CN114483508B - 一种微型手动二维柱塞泵 - Google Patents

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Abstract

一种微型手动二维柱塞泵，包括手摇增速机构、带有滚轮的旋转架、凸轮导轨和泵芯活塞，手摇增速机构将输入的动力传递给旋转架，旋转架在凸轮导轨的约束下，带动泵芯活塞往复运动，从而使泵芯活塞做旋转和往复的二维运动；泵芯活塞设置在缸体内，泵芯活塞上的配流槽和缸体上的配流窗口构成泵的配流机构，以实现泵的吸排过程；手摇增速机构包括设置在齿轮盖内的行星轮增速机构，行星轮增速机构的输入端通过手柄杆与手柄连接，行星轮增速机构的输出端与十字拨叉连接，十字拨叉与旋转架连接，旋转架两侧设有凸轮导轨。本发明具有很好的密封性、轻量化、油水分离，减小了泵的体积提高了工作寿命，同时该泵可以实现高速和效率高的工作特性。

Description

一种微型手动二维柱塞泵
技术领域
本发明涉及流体传动及控制领域中的液压泵及液压阀，尤其涉及一种微型手动二维柱塞泵。
背景技术
水液压泵主要有两种类型，三柱塞往复泵和斜盘式轴向柱塞泵。我国对于相对高转速的斜盘式水液压泵大部分依赖于进口，近几年斜盘式水液压泵的研究水平逐渐与先进国家水液压泵技术接近，在摩擦副材料的研制与国外还有较大的差距。往复泵通过曲轴连杆机构驱动活塞往复运动，所需输入扭矩大，转速低。斜盘泵上有数个滑动摩擦副，活塞缸体摩擦副，滑靴斜盘摩擦副，缸体配流盘摩擦副，带载时输入扭矩大，最低转速通常大于500r/min才能形成润滑水膜。这两种泵虽然都可以做成微型泵，但由于其驱动扭矩和工作转速的限制使得与其匹配的电机体积巨大，无法实现真正的微型化。为了实现微型化我们需要大幅度地提高泵的工作转速，需要大幅度地降低泵的驱动转矩，需要尽可能地减少泵内的摩擦副，实现油水分离。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供一种微型手动二维柱塞泵。
本发明采用的技术方案是：一种微型手动二维柱塞泵，包括手摇增速机构、带有滚轮的旋转架、凸轮导轨和泵芯活塞，手摇增速机构将输入的动力传递给旋转架，旋转架在凸轮导轨的约束下，带动泵芯活塞往复运动，从而使泵芯活塞做旋转和往复的二维运动；泵芯活塞设置在缸体内，泵芯活塞上的配流槽和缸体上的配流窗口构成泵的配流机构，以实现泵的吸排过程；
所述手摇增速机构包括设置在齿轮盖内的行星轮增速机构，行星轮增速机构的输入端通过手柄杆与手柄连接，行星轮增速机构的输出端与十字拨叉连接，十字拨叉与旋转架连接；旋转架呈圆环状，十字拨叉连接在旋转架内侧；
所述十字拨叉、旋转架和凸轮导轨均设置在驱动壳体内，驱动壳体的右端与齿轮盖连接；十字拨叉的中心通过内六角平端紧定螺钉与泵芯活塞固定连接；十字拨叉的端部设有直线轴承，直线轴承上滑动连接有C型滑块，C型滑块的顶部与旋转架固定连接；旋转架内还设有两组滚轮，每组滚轮包括两个相互垂直的滚轮；两组滚轮相位相差90°，且两组滚轮在水平方向上相距一定距离；滚轮通过轴承安装在滚轮轴上上，轴承外侧设有轴用弹性挡圈；
凸轮导轨包括左凸轮导轨和右凸轮导轨，左凸轮导轨、右凸轮导轨分别设置在两组滚轮的左右两侧，左凸轮导轨和右凸轮导轨在轴向的投影为圆环状，左凸轮导轨和右凸轮导轨朝向相对的一侧表面为等加速等减速曲面，等加速等减速曲面带有轴向的起伏；左凸轮导轨的最高点与右凸轮导轨的最高点对应，左凸轮导轨的最低点与右凸轮导轨的最低点对应；位于左侧的滚轮与左凸轮导轨接触，位于右侧的滚轮与右凸轮导轨接触；左凸轮导轨与驱动壳体左侧壁固定连接，右凸轮导轨与驱动壳体右侧壁固定连接；
