CN115711210B - 变量机构及采用该变量机构的柱塞泵和柱塞马达 - Google Patents

Abstract

本发明属于液压传动和控制技术领域，公开一种变量机构及采用该变量机构的柱塞泵和柱塞马达，用于驱动柱塞泵或柱塞马达的斜盘摆动，所述变量机构安装在由壳体和阀体之间相互配合形成容置空间内，在壳体和阀体之间设置有主轴，包括斜盘、两个钢球和变量活塞组件，所述斜盘套设在主轴外壁，两个所述钢球安装在阀体和斜盘之间，所述变量活塞组件安装在容置空间内并与所述斜盘相配合，所述变量活塞组件作用于斜盘以调节斜盘的摆动角度。本发明通过改变斜盘的摆动角度以增大或者减小变量活塞杆的往复运动行程，从而实现调节柱塞马达排量的功能，最终实现改变马达转速的效果。

Description

变量机构及采用该变量机构的柱塞泵和柱塞马达

技术领域

本发明涉及液压传动和控制技术领域，特别涉及变量机构及采用该变量机构的柱塞泵和柱塞马达。

背景技术

液压马达是液压领域中最重要的动力元件和执行元件，其中，柱塞马达凭借其优越的调节特性、功率匹配特性以及高功率密度比被广泛应用于工程机械和建设机械领域，同时在矿山机械、工业液压、航空液压、冶金工业与塑料机械等领域都有着广泛的市场。由于其设计难度大，制造工艺复杂是典型的高附加值技术密集型产品，在液压元件市场能够持续保持较高的利润率。

为了使柱塞马达获得良好的工作品质，需要对马达的斜盘的偏心距进行深入研究，分析偏心距取值大小；而偏心距设计的合理性也是影响变量柱塞马达稳定工作的因素。

现有技术中存在闭死角，在闭死角排油侧柱塞腔油液作用力的合力矩的力臂将在油液作用力合力矩作用轴线上，此时排油侧柱塞腔液中液压作用力矩是个负力矩，其导致柱塞部件不能绕着柱塞部件的旋转中心旋转，进行偏移，偏移会产生偏心距，偏心距的产生会造成柱塞部件产生离心偏移，造成损坏，影响油缸部件的使用，从而造成整个马达失效。

为了避免柱塞部件在旋转过程中偏离旋转中心，产生偏心距，为了避免柱塞部件产生离心偏移，造成损坏，避免影响油缸部件的试验，研发了一种变量机构，使斜盘始终围绕旋转中心运行，避免因为偏心距的产生造成柱塞部件的失效。

发明内容

本发明实施例提供了一种变量机构及采用该变量机构的柱塞泵和柱塞马达，以解决现有技术中斜盘无法始终围绕旋转中心旋转，易产生偏心距造成柱塞部件失效的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种变量机构，用于驱动柱塞泵或柱塞马达的斜盘摆动，变量机构安装在由壳体和阀体之间相互配合形成容置空间内，在壳体和阀体之间设置有主轴，包括斜盘、两个钢球和变量活塞组件，斜盘套设在主轴外壁，两个钢球安装在阀体和斜盘之间，变量活塞组件安装在容置空间内并与斜盘相配合，变量活塞组件作用于斜盘以调节斜盘的摆动角度。

在一个实施例中，所述斜盘包括底板、环形侧板、两个凸耳和圆柱头，所述底板的中心开设有主轴安装孔，所述底板的内表面为斜面，所述环形侧板沿底板周向安装在底板上，两个所述凸耳安装在环形侧板的相对两侧，所述凸耳的一侧开设有用于容纳钢球的半球形凹槽，所述圆柱头沿垂直于主轴安装孔中心轴线的方向安装在环形侧板的外侧。

在一个实施例中，主轴安装孔的中心轴线与底板的中心轴线相重合。

在一个实施例中，圆柱头的中心轴线与两个半球形凹槽的中心连线相互垂直。

在一个实施例中，变量活塞组件包括设置在容置空间内的活塞杆，活塞杆伸入壳体的一端上开设有容纳圆柱头的凹槽；

斜盘的摆动角度改变以增大或者减小活塞杆的往复运动行程。

在一个实施例中，还包括设置在容置空间内的油缸组合件，油缸组合件包括与配油盘连接的缸体以及滑动安装在缸体内的柱塞部件，柱塞部件包括柱塞体和滑靴，缸体与主轴键连接，缸体远离配油盘的一端设置有套设在主轴外侧的回程盘，回程盘的外侧可拆卸连接有与柱塞体远离配油盘的一端配合的滑靴。

