CN208416833U - 一种球面静压驱动结构及包含该结构的斜轴式柱塞泵或马达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种球面静压驱动结构及包含该结构的斜轴式柱塞泵或马达，包括驱动主轴和驱动盘，所述驱动盘与驱动主轴连接一侧的端面上成形有中心在驱动主轴轴心延长线上的静压支承球面，所述驱动盘与壳体之间夹设有用于支承所述驱动盘的衬板，所述衬板端面成形为与静压支承球面曲率半径相同的球面，在所述驱动盘上设置有通油孔，所述通油孔将油液引入静压支承球面与衬板的支承球面之间，使所述驱动盘与衬板形成间隙配合的静压油膜支承。本实用新型能够将液压力的轴向分力和部分径向分力转移至泵或马达的壳体上，大大减轻了轴承的轴向和径向负荷，降低了轴承的技术要求，提高了斜轴式柱塞泵或马达的工作可靠性和工作寿命。

Description

一种球面静压驱动结构及包含该结构的斜轴式柱塞泵或马达

技术领域

本实用新型属于液压传动和控制技术领域，特别涉及一种球面静压驱动结构及包含该结构的斜轴式柱塞泵或马达。

背景技术

轴向柱塞泵和马达是现代液压传动中使用最广的液压元件之一，其中无铰式斜轴泵或马达和滑履斜盘式轴向柱塞泵或马达是目前应用最广泛、也是最主要的两类轴向柱塞泵。这两种泵或马达目前还在竞争，各自都在不断地改进和发展。与滑履斜盘式轴向柱塞泵或马达相比，斜轴泵或马达具有如下优点：1、轴倾角较大，最大倾角可以达到40°，因此增大了排量，提高了功率质量比；2、柱塞的侧向力比斜盘式轴向柱塞泵中柱塞的侧向力小得多，因此由侧向力引起的偏磨和漏损较小；3、允许具有较高的转速，由于旋转件的质量较小和柱塞侧向力较小，斜轴式轴向柱塞泵允许较高的转速；4、自吸能力较好，由于球铰处可以较好地锚固，有利于柱塞的回程，斜轴式轴向柱塞泵允许在自吸工况或较低的进口压力下运转。但斜轴泵或马达也有其缺点：1、变量较为困难，由于采用摆动缸体或壳体方式实现变量，因此变量较为困难，变量响应时间也较慢；2、使用寿命较短，主要是受驱动主轴支承轴承的使用寿命影响，一般在2000～5000小时寿命，远小于滑履斜盘式轴向柱塞泵或马达的寿命（一般为10000小时）。

在斜轴泵或马达中，由于液压油的作用而产生的轴向和径向力全部由支承驱动主轴的轴承承受，因此驱动主轴支承轴承所受的负荷一般都很大。实践证明，斜轴泵或马达最为关键的薄弱环节之一是驱动主轴的支承轴承，其工作寿命直接影响斜轴泵本身的工作寿命。随着斜轴泵或马达的工作压力不断提高，其轴承结构不断地改进提高。如图1所示，在现有的斜轴泵或马达结构中，通常采用一对向心推力球轴承和一个向心球轴承或圆柱滚子轴承，其中一对向心推力球轴承承受柱塞液压力引起的全部轴向分力，柱塞液压力的径向分力由三个轴承共同承受。当然，也可采用一对圆锥滚子轴承取代向心推力球轴承，用一个圆锥滚子轴承代替原来的单个向心球轴承，这种支承结构的特点是圆锥滚子轴承比向心推力球轴承的额定动负荷高，提高了主轴承载能力。但圆锥滚子轴承的极限转速比向心推力球轴承低一些，故泵的转速将受到一定的限制。另外圆锥滚子轴承的容许倾斜角也比球轴承小得多。

无论采用向心推力轴承还是圆锥滚子轴承，均存在以下技术难点：1、轴承由于承受较大的轴向和径向力作用，尤其是液压力的轴向分力对轴承的影响较大，因此，轴承经常会出现表面剥落、磨损、烧蚀、蠕变等问题，导致轴承失效，轴承寿命较短；2、由于采用重载大推力轴承，轴承技术要求较高，目前我国自行生产的轴承尚难以满足要求，价格也很高；3、加工精度要求高，包含轴承的加工精度、与轴承配合的主轴轴径、与骨架密封配合的轴径、轴承装配精度等要求较高；4、保证成对的向心推力轴承或圆锥滚子轴承均匀承受轴向荷载的难度较大；5、由于要承受较大的轴向和径向力，轴直径较大，与之配合的轴承径向尺寸也较大，因此泵或马达的尺寸偏大，价格偏高。

目前，大多数提高轴向柱塞泵或马达使用寿命的技术方案都集中在如何改进轴承结构方面，但在轴承结构方面改进难度较大，较难有突破，也限制了斜轴泵或马达工作压力和速度的进一步提高。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够降低对轴承技术要求，提高工作可靠性，延长工作寿命的球面静压驱动结构及包含该结构的斜轴式柱塞泵或马达。

