CN114576124A

CN114576124A - 一种万向节传动的斜轴式柱塞泵

Info

Publication number: CN114576124A
Application number: CN202111596877.8A
Authority: CN
Inventors: 高振山; 王士涛; 郭京波; 郝如江; 李蕾
Original assignee: Shijiazhuang Tiedao University
Current assignee: Shijiazhuang Tiedao University
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2021-12-24
Publication date: 2022-06-03

Abstract

本发明属于工程机械液压系统技术领域，公开了一种万向节传动的斜轴式柱塞泵；包括泵体和设置在泵体内的主轴和缸体，主轴与缸体之间设置有柱塞，主轴和缸体通过万向节连接，万向节为等速万向节，万向节两端分别设置在主轴和缸体的中轴线处；本发明解决了现有技术中缸体与主轴通过齿轮传动时互换性差和制造成本高的问题。

Description

一种万向节传动的斜轴式柱塞泵

技术领域

本发明涉及工程机械液压系统技术领域，具体涉及一种万向节传动的斜轴式柱塞泵。

背景技术

斜轴式柱塞泵其主轴的轴线与缸体的旋转轴线不在同一条直线上，而是成一个夹角；斜轴式柱塞泵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，因其具有体积小，摩擦损失小，自吸能力强，启动效率高等优点，被广泛应用于液压系统中。

申请号为201822010086.2的实用新型专利提供了一种同步斜轴式柱塞泵，是一种利用齿轮传动的斜轴式柱塞泵，该斜轴式柱塞泵主要包括泵体、轴承盖、配流盘、后盖、传动轴、同步齿轮盘、副齿轮盘、缸体和设置于传动轴与缸体间的柱塞，传动轴与缸体配合的一端设置有同步齿轮盘，缸体与传动轴配合的一端设置有副齿轮盘，其中同步齿轮盘与主轴通过键配合在一起，副齿轮盘与缸体为一体，同步齿轮盘和副齿轮盘啮合形成同步连接结构。

该方法虽能够实现避免柱塞和缸体之间的碰撞接触，改善受力情况的目的，但是主轴的轴线与缸体的旋转轴线不在同一条直线上，而是成一个夹角，这样就提升了齿轮的加工难度；而且，这种泵在装配和更换时需要对齿轮的啮合位置进行调配，对齿轮的加工精度等要求也很高，具有很差的互换性。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，实现上述目的，本发明提供了一种利用万向节传动的斜轴式柱塞泵，该泵具有传动效率高、互换性好、维修方便的显著优势。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种万向节传动的斜轴式柱塞泵，包括泵体和设置在泵体内的主轴和缸体，泵体由前泵体和后泵体组成，主轴与缸体之间设置有多个柱塞，主轴和缸体通过万向节连接，万向节两端分别设置在主轴和缸体的中轴线处；主轴和缸体通过万向节连接传动形成同步连接结构。

进一步地，万向节为等速万向节。

进一步地，等速万向节可以为固定型球笼式万向节；万向节包括一端开口的球形壳，球形壳正对开口的一端设置有动力输出轴，球形壳内壁上均布有沿动力输出轴轴线方向设置的弧形的内轨道，球形壳内设置有保持架，保持架内设有星形套，星形套连接有主动轴，主动轴通过花键与星形套连接，星形套外壁均布有沿主动轴轴线方向设置的弧形的外轨道；保持架上还均布有通孔，通孔内安装有与球形壳内壁上的内轨道和星形套外壁上的外轨道相配合的钢球。

进一步地，球形壳内壁上的内轨道的圆心与星形套外壁上的外轨道的圆心非同心设置。

进一步地，缸体轴线与主轴轴线之间的夹角为0-45度。

进一步地，万向节的主动轴和动力输出轴通过花键分别与主轴和缸体可拆卸连接。

进一步地，缸体中轴线处设有与万向节配合的内花键孔，缸体上均布有多个柱塞孔，多个柱塞孔以缸体中轴线为中心呈环形分布。

进一步地，主轴靠近缸体一端的中轴线处设有与万向节配合的内花键孔，主轴靠近缸体一端的端面还设有多个与柱塞配合的球窝，多个球窝以主轴的轴线为中心呈环形分布。

进一步地，柱塞两段式设置，包括与柱塞孔内壁滑动连接的锥柱段，锥柱段上设有紧贴柱塞孔内壁的密封环；还包括与主轴上的球窝配合的球头段。

进一步地，主轴为阶梯轴，主轴通过轴承组件与泵体活动连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）相较于缸体与主轴通过齿轮传动而言，齿轮的加工难度大、成本高，装配和更换时需要对齿轮的啮合位置进行调配，互换性差，而本发明主轴和缸体之间使用等速万向节传动，等速万向节具有很好的承载能力和耐冲击能力，等速万向节的安装和更换都非常方便，既能够满足传动要求又具有很好的互换性，相比齿轮传动式的传动结构本发明能够节省1-3%的传动效率。