行星轮增速机构的输出端、凸轮导轨和泵芯活塞的回转中心重合，手柄转动向行星轮增速机构的输入端传递动力，行星轮增速机构的输出端向十字拨叉输出，带动旋转架转动；在旋转架转动时受到凸轮导轨的约束，使泵芯活塞进行旋转和轴向往复的二维运动；
所述泵芯活塞的左端伸入缸体内；缸体设置在泵壳内，泵壳与驱动壳体的左端连接；
所述泵芯活塞的左端伸入缸体内；缸体设置在泵壳内，泵壳与驱动壳体的左端连接；泵芯活塞上开有两个配流槽，缸体上与配流槽相对应的位置开有四个配流窗口，四个配流窗口分别为两个高压配流窗口和两个低压配流窗口，高压配流窗口和低压配流窗口沿周向交替设置；缸体外套有缸体外环，缸体外环上与两个低压配流窗口相对应的位置开有通孔，使得缸体侧壁仅有低压配流窗口与外界连通；缸体左端设有三通管和泵出口接头，三通管的第一接口与泵出口接头连接，泵出口接头贯穿泵壳左端面；三通管的第二接口和第三接口分别通过缸体上设置的通道与两个高压配流窗口的出口通道连通；三通管、缸体和泵芯活塞围合成活塞腔，活塞腔的容积随泵芯活塞的运动变化，容积增大时形成低压区域，并使得泵芯活塞上的配流槽和低压配流窗口匹配，吸入液体；容积减小时形成高压区域，并使得泵芯活塞上的配流槽和高压配流窗口匹配，排出液体，而后液体通过三通管汇流至泵出口接头；低压配流窗口处还设置有两个回流通道以提高密封性。
进一步，所述行星轮增速机构包括第一行星轮架、第二行星轮架、行星轮、太阳轮和齿圈；齿圈与齿轮盖固定连接；行星轮为三个，行星轮分别固接于第一行星轮架和第二行星轮架的三个角端；三个行星轮与太阳轮外啮合，三个行星轮与齿圈内啮合；第一行星轮架通过手柄杆与手柄连接；太阳轮通过传动轴与十字拨叉同轴连接。
本发明的有益效果是：将驱动机构和手摇增速机构一体化设计，具有很好的密封性，轻量化，油水分离，减小了泵的体积提高了工作寿命，同时该泵可以实现高速和效率高的工作特性，同时大大缩小了工作空间和元件质量使得泵的整个重量大大减小。该泵还具有污染小、安全等优点。
附图说明
图1是本发明的三维视图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是图2中A-A向的剖视图。
图4是图2中B-B向的剖视图。
图5是本发明旋转架组件的结构示意图。
图6是本发明本发明旋转架组件的爆炸视图。
图7a是本发明缸体和缸体外环的结构示意图。
图7b是图7a中A-A向的剖视图。
图7c是图7b中B-B向的剖视图。
图7d是图7b中C-C向的剖视图。
附图标记说明：1、驱动壳体；2、左凸轮导轨；3、内六角平端紧定螺钉；4、第一圆柱销；5、第一O型圈；6、第二O型圈；7、缸体；8、缸体外环；9、泵壳；10、第三O型圈；11、泵出口接头；12、三通管；13、泵芯活塞；14、第一内六角圆柱头螺钉；15、第一弹簧垫圈；16、十字槽沉头螺钉；17、轴用格莱圈；18、内六角锥端紧定螺钉；19、C型滑块；20、直线轴承；21、十字拨叉；22、第二弹簧垫圈；23、第二内六角圆柱头螺钉；24、安装盖；25、右凸轮导轨；26、第三内六角圆柱头螺钉；27、齿轮盖；28、手柄杆；29、第四内六角圆柱头螺钉；30、手柄；31、第一行星轮架；32、行星轮；33、太阳轮；34、第二行星轮架；35、骨架油封；36、内六角圆柱头轴肩螺钉；37、齿圈；38、齿轮底；39、第二圆柱销；40、内六角平端紧定螺钉；41、轴用弹性挡圈；42、滚轮；43、第一轴承；44、轴承；45、滚轮轴；46、平垫圈；47、旋转架；101、出口通道；102、第一接口；103、高压配流窗口；104、回流通道；105、低压配流窗口。