本实用新型技术的技术方案实现方式：一种球面静压驱动结构，包括设置在壳体内部并经由轴承支承的驱动主轴以及与所述驱动主轴连接的驱动盘，其特征在于：所述驱动盘与驱动主轴连接一侧的端面上成形有中心在驱动主轴轴心延长线上的静压支承球面，所述驱动盘与壳体之间夹设有用于支承所述驱动盘的衬板，与驱动盘的静压支承球面对置的所述衬板端面成形为与静压支承球面曲率半径相同的球面，所述驱动盘的静压支承球面以能够滑动的方式支承在所述衬板的支承球面，在所述驱动盘上设置有连通驱动盘上的柱塞支承球窝与静压支承球面的通油孔，所述通油孔将油液引入静压支承球面与衬板的支承球面之间，使所述驱动盘与衬板形成间隙配合的静压油膜支承，使液压力的轴向分力和部分径向分力经由球面静压驱动结构传递至壳。

本实用新型所述的球面静压驱动结构，其所述驱动盘的静压支承球面上设有多个油室，所述多个油室以驱动主轴轴心为中心间隔地分布在静压支承球面上，每个油室底部与对应的柱塞支承球窝之间设置有通油孔，所述通油孔将油液引入所述油室，使所述静压支承球面与衬板端面形成间隙配合的静压油膜支承。

本实用新型所述的球面静压驱动结构，其所述静压油膜支承由驱动盘与衬板相互对置的一对球面配合形成，其中，所述驱动盘的静压支承球面为向驱动主轴一侧突出的凸状球面，所述衬板的支承球面为向驱动主轴一侧凹陷的凹状球面；或者，所述驱动盘的静压支承球面为向缸体一侧凹陷的凹状球面，所述衬板的支承球面为向缸体一侧突出的凸状球面。

本实用新型所述的球面静压驱动结构，其所述静压支承球面为驱动盘上、沿球面径向向驱动主轴一侧延伸的球面凸台面，所述球面凸台面上设有多个油室，所述多个油室以驱动主轴轴心为中心间隔地分布在所述球面凸台面上，所述通油孔将油液引入所述油室，使所述球面凸台面与衬板支承球面形成间隙配合的静压油膜支承。

本实用新型所述的球面静压驱动结构，其在所述球面凸台面上设置有用于密封油液的密封部，所述密封部包括设置在油室径向内外侧的内密封部和外密封部，以及设置在相邻油室之间的间隔密封部。

本实用新型所述的球面静压驱动结构，其在所述驱动盘的球面凸台面外周设置有多个辅助支承面，所述辅助支承面之间设置有径向泄油槽，所述辅助支承面与所述外密封部之间设置有环形泄油槽，所述径向泄油槽与环形泄油槽之间相互连通。

本实用新型所述的球面静压驱动结构，其所述通油孔或柱塞中心孔设置成阻尼孔或设置有阻尼器，所述阻尼孔或阻尼器能够使油室的油压随外荷载变化而变化，以形成带油膜压力反馈的静压支承。

本实用新型所述的球面静压驱动结构，其在所述驱动盘上设置有至少一个贯通所述驱动盘两端的卸油孔，所述卸油孔将驱动盘两侧相对密闭的第一空腔和第二空腔连通，且用于将被所述驱动盘阻隔封闭在第一空腔内的油液引至缸体一侧的第二空腔内，以保证第一空腔内处于合理的油压。

一种包含上述球面静压驱动结构的斜轴式柱塞泵或马达，包括壳体、柱塞、配流盘、轴承、缸体和中心轴，所述驱动主轴轴心与所述中心轴轴心呈一定角度，所述驱动主轴一端设置在所述壳体内部且经由轴承支承于所述壳体，所述驱动主轴能够绕自身轴心旋转，所述驱动主轴与驱动盘同轴连接，所述缸体经由中心轴支承并与配流盘抵接的方式绕自身轴心旋转，所述驱动盘朝向缸体一侧的端面上设置有多个柱塞支承球窝和一个中心轴支承球窝，所述柱塞支承球窝和中心轴支承球窝分别与柱塞球头和中心轴球头以能够相对驱动主轴轴心倾动的状态滑动配合连接，其特征在于：所述球面静压驱动结构使来自柱塞一侧的液压力的轴向分力和部分径向分力通过所述驱动盘支承并传递至柱塞泵或马达的壳体。

本实用新型所述的斜轴式柱塞泵或马达，其所述驱动主轴与壳体之间夹设有轴承，所述驱动主轴支承在所述轴承上且能够相对壳体绕着自身轴心转动，所述轴承包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承设置在驱动主轴的第一轴承支承部与壳体内周面之间，所述第二轴承设置在驱动主轴的第二轴承支承部与壳体内周面之间，所述液压力的径向分力经由驱动盘和驱动主轴传递至第一轴承和第二轴承，所述液压力的轴向分力和部分径向分力通过所述球面静压驱动结构支承并传递至泵或马达的壳体。

本实用新型所述的斜轴式柱塞泵或马达，其所述驱动主轴与驱动盘为分离式独立结构，在靠近所述驱动盘一侧的驱动主轴外周面上设置有连接键部，所述驱动盘上设置有与所述驱动主轴的连接键部匹配的键槽，所述驱动主轴与驱动盘通过键连接实现传动。

