CN116025533B - 一种轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵，包括依次连接的前壳体(1)、中壳体(2)和后壳体(3)，中壳体(2)内设有固定连接的缸体(4)，缸体(4)中部设有与其适配并转动连接的配流轴(5)，配流轴(5)两端分别设有与后壳体(3)转动连接的主动斜盘(6)和与前壳体(1)转动连接的从动斜盘(7)，主动斜盘(6)和从动斜盘(7)镜像设置；本发明是双作用泵，具有轴向镜像设置的柱塞，两者相反的运动可以相互抵消轴向惯性力，减小泵的振动；滚动支撑的方式将斜盘与滑靴滑动摩擦变为了纯滚动摩擦，减少能量损耗；此外，所采用的径向力平衡轴配流方式防止配流轴偏磨问题，利于高速化。

Description

一种轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵

技术领域

本发明涉及轴向柱塞泵领域，特别涉及一种轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵。

背景技术

轴向柱塞泵对比齿轮泵和叶片泵拥有更高的功重比，是液压系统中最重要的一种动力元件。传统轴向柱塞泵通过电机带动传动轴，传动轴带动缸体旋转。回程盘在弹簧的作用下，使滑靴(柱塞-滑靴组件)紧贴斜盘表面。当缸体旋转时，柱塞在斜盘的约束下产生轴向往复的位移；同时缸体上的柱塞孔和配流阀盘上的进、出油口进行交替沟通，完成吸排油动作。在轴向柱塞泵工作时，缸体-配流盘摩擦副(配流副)、滑靴-斜盘摩擦副(滑靴副)均是滑动摩擦副，且因为旋转半径大，转速高等问题，产生大量机械能量损耗；并且缸体两侧所受液压力不平衡(配流区一半高压一半低压)，导致配流副偏磨严重，内泄漏大，无法满足高速、带载频繁启停等工况；且多个柱塞在缸体内往复运动时，产生惯性力直接作用在斜盘上，然后力传递到泵体上，使得泵在高速情况下震动、噪音尤为明显。上述原因都给轴向柱塞泵的工作压力和转速的提升带来极大的阻碍。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵。本发明是双作用泵，具有轴向镜像设置的柱塞，两者相反的运动可以相互抵消轴向惯性力，减小泵的振动；滚动支撑的方式将斜盘与滑靴滑动摩擦变为了纯滚动摩擦，减少能量损耗；此外，所采用的径向力平衡轴配流方式防止配流轴偏磨问题，利于高速化。

本发明的技术方案：一种轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵，包括依次连接的前壳体、中壳体和后壳体，中壳体内设有固定连接的缸体，缸体中部设有与其适配并转动连接的配流轴，配流轴两端分别设有与后壳体转动连接的主动斜盘和与前壳体转动连接的从动斜盘，主动斜盘和从动斜盘镜像设置；所述缸体的两端设有弹性连接的球铰盘；所述缸体内设有多个环形分布且轴向将其两端贯通的柱塞腔，缸体内还设有连通柱塞腔中部与配流轴的配流窗口，两侧球铰盘上设有与柱塞腔位置对应的通口，柱塞腔内设有对称设置的柱塞，柱塞的外端设有球铰接的滑靴；所述主动斜盘和从动斜盘上均经深沟球轴承套设有与滑靴外侧相贴合的滑靴顶板，主动斜盘和从动斜盘的斜面经推力轴承与对应侧的滑靴顶板外端面相贴合；所述滑靴顶板内侧设有与滑靴内侧和球铰盘相贴合的回程盘。

上述的一种轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵中，所述中壳体的两侧分别设有出油口和进油口，所述缸体的两侧分别设有多个连通进油口和配流轴的进油通道和多个连通出油口和配流轴的排油通道；所述配流窗口位于进油通道与排油通道之间。

