CN217029194U - 一种四柱塞计量泵用凸轮驱动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种四柱塞计量泵用凸轮驱动机构，包括：凸轮、驱动轴、联动器、轴承、活塞、滚针轴承和柱塞：两个所述凸轮均套装在所述驱动轴上，其中位于驱动轴上的两个所述凸轮的径向相位差为90度；所述轴承安装在驱动轴上并位于凸轮两侧；所述活塞上一端内藏固连滚针轴承另一端固定有柱塞；所述联动器的两端分别与一组两个活塞固连；两组共四个所述活塞内藏的滚针轴承分别与各自对应的凸轮左右对接，所述凸轮转动时推动滚针轴承并带动各自一组的活塞及柱塞做往复运动。本实用新型的优点是：四柱塞计量泵用凸轮驱动机构的凸轮休止角较大，柱塞停滞时间会很长，抑制脉动效果较好。

Description

一种四柱塞计量泵用凸轮驱动机构

技术领域

本实用新型涉及凸轮技术领域，具体涉及一种四柱塞计量泵用凸轮驱动机构。

背景技术

目前，多柱塞计量泵的驱动机构里有一种是凸轮驱动机构，它一般由凸轮，驱动轴，轴承等零件构成，凸轮依靠外形曲面控制柱塞速度并驱动柱塞做吸入吐出的往复运动。

凸轮驱动的三柱塞计量泵的吐出是每根柱塞以三种不同的速度(加速，匀速，减速) 进行连续地往复运动，即使柱塞到了上止点或下止点都不会停歇而是瞬间转换运动方向继续运行，这样泵内的单向阀的阀芯回落相对速度较慢无法瞬间关闭，且因柱塞瞬间回程产生容积和压力变化，直到阀芯坐落到阀座上时已经有少量液体急速回流，因此吐出侧的流量和压力会有周期性的下降，即发生脉动和容积效率下降。当计量泵的吐出压力越高，转速越高，脉动表现就越差，同时当注入液体为低粘度液体或液化高压气体时容积效率显著下降。如图1所示，单一凸轮的速度曲线，表明速度没有间断区域。

在柱塞做吐出吸入和吸入吐出的转换瞬间，在凸轮上对应的转角区域内设计近休止角和远休止角，使凸轮转动进入休止角范围内柱塞处于停歇状态，这时阀芯回落到阀座上的瞬间不会发生逆流。以此来解决因凸轮设计不足导致的脉动问题。但是，如果在这两个变速区内分别设计近休止角和远休止角，将挤压变速区域，急剧加大加速度值和减速度值的增加，即增加速度的斜率，如图1所示，短时间增加加速度值和减速度值不利于凸轮的动力性和运动性，会削减柱塞推动力，增加驱动箱的负荷。所以三柱塞计量泵的凸轮驱动机构的凸轮上，因增速减速区域狭小很难设计比较大的休止角，而休止角较小柱塞停滞时间会很短抑制脉动效果有限。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种四柱塞计量泵用凸轮驱动机构，用于获得较大的休止角，并使凸轮转动进入休止角范围内柱塞处于停歇状态，这时阀芯回落到阀座上的瞬间不会发生逆流。以此来解决因凸轮设计不足导致的脉动问题，以克服上述现有技术的不足。

本实用新型提供的四柱塞计量泵用凸轮驱动机构，包括：凸轮、驱动轴、联动器、轴承、活塞和滚针轴承和柱塞；

两个所述凸轮均套装在所述驱动轴上，其中位于驱动轴上的两个所述凸轮的径向相位差为90度；

所述轴承安装在驱动轴上并位于凸轮的两侧，所述活塞的一端设置有与凸轮接触的滚针轴承，所述柱塞设置在活塞的另一端，所述滚针轴承、活塞和柱塞形成一体，两组共四个所述活塞对称设置在驱动轴的两侧，所述凸轮转动时推动活塞内藏的滚针轴承带动活塞和柱塞做往复运动，所述联动器的两端与活塞固连，所述联动器带动活塞作同步运动。