本实用新型所述的斜轴式柱塞泵或马达，其所述壳体为三体式独立结构，所述壳体包括用于容纳驱动主轴和轴承的支承壳体、用于容纳缸体的中壳以及用于封闭中壳一端的端盖，所述中壳两端部分别与支承壳体和端盖通过螺栓连接，所述驱动盘将来自柱塞一端的液压力通过球面静压的驱动盘传递至柱塞泵或马达的支承壳体上。

基于上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的球面静压驱动结构将液压力的轴向分力和部分径向分力转移至泵或马达的壳体上，大大减轻了所述轴承结构的轴向和径向负荷，改善了轴承的工况条件，提高了斜轴式柱塞泵或马达的工作可靠性和工作寿命。

2、本实用新型的球面静压驱动结构承担了绝大部分液压力的的轴向分力和部分径向分力，使得驱动主轴的直径可以设置得比较小，与之配合的轴承径向尺寸也较小，因此，减少了斜轴式柱塞泵或马达的体积和重量，提高了泵或马达的单位质量功率比。

3、由于轴承不承受液压力的轴向分力，只承受部分液压力的径向分力，因此，可以不用串联的成对向心推力轴承，普通的轴承就能满足要求，大大降低了轴承结构的技术要求，再加上轴承尺寸较小，因此降低了斜轴式柱塞泵或马达的价格。

4、由于采用球面静压驱动结构，液压力的轴向分力和部分径向分力通过静压油膜支承，并经其将力传递至壳体，因此可以进一步提高斜轴式柱塞泵或马达的工作压力和工作转速。

5、本实用新型的球面静压驱动结构，具有径向支承作用，轴承只承受部分径向分力，轴承的磨损降低，加之轴承径向尺寸较小，可使得斜轴式柱塞泵或马达的因轴承部件改善而降低其机械噪声。

6、本实用新型的采用的球面静压驱动结构，具有很好的自位性，能自动补偿，有利于静压支承油膜的稳定性，可减缓端面磨损和减小静压支承面的油液泄漏，因此，大大提高了球面静压驱动结构的寿命，减少了泵或马达因倾覆漏损造成的容积效率的损失。

7、本实用新型的采用的球面静压驱动结构具有突出的抗倾覆力矩能力，使得球面静压驱动结构总能将其不平衡力矩抵消，从而保证了驱动结构与衬板紧密贴合。

附图说明

图1为现有技术中带串联的成对向心推力轴承斜轴柱塞泵或马达的结构示意图。

图2为本实用新型中带球面静压驱动结构的斜轴式柱塞泵或马达的一种实施例结构示意图。

图3为本实用新型中球面静压驱动结构的一种实施例示意图。

图4为本实用新型中球面静压驱动结构的另一种实施例示意图。

图5为本实用新型中驱动盘的一种实施例示意图。

图6为本实用新型中驱动盘的另一种实施例示意图。

图7为本实用新型中带辅助支承面的驱动盘的一种实施例示意图。

图8为图5和图6中A-A剖面图。

图9为本实用新型中带键连接驱动结构和/或三体式壳体结构的斜轴式柱塞泵或马达。

图10为本实用新型的球面静压支承结构的受力分析图。

图中标记：10为驱动主轴，11为第一轴承支承部，12为第二轴承支承部，10C为驱动主轴轴心，13为连接键部，20为轴承，21为第一轴承，22为第二轴承，30为壳体，31为法兰，32为壳体主体，33为第一空腔，34为第二空腔，35为壳体支承面，36为端盖，37为支承壳体，38为中壳，36a为圆柱引导面，36b为变量机构，40为衬板，50为驱动盘，50a为静压支承球面，51为球面凸台面，52为油室，53为通油孔，54为驱动盘外密封部，55为驱动盘内密封部，56为驱动盘间隔密封部，57为卸油孔，58为柱塞支承球窝，59为中心轴支承球窝，510为辅助支承面，511为径向泄油槽，512为环形泄油槽，513为键槽，514为凸台结构，60为压板，70为柱塞，71为柱塞球头，72为柱塞中心孔，73为锥形杆部，74为柱塞部，80为缸体， 81为柱塞孔，82为中心轴装配孔，83为缸体端面，90为中心轴，91为中心轴球头，90C为中心轴轴心，100为配流盘，101为配流盘圆柱面，110为中心弹簧。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

尽管本实用新型容许有不同形式的实施例，但本说明书和附图仅仅公开了如本实用新型的示例的一些特定形式。然而本实用新型并不试图限于所述的实施例。本实用新型的范围在所附的权利要求中给出。

为了方便描述，本实用新型的实施例以典型的取向示出，所述取向使得当斜轴式柱塞泵或马达的驱动主轴的中心轴线水平静置，以驱动主轴的联轴端一侧为左，驱动盘为右，描述中使用的“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”“水平”、“底”、“内”、“外”等术语都是参照这个位置而使用的，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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、以及特定的方位构造和操作，应理解的是本实用新型可以不同于所述的位置的取向进行制造、存放、运送、使用和销售。