前述的一种轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵中，所述配流轴的中部设有第一凸环，第一凸环上设有朝向相反的第一配流口和第二配流口，第一配流口与第二配流口之间具有配流遮盖面，配流遮盖面的宽度与配流窗口相对应；所述配流轴的两侧均设有第二凸环，第二凸环上设有与第一配流口朝向一致的第一径向力平衡面和与第二配流口朝向一致的第二径向力平衡面，第一配流口的配流面面积等同于两第二径向力平衡面面积之和，第二配流口的配流面面积等同于两第一径向力平衡面面积之和；所述第一凸环和第二凸环之间的配流轴上具有与所在侧进油通道或排油通道对应的环形凹槽，环形凹槽内设有贯通配流轴且两端分别与第一配流口和第二配流口朝向对应的竖直流道；所述配流轴一侧内部设有连通第一配流口中部和其中一侧竖直流道端部的第一倾斜流道，配流轴另一侧内部设有连通第二配流口中部和另一侧竖直流道端部的第二倾斜流道；所述配流轴内设有连通第一配流口侧部和两侧第二径向力平衡面的第三倾斜流道，配流轴内还设有连通第二配流口侧部和两侧第一径向力平衡面的第四倾斜通道。

前述的一种轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵中，所述主动斜盘和从动斜盘的最内端与其中一侧配流遮盖面相对应，主动斜盘和从动斜盘的最外端与另一侧配流遮盖面相对应。

前述的一种轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵中，所述的主动斜盘和从动斜盘的传动轴线和配流轴共线。

前述的一种轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵中，所述的主动斜盘的传动轴线与主动斜盘的斜面垂线呈倾角α；从动斜盘的传动轴线与从动斜盘的斜面垂线呈倾角α。

前述的一种轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵中，所述主动斜盘和从动斜盘的斜面与对应侧的滑靴顶板之间设有平面推力轴承，主动斜盘和从动斜盘通过深沟球轴承和平面推力轴承以纯滚动方式约束滑靴顶板。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明包括依次连接的前壳体、中壳体和后壳体，中壳体内设有固定连接的缸体，缸体中部设有与其适配并转动连接的配流轴，配流轴两端分别设有与后壳体转动连接的主动斜盘和与前壳体转动连接的从动斜盘，主动斜盘和从动斜盘镜像设置；所述缸体的两端设有弹性连接的球铰盘；所述缸体内设有多个环形分布且轴向将其两端贯通的柱塞腔，缸体内还设有连通柱塞腔中部与配流轴的配流窗口，两侧球铰盘上设有与柱塞腔位置对应的通口，柱塞腔内设有对称设置的柱塞，柱塞的外端设有球铰接的滑靴；所述主动斜盘和从动斜盘上均经深沟球轴承套设有与滑靴外侧相贴合的滑靴顶板，主动斜盘和从动斜盘的斜面经推力轴承与对应侧的滑靴顶板外端面相贴合；所述滑靴顶板内侧设有与滑靴内侧和球铰盘相贴合的回程盘；主动斜盘连接外部驱动机构，主动斜盘转动后通过配流轴进一步带动从动斜盘转动，由于球铰盘的弹性会推动回程盘将滑靴预紧于滑靴顶板上，因此主动斜盘和从动斜盘转动时，迫使滑靴顶板产生绕着球心的旋压运动，在推力轴承和深沟球轴承的承载下做滚动摩擦而非滑动摩擦，主动斜盘和从动斜盘的斜面推动滑靴使柱塞在柱塞腔内实现往复运动，柱塞腔的容积发生不断变化，随即由配流窗口与配流轴连通，并通过配流轴连通缸体与中间壳体实现内部与外部之间的进油与排油，通过配流轴进行配流的方式，减少了旋转半径和配流摩擦接触面积，利于高速化；滚动支撑的方式避免了斜盘与滑靴滑动摩擦，减少能量损耗，提高了泵的机械效率，便于高速化、频繁带载启停等恶劣工况；由于主动斜盘和从动斜盘镜像设置，会各自带动所在侧的柱塞进行移动，使得同一柱塞腔内的两柱塞同时运动，充分利用了柱塞腔空间，使得结构更加紧凑，体积小，功率密度更高，且两柱塞的镜像运动，抵消了柱塞往复运动产生的惯性力，在高速的情况下，理论上消除了由柱塞惯性力产生的震动，并减少了噪音。