（2）球形壳的内轨道和星形套的外轨道做的不同心，其圆心对称的偏离万向节中心，这样即使轴间夹角为0度，靠内轨道和外轨道的交叉也能将钢球定在正确的位置。

附图说明

图1为现有技术中斜轴式柱塞泵的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明中万向节的结构示意图；

图4为现有技术中斜轴式柱塞泵的齿轮传动结构在主轴力矩为M=120N*M下产生的位移变形图；

图5为现有技术中斜轴式柱塞泵的齿轮传动结构在主轴力矩为M=120N*M下产生的应力分布图；

图6是实施例1中万向节在主轴力矩为M=120N*M，从动轴固定，钢球与内外滚道之间无相对滑动下的位移变形图；

图7是实施例1中万向节在主轴力矩为M=120N*M，从动轴固定，钢球与内外滚道之间无相对滑动下的应力分布图。

图中：后泵体1，配流盘2，缸体3，万向节4，动力输出轴401，球形壳402，钢球403，星形套404，主动轴405，保持架406；轴承组件5，前泵体6，主轴7，柱塞8，柱塞孔9，副齿轮盘10，主齿轮盘11。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的解释说明。

实施例1

参见图1-图3，一种万向节传动的斜轴式柱塞泵，包括由前泵体6和后泵体1组成的柱塞泵泵体，前泵体6内通过轴承组件5安装有主轴7，主轴7为阶梯轴，主轴7深入泵体的一端的中轴线处设有内花键孔，主轴7深入泵体的一端的端面上均布有七个球窝，球窝以主轴7轴线为中心呈环形分布。

后泵体1上设有进油口和出油口，还设有泄流孔，后泵体1内设有配流盘2和缸体3，配流盘2和缸体3之间形成球面配流结构，缸体3轴线与主轴7轴线之间呈35度的夹角设置；缸体3一端紧贴配流盘2，缸体3另一端的中轴线处设有内花键孔；缸体3上还设有多个与柱塞8配合柱塞孔9，柱塞孔9内安装有柱塞8，柱塞8两段式设置，包括与柱塞孔9内壁滑动连接的锥柱段，锥柱段上设有紧贴柱塞孔9内壁的密封环，柱塞8还包括与主轴7上的球窝配合的球头段。

缸体3与主轴7之间通过等速万向节4连接，主轴7和缸体3通过万向节4连接传动形成同步连接结构；等速万向节4可以为固定型球笼式万向节4，固定型球笼式万向节4主要包括球形壳402，球形壳402正对开口的一端设有动力输出轴401，动力输出轴401的自由端通过花键安装在缸体3中轴线处的内花键孔中；球形壳402内壁上设有六条沿动力输出轴401长度方向设置的弧形的内轨道，内轨道以动力输出轴401的轴线为中心呈环形分布；球形壳402内还设有保持架406，保持架406内设有星形套404，星形套404外圈均布有六条弧形的外轨道，保持架406的外壁上还均布有六个通孔，六个通孔共面设置，通孔内安装有钢球403，钢球403由保持架406保持在同一平面内，钢球403一端穿过保持架406紧贴球形壳402的内轨道，钢球403另一端穿过保持架406紧贴星形套404的外轨道，球形壳402的内轨道和星形套404的外轨道非同心设置，其圆心对称的偏离万向节4中心，这样即使缸体3轴线与主轴7轴线之间的夹角为0度，靠内轨道和外轨道的交叉也能将钢球403定在正确的位置；星形套404内通过花键安装有主动轴405，主动轴405另一端通过花键安装在主轴7中轴线处的内花键孔中。

主轴7通过球笼式万向节4带动缸体3以及柱塞8转动，柱塞8在柱塞孔9内做往复的直线运动，当活塞向远离配流盘2的方向运动时，柱塞孔9与柱塞8形成的密封空间的容积增大，完成吸油动作；当活塞向接近配流盘2的方向运动时，柱塞孔9与柱塞8形成的密封空间的容积减小，完成压油动作；通过安装在缸体3配流端面和柱塞泵吸、压油通道之间的配流盘2，实现柱塞泵的吸油路、压油路相通，最终实现进油和排油。