为了便于说明，重点对斜轴式柱塞泵进行说明，斜轴式柱塞马达的结构可以参照斜轴式柱塞泵的结构并做必要的改变，但应指出的是，一切利用本实用新型原理的斜轴式柱塞泵或马达均可被认为包含在内。

如图2-8所示，为本实用新型的斜轴式柱塞泵的球面静压驱动结构的实施例，在所示的优选实施例中，斜轴式柱塞泵或马达包括驱动主轴10、轴承20、壳体30、衬板40、驱动盘50、压板60，柱塞70、缸体80、中心轴90、配流盘100。驱动主轴轴心10C与中心轴轴心90C呈一定角度，所述驱动主轴10以一端设置在所述壳体30内部且能够绕自身轴心旋转的状态经由轴承20支承于所述壳体30，所述驱动主轴10的另一端端面与驱动盘50同轴连接，在所述驱动盘50朝向缸体80一侧的端面上设置有多个柱塞支承球窝58和一个中心轴支承球窝59，所述柱塞支承球窝58以驱动主轴轴心10C为中心的共同圆周均匀间隔地分布在所述驱动盘50端面上，所述柱塞支承球窝58和中心轴支承球窝59分别与柱塞球头71和中心轴球头91以能够相对驱动主轴10中心轴倾动的状态滑动配合连接。所述缸体80经由中心轴及设置在中心轴周围的多个柱塞70而以能够滑动的方式设置在壳体30内，在作为斜轴式柱塞泵时，原动机（未示出，例如电动马达、内燃机等）带动驱动主轴10旋转，驱动主轴10经由驱动盘50、柱塞70带动缸体80旋转，并使得柱塞70在缸体内往复运动，从而实现泵的吸排油工作。

所述壳体30包括一端开口且呈中空状的壳体主体32以及与壳体主体32连接的端盖36，所述壳体主体32具有用于容纳驱动主轴10和轴承20的第一空腔33和用于容纳缸体80的第二空腔34，所述端盖36用于封闭壳体主体32端面并支承配流盘100，必要时可在其设置进出油口（未示出），当斜轴式柱塞泵为变量泵时，可在端盖36上设置用于变量摆动的变量机构36b。

所述驱动主轴10呈圆柱状设置在壳体的第一空腔33内，其一端伸出壳体用于外界原动机（或负载），另一端与驱动盘50同轴连接，在其上设置有第一轴承支承部11和第二轴承支承部12，第一轴承支承部11及第二轴承支承部12与壳体30之间分别夹设有第一轴承21和第二轴承22，所述驱动主轴10经由第一轴承21和第二轴承22可相对于壳体主体32绕自身的轴心旋转的方式支承在壳体主体32上。

其中，所述柱塞支承球窝58和中心轴支承球窝59分别在驱动盘50端面形成开口大致成半球状的凹部，柱塞支承球窝58以驱动主轴轴心10C的共同的圆周均匀间隔地分布的状态对柱塞杆球头71进行支承，中心轴支承球窝59在驱动主轴中心处形成并对中心轴90进行支承。在柱塞70和中心轴90安装在柱塞支承球窝58和中心轴支承球窝59后，通过压板60将其固定在驱动盘50的端面上，使得柱塞70和中心轴90以其相对驱动盘50端面的远离移动受限而可相对于驱动主轴轴心10C倾动。当然，用于将柱塞70和中心轴90固定在驱动盘50端面的方式也不限于采用压板的方式，例如，也可以在驱动盘50上设置有形状锁合的压紧装置（未示出），该压紧装置可通过大于180度的包覆将柱塞杆球头71和中心轴球头91进行固定。

所述驱动盘50与驱动主轴10连接一侧的端面上成形有中心在驱动主轴轴心10C延长线上的静压支承球面50a，在驱动盘50与壳体30之间夹设有用于支承驱动盘50的衬板40，与驱动盘50的静压支承球面50a对置的所述衬板40端面成形为与静压支承球面50a曲率半径相同的球面，所述驱动盘50的静压支承球面50a以能够滑动的方式支承在所述衬板40的支承球面，所述衬板40是一端呈平面，另一端呈球面状的圆环，呈平面状的衬板40端面以相对于壳体主体沿驱动主轴轴心的方向位移被约束的状态支承于壳体支承面35，并通过销钉等方式将其固定在壳体主体上，所述衬板40中心设置有用于驱动主轴10贯通的中心孔，在所述驱动盘50上设置有连通驱动盘50上的柱塞支承球窝58与静压支承球面50a的通油孔53，所述通油孔53经由设置于柱塞中心的柱塞中心孔与缸体80中的高压油液连通，并将高压油液引入静压支承球面50a与衬板40的支承球面之间，使所述驱动盘50与衬板40形成间隙配合的静压油膜支承，使液压力的轴向分力和部分径向分力经由球面静压驱动结构传递至壳30。

进一步地，所述驱动盘50的静压支承球面50a上设有多个油室52，所述多个油室52以驱动主轴轴心10C为中心间隔地分布在静压支承球面50a上，特殊地油室52为均匀间隔地分布，每个油室52底部与对应的柱塞支承球窝58之间设置有通油孔53，所述通油孔53将油液引入所述油室52，使所述静压支承球面50a与衬板40端面形成间隙配合的静压油膜支承。