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，一种微型手动二维柱塞泵，包括手摇增速机构、带有滚轮的旋转架、凸轮导轨和泵芯活塞，手摇增速机构将输入的动力传递给旋转架，旋转架在凸轮导轨的约束下，带动泵芯活塞往复运动，从而使泵芯活塞做旋转和往复的二维运动；泵芯活塞设置在缸体内，泵芯活塞上的配流槽和缸体上的配流窗口构成泵的配流机构，以实现泵的吸排过程；
所述手摇增速机构包括设置在齿轮盖27内的行星轮增速机构，所述行星轮增速机构包括第一行星轮架31、第二行星轮架34、行星轮32、太阳轮33和齿圈37；齿轮底38、齿圈37和齿轮盖27通过内六角圆柱头轴肩螺钉36固定连接；行星轮32为三个，行星轮32分别固接于第一行星轮架31和第二行星轮架34的三个角端；三个行星轮32与太阳轮33外啮合，三个行星轮32与齿圈37内啮合；第一行星轮架31通过第四内六角圆柱头螺钉29与手柄杆28和手柄30连接；太阳轮33通过传动轴与十字拨叉21用内六角平端紧定螺钉40同轴连接。十字拨叉21与旋转架47连接；旋转架47呈圆环状。齿轮盖27通过第三内六角圆柱头螺钉26和安装盖连接；
所述十字拨叉21、旋转架47和凸轮导轨均设置在驱动壳体1内，驱动壳体1的右端通过第三内六角圆柱头螺钉26与齿轮底38的左端连接；旋转架47的中心通过内六角平端紧定螺钉3与泵芯活塞13固定连接；十字拨叉21的端部设有直线轴承20，直线轴承20上滑动连接有C型滑块19，C型滑块19的顶部与旋转架47通过内六角锥端紧定螺钉18固定连接；直线轴承20的钢球滚道与十字拨叉21和旋转架47上的C型滑块19相接触。
旋转架47内还设有两组滚轮，每组滚轮包括两个相互垂直的滚轮42，滚轮42为锥滚轮；两组滚轮相位相差90°，且两组滚轮在水平方向上相距一定距离；第一轴承43和轴承44通过滚轮轴45安装在滚轮42上，且在滚轮轴45的一端设有轴用弹性挡圈41和两个平垫圈46使得滚轮牢固的安装在旋转架47上。
凸轮导轨包括左凸轮导轨2和右凸轮导轨25，左凸轮导轨2、右凸轮导轨25分别设置在两组滚轮42的左右两侧，左凸轮导轨2和右凸轮导轨25在轴向的投影为圆环状，左凸轮导轨2和右凸轮导轨25朝向相对的一侧表面为等加速等减速曲面，等加速等减速曲面带有轴向的起伏；左凸轮导轨2的最高点与右凸轮导轨25的最高点对应，左凸轮导轨2的最低点与右凸轮导轨25的最低点对应；位于左侧的滚轮与左凸轮导轨2接触，位于右侧的滚轮与右凸轮导轨25接触，工作时与锥滚轮形成滚动副。左凸轮导轨2通过第一圆柱销4与驱动壳体1左侧壁固定连接，右凸轮导轨25通过第二圆柱销39与安装盖24右侧壁固定连接，且在右凸轮导轨中安装有一骨架油封35进行密封，安装盖24左端通过第二弹簧垫圈22和第二内六角圆柱头螺钉23与驱动壳体右端相连接，泵壳9右端通过第一弹簧垫圈15和第一内六角圆柱头螺钉14与驱动壳体左端相连接。