在一个实施例中，斜盘还包括设置在底板上的支撑平面，支撑平面与滑靴相接触；

支撑平面的面积小于底板的面积，支撑平面与环形侧板的内壁和底板之间形成圆弧空间。

在一个实施例中，柱塞部件的旋转中心为两个钢球的中心连线与主轴中心轴线的相交点；

柱塞部件在旋转过程中偏离旋转中心的距离为0。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种柱塞泵。

在一个实施例中，柱塞泵，采用的变量机构，变量机构配置为能够调节柱塞泵的排量。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种柱塞马达。

在一些实施例中，柱塞马达，采用的变量机构，变量机构配置为能够调节柱塞马达的排量。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明的斜盘置于壳体之中，其中，斜盘中间位置设有圆柱头，圆柱头与变量活塞杆相连接，柱塞马达通过改变斜盘的摆动角度以增大或者减小变量活塞杆的往复运动行程，从而实现调节柱塞马达的排量的功能，最终实现改变马达转速的作用；

本发明的油缸组合件始终围绕旋转中心进行旋转，无偏心现象发生，不产生偏心距，这种结构可以使柱塞马达更加趋向稳定化，可以实现农机要求的低速扭矩大、转场高速的要求；

本发明的斜盘上设置有支撑平面，用于支撑和承载斜盘所受到的力的作用，及时卸荷斜盘在运行过程中产生的负荷；

本发明斜盘上设置有圆弧空间，作用是为了减轻作用时的负荷，减少磨损；

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种变量机构的结构示意图；

图2是图1中A-A向剖视图；

图3是图1的G-G向剖视图；

图4是图1的右视图；

图5是图4的C-C向剖视图；

图6是根据一示例性实施例示出的斜盘的结构示意图；

图7是图6的仰视图；

图8是图7的B-B向剖视图；

图9是图7的D-D向剖视图；

图10是根据一示例性实施例示出的柱塞部件作用于斜盘的受力分析结构示意图；

图中：1-壳体，2-阀体，3-主轴；

4-斜盘，410-底板，420-环形侧板，430-凸耳，440-圆柱头，450-主轴安装孔，460-半球形凹槽；

5-钢球；

6-变量活塞组件，610-活塞杆，620-凹槽；

7-油缸组合件，710-配油盘，720-缸体，730-柱塞体，740-滑靴，750-回程盘；

8-支撑平面，9-圆弧空间，10-旋转中心。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文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。

本文中的术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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文和简化描述，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。在本文的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本文中，除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本文中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

本文中，术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

根据本发明实施例的第一方面，如图1-5所示，提供了一种变量机构，用于驱动柱塞泵或柱塞马达的斜盘4摆动，变量机构安装在由壳体1和阀体2之间相互配合形成容置空间内，在壳体1和阀体2之间设置有主轴3，包括斜盘4、两个钢球5和变量活塞组件6，斜盘4套设在主轴3外壁，两个钢球5安装在阀体2和斜盘4之间，变量活塞组件6安装在容置空间内并与斜盘4相配合，变量活塞组件6作用于斜盘4以调节斜盘4的摆动角度θ。

这种结构，马达的变量调节可通过改变斜盘4摆动角度θ来实现，此机构的斜盘4的定位方式为液压式定位活塞，此定位方式可以调节变量斜盘4的摆角，随着斜盘4摆动角度θ的增加，排量和转矩也增加，反之，则相应减小，

如果摆角为0，则排量为零；控制压力油口与负载相连当负载压力超过阀所调节的压力时负载压力油控制压力油口进入推动其阀芯移动，负载压力油进入壳体1，可以使斜盘4逆时针方向摆动，摆动角度θ增大，活塞杆610的往复行程增大，对马达进行变量，随着容积的增加，输出轴的转矩也增大，当与负载相平衡的时候，阀关闭。

在一个实施例中，如图6-9所示，斜盘4包括底板410、环形侧板420、两个凸耳430和圆柱头440，底板410的中心开设有主轴安装孔450，环形侧板420沿底板410周向安装在底板410上，两个凸耳430安装在环形侧板420的相对两侧，凸耳430的一侧开设有用于容纳钢球5的半球形凹槽460，圆柱头440沿垂直于主轴安装孔450中心轴线的方向安装在环形侧板420的外侧。

这种结构，底板410内表面倾斜，钢球5与斜盘4相配合调节斜盘4的摆动角度θ，钢球5可在半球形凹槽460内转动，斜盘4以钢球5为支点改变其摆动角度θ；另外，凸耳430的顶部为变截面设计_。