进一步地，所述静压支承球面50a为驱动盘50上、沿球面径向向驱动主轴10一侧延伸的球面凸台面51，所述球面凸台面51是以球面凸起状的内直径和外直径围城的区域构成，驱动盘的球面凸台面51与夹设于驱动盘50和壳体30的衬板40的支承球面以能够滑动的方式相互抵接。所述球面凸台面51上与柱塞支承球窝58位置对应处设置多个油室52，所述油室52与柱塞支承球窝或柱塞数量相同，所述油室52是以驱动主轴轴心10C为中心的共同的圆周R3均匀间隔地分布在所述凸台面51上，在所述油室52底部与各个柱塞支承球窝58之间设置有通油孔53，所述通油孔53经由设置于柱塞中心的柱塞中心孔与缸体80中的高压油液连通，并将高压油液引入驱动盘的凸台面端面的油室中，使得球面凸台面51与衬板40端面之间形成间隙配合的静压油膜支承。

为了使球面凸台面51与衬板40支承球面之间形成有效的静压油膜支承，在球面凸台面51上设置有用于密封油液作用的密封部，如图5和6所示，所述密封部以包围所述油室52的状态设置在油室之间及油室的内外周部，所述密封部包括分布在油室径向内外的驱动盘内密封部55和驱动盘外密封部54，以及分布在油室之间的驱动盘间隔密封部56，所述驱动盘内密封部55是由油室52内边缘与球面凸台面51的内直径R1围城的区域，所述驱动盘外密封部54是由油室52外边缘与球面凸台面51的外直径R2围城的区域，所述驱动盘间隔密封部56是相邻两个油室52之间的间隔球面凸台面区域，所述球面凸台面51的密封部与衬板40端面之间始终保持一定合理的间隙使得油膜泄漏处于合理水平。

所述静压油膜支承由驱动盘50与衬板40相互对置的一对球面配合形成，其中，如图3所示，所述驱动盘50的静压支承球面50a为向驱动主轴10一侧突出的凸状球面，所述衬板40的支承球面为向驱动主轴10一侧凹陷的凹状球面。或者，如图4所示，所述驱动盘50的静压支承球面50a为向缸体一侧凹陷的凹状球面，所述衬板40的支承球面为向缸体一侧突出的凸状球面。

其中，在所述球面凸台面51的端面上与柱塞支承球窝58位置对应处设置的油室52沿径向的截面可设置多种形式，图5-图7为本实用新型中示出的三种实施例，但本实用新型不限于此三种实施例，一切利用本实用新型原理的实施例均可被认为包含在内。

图5为其中一个优选实施例，在该实施例中，从驱动主轴10一侧观察，在驱动盘的球面凸台面51上设置的油室52沿径向的截面呈腰形，腰形油室两端优先采用半个圆弧状，每一个腰形油室与相应柱塞支承球窝58对应，腰形油室均匀环形地间隔分布在球面凸台面51上，在腰形油室底部设置有连通油室52与驱动盘50上柱塞支承球窝58的通油孔53。

图6为其中另一个实施例，在该实施例中，从驱动主轴10一侧观察，在驱动盘的球面凸台面51上设置的油室52沿径向的截面呈圆形，每一个圆形油室与相应柱塞支承球窝58对应，圆形油室均匀环形地间隔分布在球面凸台面51上，在圆形油室底部设置有连通油室52与驱动盘50上柱塞支承球窝58的通油孔53。

进一步地，为了减少驱动盘50与衬板40之间金属支承面上的支承力，减少磨损，可在球面凸台面51上设置圆形油室或腰形油室的基础上，沿径向在驱动盘50外圆周上增设多个辅助支承面510，如图7所示，所述辅助支承面510之间设置有径向泄油槽511，所述辅助支承面510与驱动盘外密封部54之间也设置有环形泄油槽512，所述径向泄油槽511与环形泄油槽512之间相互连通。

特殊地，可以将贯通油室52底部和柱塞支承球窝58的通油孔53或者柱塞中心孔72设置成阻尼孔形式，或者也可在通油孔53或柱塞中心孔72内设置阻尼器（未示出）。这种带阻尼孔或阻尼器的结构使得驱动盘50端面与衬板40形成带油膜压力反馈的球面静压油膜支承。这种结构可使油室52的压力随外荷载而变化，其具体工作原理如下：当外荷载增加，油膜厚度减少，漏损减少，通过阻尼孔的压降减少，油室52压力升高，驱动盘50端面总推力加大，使得油膜厚度恢复至原来值；反之，当外荷载减少，油膜厚度增大，漏损加大，油室52压力下降，驱动盘50端面总推力减少，使得油膜厚度恢复至原来值。