作为本实用新型的优选结构，所述凸轮安装在四柱塞计量泵内，其中，在凸轮驱动多柱塞计量泵连续运行中的各柱塞吐出量总和始终保持不变，所述凸轮上设置近休止角和远休止角；

所述近休止角设置在凸轮转角0°至0°±α的范围内，其中，α＝15°，且凸轮半径为常数；

所述远休止角设置在凸轮转角180°至180°±β的范围内，其中，β＝15°，且凸轮半径为常数。

作为本实用新型的优选结构，在所述近休止角和所述远休止角以外的变速区转角范围内设计的凸轮半径R随转角θ变化而变化，即所述凸轮半径R＝f(θ)。在凸轮转角90°区域设计一个匀速区以补偿因进入休止角柱塞停止时断流的吐出量。

本实用新型的优点及积极效果是：

1、本实用新型中四柱塞计量泵用凸轮驱动机构的凸轮休止角较大，柱塞停滞时间会很长，抑制脉动效果较好。

2、本实用新型在凸轮上设计了近休止角和远休止角，使每根柱塞都以五种速度变换 (停歇，加速，匀速，减速，停歇)做吐出运行。其中停歇是凸轮转角进入近休止角区域或远休止角区域时让柱塞处于静止不动，这样柱塞前部既没有容积变化，阀座与柱塞之间没有液体流动，单向阀的阀芯依靠自重和弹簧复位能力回落关闭阀门，避免了柱塞在上止点和下止点时因柱塞动作与阀芯关闭动作的不协调产生的液体急速回流，因此抑制了流量和压力脉动。并且本申请中凸轮的转角0°区域设计了近休止角，在转角180°区域设计了远休止角，并限定了其休止范围，使得在凸轮驱动的多柱塞计量泵中避免阀芯关闭过程中产生液体回流现象。

3、本实用新型解决了因柱塞与泵的内部单向阀动作的不协调产生的脉动问题，其中脉动是柱塞计量泵的流量精度和压力脉动的两大性能指标之一。

4、本实用新型中通过近休止角设置在凸轮转角0°至0°±α的范围内，远休止角设置在凸轮转角180°至180°±β的范围内，本实用新型将凸轮按径向相位差90°配置在驱动轴上，因此最大限地设计α＝β＝15°，对低粘度液体和液化压缩气体应用时改善容积效率的效果显著。

5、本实用新型的凸轮可以应用于超高精度无脉动柱塞计量泵上。这种计量泵的用途：在各种致密精细发泡的生产工艺，比如通讯电缆的树脂层发泡，其它行业的树脂发泡。在各种致密精细薄膜的生产工艺，比如汽车行业的锂电池用薄膜。微通道技术里对高精度和无脉动需要提供了新的选项。高端材料的研发和生产，对高精度无脉动有较高要求的材料研发和生产提供了新的选项。为越来越多的高端化工产品的研发和生产提供了高精度无脉动的研发和制造设备。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为现有技术中的凸轮及凸轮的速度曲线(无间歇)示意图。

图2为现有技术中的吐出侧的阀芯与阀座之间液体急速回流示意图。

图3为现有技术中的吸入侧的阀芯与阀座之间液体急速回流示意图。

图4本实用新型实施例中的凸轮休止角示意图。

图5本实用新型实施例中的凸轮的吐出速度曲线示意图。

图6本实用新型实施例中的凸轮进入远休止角示意图。

图7本实用新型实施例中的凸轮要离开远休止角示意图。

图8本实用新型实施例中的凸轮转入近休止角示意图。

图9本实用新型实施例中的凸轮要离开近休止角示意图。

图10本实用新型实施例中的凸轮示意图。

图11本实用新型实施例中的凸轮与驱动轴安装结构示意图。

图12本实用新型实施例中的局部结构俯视图。

图13本实用新型实施例中的整体结构示意图之一。

图14本实用新型实施例中的整体结构安装图之二。

图15本实用新型实施例中的整体结构安装图之三。

图16本实用新型实施例中的滚针轴承与活塞安装结构安装图。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