行星轮增速机构的输出端、凸轮导轨和泵芯活塞13的回转中心重合，手柄30转动向行星轮增速机构的输入端传递动力，行星轮增速机构的输出端向十字拨叉21输出，带动旋转架转动；在旋转架47转动时受到凸轮导轨的约束，使泵芯活塞13进行旋转和轴向往复的二维运动；
所述泵芯活塞13的左端伸入缸体7内；缸体7设置在泵壳9内，泵壳9右端通过十字槽沉头螺钉16与驱动壳体1的左端连接；泵芯活塞13上有两个轴向配流槽，相位差180°，这两个配流槽与缸体7上的四个配流窗口匹配。其中两个相位差180°的两个窗口为一对，一对窗口为高压配流窗口，一对窗口为低压配流窗口，从而使得泵芯活塞在做二维运动的时候，使得泵芯活塞两侧空腔的容积的变化从而使得相应腔的压力得到改变。缸体7外套有缸体外环8，缸体外环8上与两个低压配流窗口105相对应的位置开有通孔，使得缸体7侧壁仅有低压配流窗口105与外界连通；缸体7左端设有三通管12和泵出口接头11，三通管12的第一接口102与泵出口接头11连接，泵出口接头11贯穿泵壳9左端面；三通管12的第二接口和第三接口分别通过缸体7上设置的通道与两个高压配流窗口的出口通道101连通；三通管12、缸体7和泵芯活塞13围合成活塞腔，活塞腔的容积随泵芯活塞13的运动变化，容积增大时形成低压区域，并使得泵芯活塞13上的配流槽和低压配流窗口105匹配，吸入液体；容积减小时形成高压区域，并使得泵芯活塞13上的配流槽和高压配流窗口103匹配，排出液体，而后液体通过三通管12汇流至泵出口接头11；且在低压配流窗口处还设置有两回流通道104来提高密封性。
泵芯活塞13和缸体7之间装有轴用格莱圈17进行密封；泵壳9和驱动壳体1之间装有第一O型圈5进行密封；驱动壳体1和缸体外环8之间装有第二O型圈6进行密封；泵出口接头11和泵壳9之间装有第三O型圈进行密封。
整个装置的核心工作原理在于微型手摇旋转柱塞泵的旋转架44上的锥滚轮与凸轮导轨的驱动机构。通过十字拨叉21传递的手摇转矩带动旋转架旋转，在凸轮导轨约束下使得旋转架做往复运动，从而也使得固联在旋转架上的泵芯活塞13做旋转和往复的复合运动，与传统水液压泵相比，在生产精度足够高的情况下大大的减小了整个泵的结构大小。
本发明的工作原理如下：当人转动手柄时，通过增速器将转矩放大后输入一初始转矩，通过相连的十字拨叉拨动旋转架旋转，旋转架在凸轮导轨的约束下进行往复运动，从而带动固联在旋转架上的泵芯活塞进行旋转往复运动，使得泵芯活塞和缸体上的配流窗口联通，使得活塞腔体积的变化，实现泵功能。
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 (1)

1.一种微型手动二维柱塞泵，其特征在于：包括手摇增速机构、带有滚轮的旋转架、凸轮导轨和泵芯活塞，手摇增速机构将输入的动力传递给旋转架，旋转架在凸轮导轨的约束下，带动泵芯活塞往复运动，从而使泵芯活塞做旋转和往复的二维运动；泵芯活塞设置在缸体内，泵芯活塞上的配流槽和缸体上的配流窗口构成泵的配流机构，以实现泵的吸排过程；
所述手摇增速机构包括设置在齿轮盖(27)内的行星轮增速机构，行星轮增速机构的输入端通过手柄杆(28)与手柄(30)连接，行星轮增速机构的输出端与十字拨叉(21)连接，十字拨叉(21)与旋转架(47)连接；旋转架(47)呈圆环状，十字拨叉(21)连接在旋转架(47)内侧；