其中，油液在驱动盘50端面与衬板40端面之间是以间隙配合形成的静压油膜支承，随着斜轴柱塞泵地运行过程中，势必会在驱动盘50端面与衬板40端面之间产生部分油液泄漏，该泄漏的油液进入到壳体主体32的第一空腔33中，起到润滑设置在该第一空腔33内轴承20的作用，但随着油液在第一空腔33的聚集，油液滞留在第一空腔33中，使得油液压力升高，油液的滞留会产生对驱动盘50向缸体80一侧的推力作用，从而破坏驱动盘50端面与衬板40端面的静液压平衡作用。因此为防止这一不利作用，在驱动盘50上设置有至少一个贯通驱动盘50两侧空腔的卸油孔57，所述卸油孔57将被驱动盘50阻隔的朝驱动主轴一侧的第一空腔33内油液引至缸体80一侧的第二空腔34，使液压油液不能滞留在第一空腔内33内，以保证第一空腔33内处于合理的油压状态。

在本实施例中，所述轴承20夹设在驱动主轴10和壳体主体32之间，所述轴承20包含第一轴承21和第二轴承22，第一轴承21设置在驱动主轴10第一轴承支承部11与壳体30内周面之间，第二轴承22设置在驱动主轴10第二轴承支承部12与壳体30内周面之间，第一轴承21和第二轴承22之间设置挡圈（未示出）。优选地，第一轴承21设置为推力轴承或向心轴承，第二轴承22设置为包含至少一个向心轴承。

其中，所述柱塞70包括一端支承在驱动盘的柱塞支承球窝58上且经由压板60固定在驱动盘端面的柱塞球头71、用于连通柱塞孔81和柱塞支承球窝58并将油液通至静压支承面的柱塞中心孔72、外周面呈圆锥形的锥形杆部73以及与缸体柱塞孔壁间隙配合且可在其内往复运动的柱塞部74。但需要说明的是，柱塞不限于锥形柱塞类型，还可以包含两端均为球头的连杆-柱塞或者带万向铰的球面柱塞。

所述缸体80是沿径向截面为圆形的柱状构形，其容纳在壳体主体32的第二空腔34内，具有以中心轴轴心90C环向均匀分布的多个柱塞孔81和在中心处用于容纳中心轴的中心轴装配孔82，所述柱塞孔81及中心轴装配孔82沿着径向的截面为圆形形状，且在缸体朝向驱动盘50一侧的端面形成开口，所述柱塞70一端以能够往复运动的方式插入缸体80的柱塞孔81中，中心轴90以其轴体外周支承缸体80的形式穿过缸体的中心轴装配孔82，一端经由中心弹簧110作用抵接在驱动盘50的中心轴支承球窝59。

所述缸体80朝向端盖36一侧端面经由中心弹簧110的预压力作用以能够滑动的方式与配流盘100端面紧密抵接，形成具有间隙配合的静压油膜支承，缸体80端面与配流盘100端面可设置成平面或球面构形的配合面。所述配流盘100上设置有高压口和低压口（未示出），该高压口和低压口被经过驱动主轴轴心10C和中心轴轴心90C的平面分割成两侧。对于变量式斜轴柱塞泵，与端盖36抵接的配流盘100端面设置成圆柱面101，相应地，与配流盘100端面对置且紧密抵接的端盖36端面也设置成与配流盘圆柱面101匹配的圆柱引导面36a，配流盘100的圆柱面在变量机构（未示出）的作用下可在端盖的圆柱引导面36a上以密接的状态进行滑动，从而实现泵的排量变化。

如图9所示，示出了本实用新型的带键连接驱动结构的静压支承式斜轴柱塞泵或马达，在所示的优选实施例中，所述驱动主轴10与所述驱动盘50为分离式独立结构，在靠近驱动盘一侧的驱动主轴10外周面上设置有连接键部13，所述连接键部13可设置为包含但不限于平键、矩形花键、渐开线花键等结构，优选地，所述连接键部13采用渐开线花键连接，更有利于传递力矩作用，在驱动盘50上设置有与所述驱动主轴10连接键部匹配的键槽，驱动主轴10与驱动盘50通过键连接实现传动。

进一步地，在所述驱动盘50的中心周部设置有沿轴向延伸的凸台结构514，在所述凸台结构514上设置有与所述驱动主轴10的连接键部13匹配的键槽513，所述驱动主轴10插入所述驱动盘50的键槽513内，并以可在其内进退的状态与所述驱动盘50键连接。

如图9所示，示出了本实用新型中的三体式壳体结构的静压支承式斜轴柱塞泵或马达，在所示的优选实施例中，所述壳体30包括用于容纳驱动主轴10和轴承20的支承壳体37、用于容纳缸体的中壳38以及端盖36，所述中壳38两端部分别与所述支承壳体37和端盖36通过螺栓连接，所述驱动盘50将来自柱塞一端的液压力通过球面静压驱动盘50并传递至泵或马达的支承壳体37上。

其中，所述支承壳体37用于支承来自柱塞一侧的液压力作用，尤其是液压力的轴向分力。由于支承壳体37是独立的一部分，因此，可以利用各种方法方便加工支承壳体37与衬板40对置的端面，包括在其表面加工出用于泄压的泄油槽、孔、销钉（未示出）等。端盖36与中壳38通过螺栓连接，端盖36设置有进油口和出油口（未示出），必要时可在端盖36上设置用于调节变量的变量机构36b。