在一个实施例中，主轴安装孔450的中心轴线与底板410的中心轴线相重合。

在一个实施例中，圆柱头440的中心轴线与两个半球形凹槽460的中心连线相互垂直。

这种结构，圆柱头440与两个钢球5的位置相配合，改变斜盘4摆动角度θ大小。

在一个实施例中，变量活塞组件6包括设置在容置空间内的活塞杆610，活塞杆610伸入壳体1的一端上开设有容纳圆柱头440的凹槽620；

斜盘4的摆动角度θ改变以增大或者减小活塞杆610的往复运动行程。

这种结构，圆柱头440与变量活塞杆610相连接，液压马达通过改变斜盘4的摆动角度θ以增大或者减小变量活塞杆610的往复运动行程，从而实现调节液压马达的排量的功能，最终实现改变马达转速的作用。

其中，变量活塞组件6还包括有弹簧，弹簧套设在活塞杆610的外侧，具体的，弹簧的一端与活塞杆610的轴肩对应，另一端与壳体1的内壁配合，即可通过弹簧对活塞杆610提供回正作用。

在一个实施例中，还包括设置在容置空间内的油缸组合件7，油缸组合件7包括与配油盘710连接的缸体720以及滑动安装在缸体720内的柱塞部件，柱塞部件包括柱塞体730和滑靴740，缸体720与主轴3键连接，缸体720远离配油盘710的一端设置有套设在主轴3外侧的回程盘750，回程盘750的外侧可拆卸连接有与柱塞体730远离配油盘710的一端配合的滑靴740。

具体的，滑靴740与回程盘750轴孔配合，滑靴740的中部与柱塞体730外伸端的球头进行万向连接，即可通过主轴3驱动缸体720转动，并带动柱塞体730和回程盘750转动，同时由回程盘750与变量活塞组件6配合，随动调整柱塞体730的伸缩，进而与分油盘配合，进行泵油。

其中，其中，油缸组合件7还包括套设在主轴3外侧的球铰套，具体的，球铰套与主轴花键联接，球铰套与回程盘750球面铰接，具体的，球铰套的外端面为外球面，且回程盘750的中部设有与球铰套球面配合的内球面，即可通过球铰套对回程盘750进一步回转支撑，提高回程盘750的稳定性。

在一个实施例中，斜盘4还包括设置在底板410上的支撑平面8，支撑平面8与滑靴740相接触；

支撑平面8的面积小于底板410的面积，支撑平面8与环形侧板420的内壁和底板410之间形成圆弧空间9。

这种结构，斜盘4上设置有圆弧空间9，作用是为了减轻作用时的负荷，减少磨损；斜盘4设置有支撑平面8，用于支撑和承载斜盘4所受到的力的作用，及时卸荷斜盘4在运行过程中产生的负荷。

在一个实施例中，柱塞部件的旋转中心10为两个钢球5的中心连线与主轴3中心轴线的相交点；

柱塞部件在旋转过程中偏离旋转中心10的距离为0。

这种设计使油缸组合件中的柱塞部件始终围绕旋转中心进行旋转，无偏心现象发生，不产生偏心距，使马达更加趋向于稳定化，可以实现农机作业要求的低速扭矩大，转场高速的要求。

这种结构，受力分析如下：油液压力产生的力P，把处在压油腔位置的柱塞部件顶出，压在斜盘4上，滑靴740处法线方向要产生一个反力FL作用在柱塞体730上，油缸组合件7中一个柱塞部件的受力分析如下所示：设斜盘4给柱塞部件的反作用力为FL，FL的水平分力FH与作用在柱塞部件上的高压油产生作用力平衡，而FL的径向分力FT和柱塞体730的轴线垂直，分力FT使柱塞部件对缸体720中心产生一个转矩；

P-油液压力压力产生的力

Mo＝FTa＝FTRsinθ＝FHRtanαsinθ(R为柱塞在缸体720上的分布圆直径)

MO-斜盘4给柱塞的反作用力的径向分力对缸体720的中心产生的转矩

FL-斜盘4给柱塞的反作用力

FH-斜盘4给柱塞的反作用力的水平分力

FT-斜盘4给柱塞的反作用力的径向分力

每个处于压力油区的柱塞都会产生这种转矩M0，柱塞部件始终围绕旋转中心10进行旋转从而形成总转矩M2。

对图10进行受力分析，由柱塞作用于斜盘4的液压力所产生的斜盘4力矩力臂为

Ly’＝Rsinψ (2)

