CN205445926U - 无连杆锥形柱塞的斜轴式柱塞泵/马达 - Google Patents
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Abstract
一种新型无连杆锥形柱塞的斜轴式柱塞泵/马达，应用于液压领域。其特征是：斜轴式柱塞泵/马达包括7个锥形柱塞(10)，每个锥形柱塞的前端与所述主轴(1)的后端球铰接，锥形柱塞的后端位于柱塞孔内，锥形柱塞的后端还具有环形凹槽，凹槽处安装开口柱塞环(11)；上述锥形柱塞的锥角α等于拨动缸体所需的最小接触倾角αmin的1～1.1倍。本实用新型的锥形柱塞与原来的连杆副相比，将柱塞锥角α设计成等于其拨动缸体所需的最小接触倾角αmin，可以保证柱塞和缸体接触时是完全线接触，有利于减小疲劳失效(减小磨损等)并提高疲劳寿命；另外，该结构将连杆与柱塞设计成一体，免去了滚压工艺，使得结构尺寸大为简化，重量减轻，性能更优。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无连杆锥形柱塞的斜轴式柱塞泵/马达，属于液压技术领域。
背景技术
目前市场上通用的A2F(1-5系列)斜轴式柱塞泵/马达的结构如图1所示(图1可参见许福玲出版的《液压与气压传动》第三版)，用连杆副(连杆4和柱塞5)传递主轴1和缸体7之间的运动。由于连杆与柱塞是通过滚压工艺滚压在一起，其工艺比较复杂，加工精度要求高；另外此类柱塞泵/马达由7个连杆交替驱动缸体，每一瞬时只有一个连杆拨动柱塞进而带动缸体旋转，特别在换杆期间，连杆所受的接触碰撞大，常会使连杆副发生疲劳失效现象(磨损严重，甚至有连杆折断的危险)。
发明内容
为了解决连杆副疲劳失效的问题并简化工艺，本实用新型拟对原连杆副的结构进行优化，提供一种新型的无连杆锥形柱塞的斜轴式柱塞泵/马达。
一种斜轴式柱塞泵/马达，包括壳体，还包括安装于壳体内位于壳体前端的主轴、安装于壳体内位于壳体后端的缸体，还包括安装于壳体后端的后盖、安装于后盖上的配流盘，还包括芯轴；上述缸体具有1个芯轴孔和7个均匀分布的柱塞孔；上述芯轴的前端与所述主轴的后端球铰接，后端穿过芯轴孔与所述配流盘配合；其特征在于：该斜轴式柱塞泵/马达还包括7个锥形柱塞，每个锥形柱塞的前端与所述主轴的后端球铰接，锥形柱塞的后端位于柱塞孔内，锥形柱塞的后端还具有环形凹槽，凹槽处安装开口柱塞环；
上述锥形柱塞的锥角α等于拨动缸体所需的最小接触倾角αmin的1～1.1倍；其中锥形柱塞的锥角α是指柱塞外圆母线与其轴线的夹角；其中最小接触倾角其中R为主轴球窝分布圆半径，具体指锥形柱塞前端球心到芯轴前端球心的距离；r为缸孔分布圆半径，具体指柱塞孔轴线到芯轴孔轴线的距离；L为锥形柱塞长度，具体指锥形柱塞大球头球心到柱塞尾部球形弧面中心的距离。
其中锥形柱塞的锥角α理论上等于拨动缸体所需的最小接触倾角αmin最好，但为方便设计，α一般保留一位小数，可放大1～1.1倍。与原来的连杆副相比，本实用新型将柱塞锥角设计成等于其拨动缸体所需的最小接触倾角α，可以保证柱塞和缸体接触时是完全线接触，有利于减小磨损和疲劳失效等，并提高斜轴泵/马达的疲劳寿命。另外，该结构将连杆与柱塞设计成一体，免去了滚压工艺，使得结构尺寸大为简化，重量减轻，性能更优。
上述的斜轴式柱塞泵/马达，其特征在于：上述锥形柱塞的尾部为球形弧面结构，以防止尾部与柱塞孔内壁干涉。
附图说明
图1.原A2F斜轴式柱塞泵/马达的整体装配图；
图2.本实用新型A2F斜轴式柱塞泵/马达的整体装配图；
图3.本实用新型的无连杆锥形柱塞拨动缸体运动的结构示意图
图4.本实用新型的无连杆锥形柱塞的结构示意图及局部放大图；
图5.柱塞开口密封环的结构示意图；