本实用新型与平面静压驱动结构相比，采用球面静压驱动结构具有径向支承作用。由于设置球面静压驱动结构，液压力的轴向分力和部分径向分力通过驱动盘由在静压支承面与衬板端面之间的油膜支承，并进一步将支承力传递至泵的壳体主体或支承壳体。液压力的部分径向分力通过与驱动盘连接的驱动主轴经由设置在驱动主轴和壳体主体之间的第一轴承、第二轴承承担。因此，需要说明的是，本实用新型的轴承只承当部分液压力的径向分力，而几乎不需要由轴承承担液压力的轴向分力，同时，球面静压驱动结构的轴承承担的径向分力比平面静压驱动结构大大减少，因此，大大减轻了轴承的轴向和径向负荷，降低了轴承结构的要求，使得轴承结构尺寸可以更小，寿命更长。同时，需要进一步说明的是，可通过调整球面半径来调节球面支承结构承担径向分力的程度，特殊地，存在一球面半径，可使得球面静压支承结构承担的液压力径向分力最大。

进一步地，相比平面静压驱动结构，球面静压驱动结构具有很好的自位性，能自动补偿，有利于静压支承油膜的稳定性，可减缓端面磨损和减小静压支承面的油液泄漏，因此，大大提高了球面静压驱动结构的寿命，减少了泵或马达因倾覆漏损造成的容积效率的损失。

进一步地，相比平面静压驱动结构，球面静压驱动结构具有突出的抗倾覆力矩能力。如图10所示，在斜轴式柱塞泵运行过程中，柱塞70受到液压力的作用，并传递至驱动盘50上，由于驱动主轴轴心10C与缸体中心轴心90C呈一定角度，该液压力合力与驱动主轴10也呈一定角度，液压力F2可分解为沿z轴方向（即为驱动主轴方向）的分力F2z以及沿x轴方向的分力F2x。同时，把球面间隙内油液的反推力F1分解为沿z轴方向（即为驱动主轴方向）的分力F1z以及沿x轴方向的分力F1x，柱塞作用在球面静压驱动结构液压力也分解为沿z轴方向（即为驱动主轴方向）的分力F2z以及沿x轴方向的分力F2x。此外驱动结构还受到惯性力、中心轴的回程压力（未示出）等作用，在这些力作用下，驱动结构的x，y（垂直于纸面，未示出），z方向的力矩均能得到平衡，因此，即便驱动结构受到斜向液压力、分布不平衡的高低压作用，球面静压驱动结构总能将其不平衡力矩抵消，从而使得驱动结构与衬板总能保持紧密贴合。

进一步地，相比平面静压驱动结构，球面静压驱动结构具有径向结构紧凑、承载面积大，有利于提高运动稳定性和降低泵的运动噪声。

另外，由于采用了球面静压支承传递液压力的轴向分力和部分径向分力，改善了轴承20的工况条件，提高了斜轴式柱塞泵或马达的工作可靠性和工作寿命。由于球面静压支承驱动结构承担了绝大部分液压力的的轴向分力和部分径向分力，使得驱动主轴10的直径可以设置得比较小，与之配合的轴承20径向尺寸也较小，因此，减少了斜轴式柱塞泵或马达的体积和重量，提高了泵或马达的单位质量功率比。由于轴承不承受液压力的轴向分力，只承受部分液压力的径向分力，因此，可以不用串联的成对向心推力轴承，普通的轴承就能满足要求，大大降低了轴承结构的技术要求，再加上轴承尺寸较小，因此降低了斜轴式柱塞泵或马达的价格。由于采用球面静压支承驱动结构，液压力的轴向分力和部分径向分力通过静压油膜支承，并经其将力传递至壳体，因此可以进一步提高斜轴式柱塞泵或马达的工作压力和工作转速。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限与这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (11)

1.一种球面静压驱动结构，包括设置在壳体（30）内部并经由轴承（20）支承的驱动主轴（10）以及与所述驱动主轴（10）连接的驱动盘（50），其特征在于：所述驱动盘（50）与驱动主轴（10）连接一侧的端面上成形有中心在驱动主轴轴心（10C）延长线上的静压支承球面（50a），所述驱动盘（50）与壳体（30）之间夹设有用于支承所述驱动盘（50）的衬板（40），与驱动盘（50）的静压支承球面（50a）对置的所述衬板（40）端面成形为与静压支承球面（50a）曲率半径相同的球面，所述驱动盘（50）的静压支承球面（50a）以能够滑动的方式支承在所述衬板（40）的支承球面，在所述驱动盘（50）上设置有连通驱动盘（50）上的柱塞支承球窝（58）与静压支承球面（50a）的通油孔（53），所述通油孔（53）将油液引入静压支承球面（50a）与衬板（40）的支承球面之间，使所述驱动盘（50）与衬板（40）形成间隙配合的静压油膜支承，使液压力的轴向分力和部分径向分力经由球面静压驱动结构传递至壳体（30）。

