在离心力的作用下被甩出压紧在摩擦环62的内圈上，矩形柱塞61的圆弧形结构与摩擦环62的内圈接触，几乎保持相对静止，摩擦环62上的滚子63与偏心腔体11的内壁相对滚动。然后矩形柱塞61在缸体5旋转的拖动下旋转的同时，又被偏心腔体11不同圆周角度的交变半径挤压力和离心力共同作用下，在工作腔51内作径向的往复运动，由此，工作腔51的容积变大变小，进而工作介质在进油口21和出油口22的配油装置的配合下，被低压吸入，压缩后高压排出，实现连续完整的泵油工作过程。
在传送轴4转动时，油液从进油口21进入，通过第一配流端盖2上的第一配流孔23、配流通道12和第二配流端盖3上的第二配流孔31进入偏心空腔11内，然后经过缸体配油盘8的缸体配油孔81进入工作腔51内，在连续的工作中，工作腔51内部的油液压力越来越大，通过泄油孔24能够对油液压力进行释放。
当本发明实现马达功能时：
油液通过进油口21进入，通过出油口22排出，在油压的作用下，带动矩形柱塞61工作，进而驱动缸体5带动传动轴4转动。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，其特征在于，包括：偏心壳体(1)、第一配流端盖(2)、第二配流端盖(3)、传动轴(4)、缸体(5)和一体式矩形柱塞(6)；
所述偏心壳体(1)内部轴向开设有贯通的偏心腔体(11)；
所述第一配流端盖(2)和第二配流端盖(3)分别密封固定在所述偏心壳体(1)的两端；所述第一配流端盖(2)的端头侧壁分别开设有进油口(21)和出油口(22)；所述第一配流端盖(2)内侧壁均匀开设有多个连通所述偏心腔体(11)和进油口(21)的第一配流孔(23)；所述第二配流端盖(3)内侧壁均匀开设有多个与所述偏心腔体(11)连通的第二配流孔(31)；所述偏心壳体(1)、第一配流端盖(2)和第二配流端盖(3)内部具有连通所述第一配流孔(23)和第二配流孔(31)的配流通道(12)；
所述传动轴(4)的两端分别与所述第一配流端盖(2)和第二配流端盖(3)转动连接，且一端外露于所述第二配流端盖(3)；
所述缸体(5)为圆柱结构，且固套在所述传动轴(4)上，并位于所述偏心腔体(11)内部；所述缸体(5)的外圆周面均匀开设有多个沿轴向方向贯通的工作腔(51)；
所述一体式矩形柱塞(6)包括矩形柱塞(61)、摩擦环(62)和滚子(63)；所述矩形柱塞(61)径向滑动设置于所述工作腔(51)内；所述摩擦环(62)套设在所述矩形柱塞(61)外侧，且其内圈与所述矩形柱塞(61)的凸出端贴合；所述滚子(63)的数量为多个，且滚动安装在所述摩擦环(62)外圈和所述工作腔(51)的内壁之间。
2.根据权利要求1所述的一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，其特征在于，所述第一配流端盖(2)的端头侧壁开设有与所述偏心腔体(11)连通的泄油口(24)。
3.根据权利要求1所述的一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，其特征在于，所述第一配流端盖(2)和第二配流端盖(3)分别通过螺钉与所述偏心壳体(1)固定连接，且连接面垫设有静密封(13)。
4.根据权利要求1所述的一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，其特征在于，所述第二配流端盖(2)和所述传动轴(4)之间通过轴承(32)转动连接。
5.根据权利要求1所述的一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，其特征在于，所述第二配流端盖(3)通过螺钉固定连接有固定端盖(7)；所述固定端盖(7)穿过所述传动轴(4)，且与所述传动轴(4)之间连接有动密封(71)。
6.根据权利要求1所述的一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，其特征在于，所述缸体(5)两端分别通过螺钉固定有缸体配油盘(8)；所述缸体配油盘(8)开设有多个与所述工作腔(51)对应的缸体配油孔(81)。
7.根据权利要求6所述的一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，其特征在于，所述缸体配油盘(8)的外圆周边沿均匀具有多个径向凸出的限位片(82)；多个所述限位片(82)滑动贴合在所述摩擦环(62)的端面外侧。
8.根据权利要求6或7所述的一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，其特征在于，所述传动轴(4)与所述缸体(5)和所述缸体配油盘(8)的连接段的截面形状为尖角通过圆弧过渡的三角形；且所述缸体(5)和所述缸体配油盘(8)相应的连接孔与其截面形状相同。
9.根据权利要求1所述的一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，其特征在于，所述摩擦环(62)的外圈两侧边沿和中部均具有径向凸出的限位环(621)；所述滚子(63)分为两组，并分别布置在三个所述限位环(621)形成的两道环形槽(622)内；每组的多个所述滚子(63)布满所述环形槽(622)，且相邻的所述滚子(63)之间能够相对滚动。
10.根据权利要求1所述的一种采用一体式柱塞的双配流自适应矩形柱塞泵马达，其特征在于，所述矩形柱塞(61)为扁平的矩形体结构，所述矩形柱塞(61)与所述摩擦环(62)内圈滑动贴合的边沿为圆弧形结构。
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