2、本发明中壳体的两侧分别设有出油口和进油口，所述缸体的两侧分别设有多个连通进油口和配流轴的进油通道和多个连通出油口和配流轴的排油通道；所述配流窗口位于进油通道与排油通道之间，所述配流轴的中部设有第一凸环，第一凸环上设有朝向相反的第一配流口和第二配流口，第一配流口与第二配流口之间具有配流遮盖面，配流遮盖面的宽度与配流窗口相对应；所述配流轴的中部设有第一凸环，第一凸环上设有朝向相反的第一配流口和第二配流口，第一配流口与第二配流口之间具有配流遮盖面，配流遮盖面的宽度与配流窗口相对应；所述配流轴的两侧均设有第二凸环，第二凸环上设有与第一配流口朝向一致的第一径向力平衡面和与第二配流口朝向一致的第二径向力平衡面，第一配流口的配流面面积等同于两第二径向力平衡面面积之和，第二配流口的配流面面积等同于两第一径向力平衡面面积之和；所述第一凸环和第二凸环之间的配流轴上具有与所在侧进油通道或排油通道对应的环形凹槽，环形凹槽内设有贯通配流轴且两端分别与第一配流口和第二配流口朝向对应的竖直流道；所述配流轴一侧内部设有连通第一配流口中部和其中一侧竖直流道端部的第一倾斜流道，配流轴另一侧内部设有连通第二配流口中部和另一侧竖直流道端部的第二倾斜流道；所述配流轴内设有连通第一配流口侧部和两侧第二径向力平衡面的第三倾斜流道，配流轴内还设有连通第二配流口侧部和两侧第一径向力平衡面的第四倾斜通道；配流轴保持转动，其第一配流口、第二配流口以及配流遮盖面依次经过配流窗口，排油时，柱塞腔的容积变化导致液压油会通过配流窗口以及第一配流口到达配流轴侧，而配流遮盖面对应的则是柱塞运动的最高或最低位，代表配流窗口的临界吸、排状态切换位，液压油进一步经过第一倾斜流道到达其中一侧的竖直流道，随后当竖直流道与排油通道相对应时，液压油便会从出油口排出，进油过程与排油反向同理，柱塞腔容积变大则会使液压油从进油口进入，经进油通道到达配流轴的对应竖直流道，并经过第二倾斜流道到达第二配流口，最后经配流窗口达到对应的柱塞腔内实现进油，采用轴配流方式增加了配合精度，减少了泄漏量，提高了容积效率；在进油和排油过程中，通过第三倾斜通道第一配流口和第二径向力平衡面相沟通，通过第四倾斜通道第二配流口和第一径向力平衡面相沟通，形成径向力平衡剪切梁结构，对侧开径向力平衡槽，有效解决了原先配流机构径向力不平衡的问题，消除了传统柱塞泵缸体和配流盘之间的偏磨问题。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明的剖面结构示意图；