图1-16示出了根据本实用新型实施例的整体结构示意图。

如图1-16所示，本实用新型实施例提供的四柱塞计量泵用凸轮驱动机构，包括：凸轮1、驱动轴2、联动器3、轴承4、活塞5、柱塞6、滚针轴承7；两个所述凸轮1均套装在所述驱动轴2上，其中位于驱动轴2上的两个所述凸轮1的径向相位差为90度；

所述轴承4安装在驱动轴2上并位于凸轮1两侧，两组共四个所述活塞5对称设置在驱动轴2的两侧并通过所述活塞5上的滚针轴承7分别与各自对应的凸轮1对接，两组共四个所述柱塞6固连在对应的活塞5内，所述凸轮1转动时推动活塞5的滚针轴承7做往复运动，此时所述滚针轴承7带动活塞5及柱塞6并通过联动器3带动同组的另一端的所述活塞5柱塞6滚针轴承7一起做往复运动，所述联动器3的两端与两个活塞5固连。

本实施例中的凸轮1安装在四柱塞计量泵内，其中，在凸轮1驱动多柱塞计量泵连续运行中的各柱塞吐出量总和始终保持不变，所述凸轮1上设置近休止角和远休止角；

所述近休止角设置在凸轮转角0°至0°±α的范围内，其中，α＝15°，且凸轮半径为常数；

所述远休止角设置在凸轮转角180°至180°±β的范围内，其中，β＝15°°，且凸轮半径为常数。

本实施例中在所述近休止角和所述远休止角以外的变速区转角范围内设计的凸轮半径R随转角θ变化而变化，即所述凸轮半径R＝f(θ)。在凸轮转角90°区域设计一个匀速区以补偿因进入休止角柱塞停止时断流的吐出量。以此凸轮曲线控制柱塞速度进行往复运动。休止角越大抑制液体急速回流的效果越好。

本实施例中的凸轮1是指机械的偏心回转轮零件，它把回转运动通过紧靠其边缘的滚轮(滚针轴承7)变换成直线运动介于活塞5传递给柱塞。也就是说凸轮通过滚轮介于活塞5带动柱塞进行往复运行同时也把力传递给了柱塞。本实施例中的凸轮驱动是指驱动轴是通过带动凸轮回转驱使柱塞做往复运动，通过凸轮边缘的曲线控制柱塞的速度并把负荷能力传递给柱塞。本实施例中的凸轮转角是指凸轮回转时的转过的角度。本实施例中的凸轮休止角为凸轮半径不变的转角区域。凸轮转角进入此区域柱塞静止不做往复运动。本实施例中的凸轮近休止角：在凸轮转角0°附近区域设计的休止角为近休止角。凸轮转动进入近休止角到离开近休止角时，因凸轮半径不变，柱塞处于停歇静止不动状态，离开近休止角时柱塞开始推进。凸轮远休止角：在凸轮转角180°附近区域设计的休止角为远休止角。凸轮转动进入远休止角到离开远休止角时，因凸轮半径不变，柱塞处于停歇静止不动状态，离开远休止角时柱塞开始返回。本实施例中休止角的范围越宽柱塞停歇的时间就越长，抑制脉动效果就越好。柱塞停歇的时间大于阀芯回落到阀座的时间就能抑制脉动的发生。本实施例中的单向阀：单向阀由阀体，阀芯，阀座构成，其功能是阀芯通过弹簧，液体压力或阀芯自重使阀芯坐在阀座上起密封作用。吐出侧压力即使超过入口侧压力，也不会逆流。只有单向阀的入口侧的压力超过吐出侧的压力流体才能由入口侧流向吐出侧。即只能单方向流动，即叫单向阀。在泵头里，每根柱塞联通吐出侧一个吐出单向阀，联通吸入侧一个吸入单向阀。本实施例中的脉动及脉动现象：流体在管道里以流动中流量或压力定期性发生变动，叫脉动，也叫脉动现象。测试评价时一般使用脉动率，多指压力脉动。压力脉动影响薄膜，涂层以及微反应器反应等的质量。也影响高质量发泡精度。本实施例中的液化高压气体：常温气体，经过压缩和降温使其变成液态，这叫液化高压气体。本实施例中的容积效率：容积效率＝实际吐出量/理论吐出量×100％，即理论吐出量＝实际吐出量+内部泄漏量，内部泄漏量越多，容积效率越低。液化高压气体的粘度非常低，泵的内部只要一点的内泄缝隙在高压的作用下流体就会急速泄漏，所以流体若是液化高压气体的话，计量泵的容积效率就显得非常重要了。本实施例中的柱塞计量泵及流量精度：柱塞计量泵是凸轮驱动柱塞做吸入吐出的往复运行的具有流量精度的容积式泵。这里的流量精度指流量再现性精度，即,流量再现性精度＝容积效率Max-容积效率Min，容积效率＝(实际吐出量/理论吐出量)×100％，流量精度也是是指单位时间内的吐出量之差且具有再现性，吐出量之差越小流量精度越高。进行流量精度计算时，一般需要同条件测定数组吐出量数据进行容积效率计算进而取容积效率最大值和最小值进行流量精度计算。本实施例中的驱动轴的径向和轴向：驱动轴的径向是沿直径或半径的直线方向。轴向是旋转中心轴线的方向。