图6.原A2F-28斜轴泵/马达结构参数。
图中：1-主轴，2-壳体，3-轴承组，4-连杆，5-柱塞，6-芯轴，7-缸体，8-配流盘，9-后盖，10-锥形柱塞，11-柱塞环。
具体实施方案
本实用新型将用无连杆的锥形柱塞结构(包括柱塞和柱塞环)代替原连杆副结构，以现有的A2F28系列斜轴式柱塞泵/马达为算例，其结构参数见图6。
将图6参数代入前面最小接触倾角αmin的公式，可求得αmin＝1.54°；对α适当放大1～1.1倍并保留一位小数，这里取α＝1.6°。
本实用新型的无连杆锥形柱塞的斜轴式柱塞泵/马达的改进方案如下：
1)用锥形柱塞取代原连杆副结构，将锥形柱塞外圆母线与其轴线设计成α＝1.6°的锥角，这样可以保证当柱塞与缸体接触时是完全线接触，增大了接触线长度，同时取消了连杆结构，其接触直径φ14将比原连杆直径φ9更大，可以有效的保证强度。
2)柱塞尾部设计两个环型槽，用两个柱塞环密封。柱塞环的外表面为球面，分别装在锥形柱塞的环形槽内，利用压力油及开口环的弹性变形实现缸孔密封。如图5为柱塞开口密封环，其型号为CZKφ16(其中外径D1＝16mm，内径d1＝14.4mm，宽度b1＝2mm)，材料为GCr15。
3)为防止柱塞在与缸体接触时尾部发生干涉，柱塞尾部设计成R′＝16mm的球形弧面。如图4所示。
4)柱塞内开直径φ2.6的小孔，以保证油膜进入柱塞球头和传动轴球窝，形成润滑油膜。
5)柱塞材料为38CrMoAl，热处理要求：调质HB250～280；氮化处理HV856～1037。
因斜轴泵/马达在实际工作中受到的是脉动循环的疲劳交变载荷，在工作中容易发生疲劳失效，现对设计的锥形柱塞进行验算：
1)采用疲劳可靠性方法，并结合应力-强度干涉理论，对原连杆结构和新设计的锥形柱塞结构进行分析，验算其疲劳强度和安全系数。在相同的条件下(设定应力循环次数为N＝107时，零件的可靠度R＝0.99)：发现原连杆的安全系数为n1＝0.74，而新设计的锥形柱塞的安全系数为n2＝2.7。
2)采用MSC.Fatigue疲劳分析软件运用全寿命应力法(S-N曲线法)对新设计的锥形柱塞进行疲劳分析，其安全系数为n3＝2.63，与理论值接近，验证了理论分析的正确性。
因斜轴泵/马达在工作时需要保证其许用安全系数nr＝1.2～2.5，故新设计的锥形柱塞满足要求，能保证其疲劳寿命。
Claims (2)
1.一种无连杆锥形柱塞的斜轴式柱塞泵/马达，包括壳体(2)，还包括安装于壳体(2)内位于壳体前端的主轴(1)、安装于壳体(2)内位于壳体后端的缸体(7)，还包括安装于壳体(2)后端的后盖(9)、安装于后盖(9)上的配流盘(8)，还包括芯轴(6)；上述缸体(7)具有1个芯轴孔和7个均匀分布的柱塞孔；上述芯轴(6)的前端与所述主轴(1)的后端球铰接，后端穿过芯轴孔与所述配流盘(8)配合；其特征在于：
该斜轴式柱塞泵/马达还包括7个锥形柱塞(10)，每个锥形柱塞的前端与所述主轴(1)的后端球铰接，锥形柱塞的后端位于柱塞孔内，锥形柱塞的后端还具有环形凹槽，凹槽处安装开口柱塞环(11)；
上述锥形柱塞的锥角α等于拨动缸体所需的最小接触倾角αmin的1～1.1倍；其中锥形柱塞的锥角α是指柱塞外圆母线与其轴线的夹角；其中最小接触倾角其中R为主轴球窝分布圆半径，具体指锥形柱塞前端球心到芯轴前端球心的距离；r为缸孔分布圆半径，具体指柱塞孔轴线到芯轴孔轴线的距离；L为锥形柱塞长度，具体指锥形柱塞大球头球心到柱塞尾部球形弧面中心的距离。
2.根据权利要求1所述的无连杆锥形柱塞的斜轴式柱塞泵/马达，其特征在于：上述锥形柱塞的尾部为球形弧面结构。
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