所述十字拨叉(21)、旋转架和凸轮导轨均设置在驱动壳体(1)内，驱动壳体(1)的右端与齿轮盖(27)连接；十字拨叉(21)的中心通过内六角平端紧定螺钉(3)与泵芯活塞(13)固定连接；十字拨叉(21)的端部设有直线轴承(20)，直线轴承(20)上滑动连接有C型滑块(19)，C型滑块的顶部与旋转架(47)固定连接；旋转架(47)内还设有两组滚轮，每组滚轮包括两个相互垂直的滚轮(42)；两组滚轮相位相差90°，且两组滚轮在水平方向上相距一定距离；滚轮(42)通过轴承(44)安装在滚轮轴(45)上，轴承(44)外侧设有轴用弹性挡圈(41)；
凸轮导轨包括左凸轮导轨(2)和右凸轮导轨(25)，左凸轮导轨(2)、右凸轮导轨(25)分别设置在两组滚轮(42)的左右两侧，左凸轮导轨(2)和右凸轮导轨(25)在轴向的投影为圆环状，左凸轮导轨(2)和右凸轮导轨(25)朝向相对的一侧表面为等加速等减速曲面，等加速等减速曲面带有轴向的起伏；左凸轮导轨(2)的最高点与右凸轮导轨(25)的最高点对应，左凸轮导轨(2)的最低点与右凸轮导轨(25)的最低点对应；位于左侧的滚轮与左凸轮导轨(2)接触，位于右侧的滚轮与右凸轮导轨(25)接触；左凸轮导轨(2)与驱动壳体(1)左侧壁固定连接，右凸轮导轨(25)与驱动壳体(1)右侧壁固定连接；
行星轮增速机构的输出端、凸轮导轨和泵芯活塞(13)的回转中心重合，手柄(30)转动向行星轮增速机构的输入端传递动力，行星轮增速机构的输出端向十字拨叉(21)输出，带动旋转架转动；在旋转架(47)转动时受到凸轮导轨的约束，使泵芯活塞(13)进行旋转和轴向往复的二维运动；
所述泵芯活塞(13)的左端伸入缸体(7)内；缸体(7)设置在泵壳(9)内，泵壳(9)与驱动壳体(1)的左端连接；泵芯活塞(13)上开有两个配流槽，缸体(7)上与配流槽相对应的位置开有四个配流窗口，四个配流窗口分别为两个高压配流窗口(103)和两个低压配流窗口(105)，高压配流窗口(103)和低压配流窗口(105)沿周向交替设置；缸体(7)外套有缸体外环(8)，缸体外环(8)上与两个低压配流窗口(105)相对应的位置开有通孔，使得缸体(7)侧壁仅有低压配流窗口(105)与外界连通；缸体(7)左端设有三通管(12)和泵出口接头(11)，三通管(12)的第一接口(102)与泵出口接头(11)连接，泵出口接头(11)贯穿泵壳(9)左端面；三通管(12)的第二接口和第三接口分别通过缸体(7)上设置的通道与两个高压配流窗口的出口通道(101)连通；三通管(12)、缸体(7)和泵芯活塞(13)围合成活塞腔，活塞腔的容积随泵芯活塞(13)的运动变化，容积增大时形成低压区域，并使得泵芯活塞(13)上的配流槽和低压配流窗口(105)匹配，吸入液体；容积减小时形成高压区域，并使得泵芯活塞(13)上的配流槽和高压配流窗口(103)匹配，排出液体，而后液体通过三通管(12)汇流至泵出口接头(11)；低压配流窗口处还设置有两个回流通道(104)以提高密封性；
所述行星轮增速机构包括第一行星轮架(31)、第二行星轮架(34)、行星轮(32)、太阳轮(33)和齿圈(37)；齿圈(37)与齿轮盖(27)固定连接；行星轮(32)为三个，行星轮(32)分别固接于第一行星轮架(31)和第二行星轮架(34)的三个角端；三个行星轮(32)与太阳轮(33)外啮合，三个行星轮(32)与齿圈(37)内啮合；第一行星轮架(31)通过手柄杆(28)与手柄(30)连接；太阳轮(33)通过传动轴与十字拨叉(21)同轴连接。
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