式中，e为斜盘4中心与柱塞马达的主轴3的偏心距,

Lx’、Ly’为斜盘4力矩的力臂，

斜盘4力矩计算公式

当偏心距e＝0时，

式中，Mx’为斜盘4所受柱塞正压力对斜盘4x’轴形成的力矩，N.m；My’为斜盘4所受柱塞正压力对对斜盘4y’轴形成的力矩，N.m；d为柱塞直径，m、p(ψ)为第i个柱塞缸内油液压力，Pa为ψ的函数；Z为柱塞个数，α为柱塞的角距(°)。

当偏心距为0时，在一个变化周期之内，斜盘4力矩不会出现突变的现象，斜盘4不会产生干扰力矩，不会影响到斜盘4马达的使用寿命，当偏心距为0时，会有效减小斜盘4力矩的波动，有利于削减柱塞马达的机械噪声，延长柱塞马达的使用寿命。

在此次作用过程中，油缸组合件7始终围绕旋转中心10进行旋转，无偏心现象发生，不产生偏心距，这种结构可以使柱塞马达更加趋向稳定化，可以实现农机要求的低速扭矩大、转场高速的要求。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种柱塞泵。

在一个实施例中，柱塞泵，采用的变量机构，变量机构配置为能够调节柱塞泵的排量。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种柱塞马达。

在一些实施例中，柱塞马达，采用的变量机构，变量机构配置为能够调节柱塞马达的排量。

工作原理；

使用时，系统来的液压油，通过配油盘710上面的腰形槽进入马达压力侧的缸体720孔之内，从位于压力侧几个配油孔对面的几个腰形孔处回油，回油侧的几个配油孔与回油油道相接通，当压力油输入时，柱塞部件带动缸体720旋转，并沿着斜盘4表面滑动，缸体720内的柱塞体730依次沿着孔内产生行程往复运动，液压力在缸体720上产生转矩，因而带动驱动轴的旋转，输入流量决定马达的输出转速，斜盘4上的静压支撑，因而能保证斜盘4更有较长的寿命。

综上所述，本发明实现了柱塞马达的变排量功能，并在变量过程中不偏离旋转中心10，实现农机要求的低速扭矩大、转场高速的要求，同时具有实用价值。

本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种变量机构，用于驱动柱塞泵或柱塞马达的斜盘摆动，所述变量机构安装在由壳体和阀体之间相互配合形成容置空间内，在壳体和阀体之间设置有主轴，其特征在于，包括斜盘、两个钢球和变量活塞组件，所述斜盘套设在主轴外壁，两个所述钢球安装在阀体和斜盘之间，所述变量活塞组件安装在容置空间内并与所述斜盘相配合，所述变量活塞组件作用于斜盘以调节斜盘的摆动角度；

所述斜盘包括底板、环形侧板、两个凸耳和圆柱头，所述底板的中心开设有主轴安装孔，所述底板的内表面为斜面，所述环形侧板沿底板周向安装在底板上，两个所述凸耳安装在环形侧板的相对两侧，所述凸耳的一侧开设有用于容纳钢球的半球形凹槽，所述圆柱头沿垂直于主轴安装孔中心轴线的方向安装在环形侧板的外侧；

所述变量活塞组件包括设置在容置空间内的活塞杆，所述活塞杆伸入壳体的一端上开设有容纳所述圆柱头的凹槽；

所述斜盘的摆动角度改变以增大或者减小活塞杆的往复运动行程；

还包括设置在容置空间内的油缸组合件，所述油缸组合件包括与配油盘连接的缸体以及滑动安装在缸体内的柱塞部件，所述柱塞部件包括柱塞体和滑靴，所述缸体与主轴键连接，所述缸体远离配油盘的一端设置有套设在主轴外侧的回程盘，所述回程盘的外侧可拆卸连接有与柱塞体远离配油盘的一端配合的滑靴；

所述斜盘还包括设置在底板上的支撑平面，所述支撑平面与滑靴相接触；所述支撑平面的面积小于底板的面积，所述支撑平面与环形侧板的内壁和底板之间形成圆弧空间；

所述柱塞部件的旋转中心为两个所述钢球的中心连线与主轴中心轴线的相交点；所述柱塞部件在旋转过程中偏离所述旋转中心的距离为0。

2.如权利要求1所述的变量机构，其特征在于，所述主轴安装孔的中心轴线与底板的中心轴线相重合。

3.如权利要求1所述的变量机构，其特征在于，所述圆柱头的中心轴线与两个所述半球形凹槽的中心连线相互垂直。

4.一种柱塞泵，其特征在于，采用如权利要求1-3中任一项所述的变量机构，所述变量机构配置为能够调节柱塞泵的排量。

5.一种柱塞马达，其特征在于，采用如权利要求1-3中任一项所述的变量机构，所述变量机构配置为能够调节柱塞马达的排量。