图3是本发明缸体和配流轴的结构示意图；

图4是本发明缸体和配流轴的A-A向剖面结构示意图；

图5是本发明配流轴的结构示意图；

图6是本发明第一倾斜流道和第二倾斜流道的结构示意图；

图7是本发明第三倾斜流道的结构示意图；

图8是本发明第四倾斜流道的结构示意图；

图9是发明深沟球轴承安装轴的中轴线示意图；

图10是本发明主动斜盘部分的结构示意图。

附图中的标记为：1-前壳体；2-中壳体；3-后壳体；4-缸体；5-配流轴；6-主动斜盘；7-从动斜盘；8-球铰盘；9-柱塞腔；10-配流窗口；11-通口；12-柱塞；13-滑靴；14-滑靴顶板；15-回程盘；16-出油口；17-进油口；18-进油通道；19-排油通道；20-第一凸环；21-第一配流口；22-第二配流口；23-配流遮盖面；24-第二凸环；25-第一径向力平衡面；26-第二径向力平衡面；27-环形凹槽；28-竖直流道；29-第一倾斜流道；30-第二倾斜流道；31-第三倾斜流道；32-第四倾斜通道；33-外角向方键；34-方键槽；35-球形凸块；36-球形嵌合槽；37-深沟球轴承；38-推力轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例：一种轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵，如附图1和附图2所示，包括依次连接的前壳体1、中壳体2和后壳体3，中壳体2内设有固定连接的缸体4，缸体4中部设有与其适配并转动连接的配流轴5，配流轴5两端分别设有与后壳体3转动连接的主动斜盘6和与前壳体1转动连接的从动斜盘7，主动斜盘6和从动斜盘7镜像设置；所述缸体4的两端设有弹性连接的球铰盘8；如附图3和附图4所示，所述缸体4内设有多个环形分布且轴向将其两端贯通的柱塞腔9，缸体4内还设有连通柱塞腔9中部与配流轴5的配流窗口10，两侧球铰盘8上设有与柱塞腔9位置对应的通口11，柱塞腔9内设有对称设置的柱塞12，柱塞12的外端设有球铰接的滑靴13；如附图10所示，所述主动斜盘6和从动斜盘7上均经深沟球轴承套设有与滑靴13外侧相贴合的滑靴顶板14，主动斜盘6和从动斜盘7的斜面经推力轴承与对应侧的滑靴顶板14外端面相贴合，深沟球轴承37和推力轴承38均是本领域技术人员熟知并掌握的部件，可以通过市售获得，在此不再赘述；所述滑靴顶板14内侧设有与滑靴13内侧和球铰盘8相贴合的回程盘15；所述中壳体2的两侧分别设有出油口16和进油口17，所述缸体4的两侧分别设有多个连通进油口17和配流轴5的进油通道18和多个连通出油口16和配流轴5的排油通道19；所述配流窗口10位于进油通道18与排油通道19之间；如附图5至附图8所示，所述配流轴5的中部设有第一凸环20，第一凸环20上设有朝向相反的第一配流口21和第二配流口22，第一配流口21与第二配流口22之间具有配流遮盖面23，配流遮盖面23的宽度与配流窗口10相对应；所述配流轴5的两侧均设有第二凸环24，第二凸环24上设有与第一配流口21朝向一致的第一径向力平衡面25和与第二配流口22朝向一致的第二径向力平衡面26，第一配流口21的配流面面积等同于两第二径向力平衡面26面积之和，第二配流口22的配流面面积等同于两第一径向力平衡面25面积之和；所述第一凸环20和第二凸环24之间的配流轴5上具有与所在侧进油通道18或排油通道19对应的环形凹槽27，环形凹槽27内设有贯通配流轴5且两端分别与第一配流口21和第二配流口22朝向对应的竖直流道28；所述配流轴5一侧内部设有连通第一配流口21中部和其中一侧竖直流道28端部的第一倾斜流道29，配流轴5另一侧内部设有连通第二配流口22中部和另一侧竖直流道28端部的第二倾斜流道30；所述配流轴5内设有连通第一配流口21侧部和两侧第二径向力平衡面26的第三倾斜流道31，配流轴5内还设有连通第二配流口22侧部和两侧第一径向力平衡面25的第四倾斜通道32；所述主动斜盘6和从动斜盘7的最内端与其中一侧配流遮盖面23相对应，主动斜盘6和从动斜盘7的最外端与另一侧配流遮盖面23相对应；所述配流轴5两端设有外角向方键33，主动斜盘6和从动斜盘7上设有与外角向方键33相契合的方键槽34；所述球铰盘8的中部设有围绕配流轴5的球形凸块35，回程盘15的中部设有与球形凸块35相契合的球形嵌合槽36，球铰盘从中部以球形凸块的形式对回程盘产生挤压，因此当回程盘发生倾斜时，球形凸块依旧可以与回程盘产生充分挤压，确保滑靴可以始终贴合于滑靴顶板上，使用可靠性佳；如附图9所示，外角向方键中轴线(也即配流轴轴线)与主动斜盘和从动斜盘的中轴线(即主动斜盘和从动斜盘的传动轴线)共线，主动斜盘6上深沟球轴承安装轴的中轴线(也即主动斜盘6的斜面垂线)和主动斜盘的中轴线(也即主动斜盘6的传动轴线)存在倾斜角α，从动斜盘7上深沟球轴承安装轴的中轴线(也即从动斜盘7的斜面垂线)和从动斜盘的中轴线(也即从动斜盘7的传动轴线)存在倾斜角α；所述主动斜盘6和从动斜盘7的斜面与对应侧的滑靴顶板14之间设有平面推力轴承38，主动斜盘6和从动斜盘7通过深沟球轴承37和平面推力轴承38以纯滚动方式约束滑靴顶板14。