其中，图4为现有技术中斜轴式柱塞泵的齿轮传动结构在主轴力矩为M=120N*M下产生的位移变形图，图5为现有技术中斜轴式柱塞泵的齿轮传动结构在主轴力矩为M=120N*M下产生的应力分布图。在图4采用不同颜色表示副齿轮盘10、主齿轮盘11的变形程度。在图5采用不同的颜色表示，传动过程中产生应力的大小。颜色由蓝到红的改变分别对应着总体位移和应力的增加，产生的总体位移越小说明传动机构的刚性和平稳性越好。产生的应力越小说明其承载能力越好，传递的力矩就越大。而红色块往往是最大位移或者最大应力产生的区域，例如现有斜轴式柱塞泵在主轴力矩为M=120N*M时，产生的最大变形约为0.19mm，而改进后的本申请在同样条件下，产生的最大变形约为0.06mm；从该组数据可以明显看出，改进后的装置在刚性和平稳性上有着显著的提升。

通过对比图4（现有斜轴式柱塞泵）和图6（本申请斜轴式柱塞泵）总体位移数值来说明：改进后的装置在刚性和平稳性上有着明显的提升。本实验通过对比图5（现有斜轴式柱塞泵）和图7（本申请斜轴式柱塞泵）应力数值来说明：相同力矩下，各零件产生的应力越少说明其承载能力越好，传递的力矩就越大。

图6、7的约束条件为：在主轴力矩为M=120N*M，从动轴固定，钢球与内外滚道之间无相对滑动，将其接触设置为“bonded”(绑定)钢球与保持架以及保持架与钟形壳和星形套接触设置为“no separation”(不分离)，动力输出轴401、主动轴405之间为摩擦传动的情况进行的受力分析。图6为本发明的实施例1在主轴力矩为M=120N*M下产生的位移变形图，在主轴力矩为120N*M时产生的最大变形为0.06mm，其颜色由蓝到红表示位移变形的增加。图7为本发明的实施例1在主轴力矩为M=120N*M下产生的应力分布图，120N*M时产生的最大应力约为159MPa，最大应力产生在动力输出轴401区域，其颜色由蓝到红表示受到应力的增加。

通过对比现有技术（图4、图5所示）与本申请（图6、图7所示）可以明显看出，图4、图5的现有技术采用在缸体上设置副齿轮盘10、在主轴上设置主齿轮盘11，通过主齿轮盘11和副齿轮盘10进行传动，本申请如图6和图7所示，通过万向节4传动，通过上述对比，本发明能够节省1-3%的传动效率，且具有很好的互换性。

实施例2

一种万向节传动的斜轴式柱塞泵，与实施例1的区别仅在于，缸体3轴线与主轴7轴线之间呈25度的夹角设置。

实施例3

一种万向节传动的斜轴式柱塞泵，与实施例1的区别仅在于，缸体3轴线与主轴7轴线之间呈45度的夹角设置。

Claims

1.一种万向节传动的斜轴式柱塞泵，包括泵体和设置在泵体内的主轴和缸体，主轴与缸体之间设置有柱塞，其特征在于，所述主轴和缸体通过万向节连接，万向节两端分别设置在主轴和缸体的中轴线处。

2.根据权利要求1所述的万向节传动的斜轴式柱塞泵，其特征在于，所述万向节为等速万向节。

3.根据权利要求2所述的万向节传动的斜轴式柱塞泵，其特征在于，所述等速万向节可以为固定型球笼式万向节；万向节包括一端开口的球形壳，球形壳正对开口的一端设置有动力输出轴，球形壳内壁上均布有弧形的内轨道，球形壳内设置有保持架，保持架内设有星形套，星形套连接有主动轴，星形套外壁均布有弧形的外轨道；保持架上还均布有通孔，通孔内安装有与外轨道和内轨道配合的钢球。

4.根据权利要求3所述的万向节传动的斜轴式柱塞泵，其特征在于，所述内轨道的圆心与外轨道的圆心非同心设置。

5.根据权利要求4所述的万向节传动的斜轴式柱塞泵，其特征在于，所述缸体轴线与主轴轴线之间的夹角为0-45度。

6.根据权利要求5所述的万向节传动的斜轴式柱塞泵，其特征在于，所述万向节的主动轴和动力输出轴通过花键分别与主轴和缸体可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的万向节传动的斜轴式柱塞泵，其特征在于，所述缸体上均布有多个与柱塞配合的柱塞孔，缸体中轴线处设有与万向节配合的内花键孔。

8.根据权利要求7所述的万向节传动的斜轴式柱塞泵，其特征在于，所述主轴靠近缸体一端的中轴线处设有与万向节配合的内花键孔，主轴靠近缸体一端的端面还设有多个与柱塞配合的球窝。

9.根据权利要求8所述的万向节传动的斜轴式柱塞泵，其特征在于，所述柱塞两段式设置，包括与柱塞孔内壁滑动连接的锥柱段，锥柱段上设有紧贴柱塞孔内壁的密封环；还包括与主轴上的球窝配合的球头段。

10.根据权利要求9所述的万向节传动的斜轴式柱塞泵，其特征在于，所述主轴为阶梯轴，主轴通过轴承组件与泵体活动连接。