2.根据权利要求1所述的球面静压驱动结构，其特征在于：所述驱动盘（50）的静压支承球面（50a）上设有多个油室（52），所述多个油室（52）以驱动主轴轴心（10C）为中心间隔地分布在静压支承球面（50a）上，每个油室（52）底部与对应的柱塞支承球窝（58）之间设置有通油孔（53），所述通油孔（53）将油液引入所述油室（52），使所述静压支承球面（50a）与衬板（40）端面形成间隙配合的静压油膜支承。

3.根据权利要求1所述的球面静压驱动结构，其特征在于：所述静压油膜支承由驱动盘（50）与衬板（40）相互对置的一对球面配合形成，其中，所述驱动盘（50）的静压支承球面（50a）为向驱动主轴（10）一侧突出的凸状球面，所述衬板（40）的支承球面为向驱动主轴（10）一侧凹陷的凹状球面；或者，所述驱动盘（50）的静压支承球面（50a）为向缸体一侧凹陷的凹状球面，所述衬板（40）的支承球面为向缸体一侧突出的凸状球面。

4.根据权利要求2所述的球面静压驱动结构，其特征在于：所述静压支承球面（50a）为驱动盘（50）上、沿球面径向向驱动主轴（10）一侧延伸的球面凸台面（51），所述球面凸台面（51）上设有多个油室（52），所述多个油室（52）以驱动主轴轴心（10C）为中心间隔地分布在所述球面凸台面（51）上，所述通油孔（53）将油液引入所述油室（52），使所述球面凸台面（51）与衬板（40）支承球面形成间隙配合的静压油膜支承。

5.根据权利要求4所述的球面静压驱动结构，其特征在于：在所述球面凸台面（51）上设置有用于密封油液的密封部，所述密封部包括设置在油室（52）径向内外侧的内密封部（55）和外密封部（54），以及设置在相邻油室（52）之间的间隔密封部（56）。

6.根据权利要求5所述的球面静压驱动结构，其特征在于：在所述驱动盘（50）的球面凸台面（51）外周设置有多个辅助支承面（510），所述辅助支承面（510）之间设置有径向泄油槽（511），所述辅助支承面（510）与所述外密封部（54）之间设置有环形泄油槽（512），所述径向泄油槽（511）与环形泄油槽（512）之间相互连通。

7.根据权利要求2所述的球面静压驱动结构，其特征在于：所述通油孔（53）或柱塞中心孔（72）设置成阻尼孔或设置有阻尼器，所述阻尼孔或阻尼器能够使油室（52）的油压随外荷载变化而变化，以形成带油膜压力反馈的静压支承。

8.根据权利要求1所述的球面静压驱动结构，其特征在于：在所述驱动盘（50）上设置有至少一个贯通所述驱动盘（50）两端的卸油孔（57），所述卸油孔（57）将驱动盘（50）两侧相对密闭的第一空腔（33）和第二空腔（34）连通，且用于将被所述驱动盘（50）阻隔封闭在第一空腔（33）内的油液引至缸体一侧的第二空腔（34）内，以保证第一空腔（33）内处于合理的油压。

9.一种包含有权利要求1至8中任意一项所述的球面静压驱动结构的斜轴式柱塞泵或马达，包括壳体（30）、柱塞（70）、配流盘（100）、轴承（20）、缸体（80）和中心轴（90），所述驱动主轴轴心（10C）与所述中心轴轴心（90C）呈一定角度，所述驱动主轴（10）一端设置在所述壳体（30）内部且经由轴承（20）支承于所述壳体（30），所述驱动主轴（10）能够绕自身轴心旋转，所述驱动主轴（10）与驱动盘（50）同轴连接，所述缸体（80）经由中心轴（90）支承并与配流盘（100）抵接的方式绕自身轴心旋转，所述驱动盘（50）朝向缸体（80）一侧的端面上设置有多个柱塞支承球窝（58）和一个中心轴支承球窝（59），所述柱塞支承球窝（58）和中心轴支承球窝（59）分别与柱塞球头（71）和中心轴球头（91）以能够相对驱动主轴轴心（10C）倾动的状态滑动配合连接，其特征在于：所述球面静压驱动结构使来自柱塞（70）一侧的液压力的轴向分力和部分径向分力通过所述驱动盘（50）支承并传递至柱塞泵或马达的壳体（30）。

10.根据权利要求9所述的斜轴式柱塞泵或马达，其特征在于：所述驱动主轴（10）与驱动盘（50）为分离式独立结构，在靠近所述驱动盘（50）一侧的驱动主轴（10）外周面上设置有连接键部（13），所述驱动盘（50）上设置有与所述驱动主轴（10）的连接键部（13）匹配的键槽（513），所述驱动主轴（10）与驱动盘（50）通过键连接实现传动。

11.根据权利要求9所述的斜轴式柱塞泵或马达，其特征在于：所述壳体（30）为三体式独立结构，所述壳体（30）包括用于容纳驱动主轴（10）和轴承（20）的支承壳体（37）、用于容纳缸体（80）的中壳（38）以及用于封闭中壳（38）一端的端盖（36），所述中壳（38）两端部分别与支承壳体（37）和端盖（36）通过螺栓连接，所述驱动盘（50）将来自柱塞（70）一端的液压力通过球面静压的驱动盘（50）传递至柱塞泵或马达的支承壳体（37）上。