工作原理：主动斜盘连接外部驱动机构，主动斜盘转动后通过配流轴进一步带动从动斜盘转动，由于球铰盘的弹性会推动回程盘将滑靴预紧于滑靴顶板上，因此主动斜盘和从动斜盘转动时，迫使滑靴顶板产生绕着球心的旋压运动，在推力轴承和深沟球轴承的承载下做滚动摩擦而非滑动摩擦，主动斜盘和从动斜盘的斜面推动滑靴使柱塞在柱塞腔内实现往复运动，柱塞腔的容积发生不断变化，随即由配流窗口与配流轴连通，并通过配流轴连通缸体与中间壳体实现内部与外部之间的进油与排油；滚动支撑的方式避免了斜盘与滑靴滑动摩擦，减少能量损耗，提高了泵的机械效率，便于高速化、频繁带载启停等恶劣工况；由于主动斜盘和从动斜盘镜像设置，会各自带动所在侧的柱塞进行移动，使得同一柱塞腔内的两柱塞同时运动，充分利用了柱塞腔空间，使得结构更加紧凑，体积小，功率密度更高，且两柱塞的镜像运动，抵消了柱塞往复运动产生的惯性力，在高速的情况下，理论上消除了由柱塞惯性力产生的震动，并减少了噪音；配流轴保持转动，其第一配流口、第二配流口以及配流遮盖面依次经过配流窗口，排油时，柱塞腔的容积变化导致液压油会通过配流窗口以及第一配流口到达配流轴侧，而配流遮盖面对应的则是柱塞运动的最高或最低位，代表配流窗口的临界吸、排状态切换位，液压油进一步经过第一倾斜流道到达其中一侧的竖直流道，随后当竖直流道与排油通道相对应时，液压油便会从出油口排出，进油过程与排油反向同理，柱塞腔容积变大则会使液压油从进油口进入，经进油通道到达配流轴的对应竖直流道，并经过第二倾斜流道到达第二配流口，最后经配流窗口达到对应的柱塞腔内实现进油，采用轴配流方式增加了配合精度，减少了泄漏量，提高了容积效率；在进油和排油过程中，通过第三倾斜通道第一配流口和第二径向力平衡面相沟通，通过第四倾斜通道第二配流口和第一径向力平衡面相沟通，形成径向力平衡剪切梁结构，对侧开径向力平衡槽，有效解决了原先配流机构径向力不平衡的问题，消除了传统柱塞泵缸体和配流盘之间的偏磨问题，通过配流轴进行配流的方式，减少了旋转半径和配流摩擦接触面积，利于高速化。

Claims (7)

1.一种轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵，其特征在于：包括依次连接的前壳体（1）、中壳体（2）和后壳体（3），中壳体（2）内设有固定连接的缸体（4），缸体（4）中部设有与其适配并转动连接的配流轴（5），配流轴（5）两端分别设有与后壳体（3）转动连接的主动斜盘（6）和与前壳体（1）转动连接的从动斜盘（7），主动斜盘（6）和从动斜盘（7）镜像设置；所述缸体（4）的两端设有弹性连接的球铰盘（8）；所述缸体（4）内设有多个环形分布且轴向将其两端贯通的柱塞腔（9），缸体（4）内还设有连通柱塞腔（9）中部与配流轴（5）的配流窗口（10），两侧球铰盘（8）上设有与柱塞腔（9）位置对应的通口（11），柱塞腔（9）内设有对称设置的柱塞（12），柱塞（12）的外端设有球铰接的滑靴（13）；所述主动斜盘（6）和从动斜盘（7）上均经深沟球轴承套设有与滑靴（13）外侧相贴合的滑靴顶板（14），主动斜盘（6）和从动斜盘（7）的斜面经推力轴承与对应侧的滑靴顶板（14）外端面相贴合；所述滑靴顶板（14）内侧设有与滑靴（13）内侧和球铰盘（8）相贴合的回程盘（15）；所述配流轴（5）的中部设有第一凸环（20），第一凸环（20）上设有朝向相反的第一配流口（21）和第二配流口（22），第一配流口（21）与第二配流口（22）之间具有配流遮盖面（23），配流遮盖面（23）的宽度与配流窗口（10）相对应；所述配流轴（5）的两侧均设有第二凸环（24），第二凸环（24）上设有与第一配流口（21）朝向一致的第一径向力平衡面（25）和与第二配流口（22）朝向一致的第二径向力平衡面（26），第一配流口（21）的配流面面积等同于两第二径向力平衡面（26）面积之和，第二配流口（22）的配流面面积等同于两第一径向力平衡面（25）面积之和；所述第一凸环（20）和第二凸环（24）之间的配流轴（5）上具有与所在侧进油通道（18）或排油通道（19）对应的环形凹槽（27），环形凹槽（27）内设有贯通配流轴（5）且两端分别与第一配流口（21）和第二配流口（22）朝向对应的竖直流道（28）；所述配流轴（5）一侧内部设有连通第一配流口（21）中部和其中一侧竖直流道（28）端部的第一倾斜流道（29），配流轴（5）另一侧内部设有连通第二配流口（22）中部和另一侧竖直流道（28）端部的第二倾斜流道（30）；所述配流轴（5）内设有连通第一配流口（21）侧部和两侧第二径向力平衡面（26）的第三倾斜流道（31），配流轴（5）内还设有连通第二配流口（22）侧部和两侧第一径向力平衡面（25）的第四倾斜通道（32）。

2.根据权利要求1所述的轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵，其特征在于：所述中壳体（2）的两侧分别设有出油口（16）和进油口（17），所述缸体（4）的两侧分别设有多个连通进油口（17）和配流轴（5）的进油通道（18）和多个连通出油口（16）和配流轴（5）的排油通道（19）；所述配流窗口（10）位于进油通道（18）与排油通道（19）之间。

3.根据权利要求1所述的轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵，其特征在于：所述主动斜盘（6）和从动斜盘（7）的最内端与其中一侧配流遮盖面（23）相对应，主动斜盘（6）和从动斜盘（7）的最外端与另一侧配流遮盖面（23）相对应。

4.根据权利要求1所述的轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵，其特征在于：所述配流轴（5）两端设有外角向方键（33），主动斜盘（6）和从动斜盘（7）上设有与外角向方键（33）相契合的方键槽（34）。

5.根据权利要求1所述的轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵，其特征在于：所述的主动斜盘（6）和从动斜盘（7）的传动轴线和配流轴（5）共线。

6.根据权利要求1所述的轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵，其特征在于：所述的主动斜盘（6）的传动轴线与主动斜盘（6）的斜面垂线呈倾角α；从动斜盘（7）的传动轴线与从动斜盘（7）的斜面垂线呈倾角α。

7.根据权利要求1所述的轴配流及滚动支撑轴向柱塞泵，其特征在于：所述主动斜盘（6）和从动斜盘（7）的斜面与对应侧的滑靴顶板（14）之间设有平面推力轴承（38），主动斜盘（6）和从动斜盘（7）通过深沟球轴承（37）和平面推力轴承（38）以纯滚动方式约束滑靴顶板（14）。