工作原理：驱动轴2带动两个凸轮1转动，两个凸轮1在转动的过程中推动两组固定在活塞5里的滚针轴承7并同时带动固定在活塞内的柱塞在箱体里的导套内做往复运动，通过凸轮的转角0°区域设计了近休止角，在转角180°区域设计了远休止角，在凸轮的休止角区域内使柱塞有停歇动作。在休止角区域内凸轮半径不随转角变化而变化，因此当凸轮转角处于休止角的范围内，柱塞静止不动即处于停歇状态。

凸轮的吐出速度曲线上转角0°附近设计了停歇动作，在转角180°附近也设计了停歇动作，如图5所示。因此凸轮驱动柱塞运行在上止点和下止点时会有静止动作。休止角越大柱塞停歇时间越长就越有利于阻止液体回流，抑制脉动。采用这种有休止角的凸轮驱动柱塞做间歇往复运行，通过对凸轮的速度设计使其控制柱塞的运行速度，达到各柱塞吐出量的总和不变。

凸轮上设计具有近休止角和远休止角的速度曲线，会依据凸轮在驱动轴上的径向相位差配置不同而不同，在设计变速区时其对应的转角范围越大其速度斜率就越小，越有利于凸轮的动力性和运动性，比如径向相位差120°和90°的配置方法，在保持相同的速度斜率条件下，可设计的休止角的转角范围很不一样，本实施例中就通过将凸轮径向相位差配置为90°，并保持与径向相位差120°相同的速度斜率条件，设计的近休止角0°±α，α＝15°，远休止角180°±β，β＝15°，以保证其为最合理状态。

凸轮上设计的远休止角180±β的具体作用，当凸轮转到转角180-β度，进入远休止角时，即把柱塞推进到上止点。柱塞开始停歇，如图6所示，柱塞前部的液体容积和压力都不变，此时吐出腔的单向阀的阀芯因自重以及弹簧等因素开始向阀座回落直至坐落到阀座上关闭阀门，此时液体没有回流内泄。当凸轮转到180+β度，即离开远休止角，柱塞开始离开上止点转入回程，如图7所示。这时启动吸入腔的单向阀液体开始进入泵里。因此休止角的作用就是协调柱塞和单向阀关闭动作，并抑制了脉动发生。再有，依据在轴向不同的相位差配置凸轮的情况，尽可能设计比较大的远休止角，为柱塞停歇赢得更多的时间，这样有利于提高凸轮的转速。

凸轮上设计的远休止角0±α的具体作用：当凸轮转到转角0-α度，进入近休止角时，柱塞进入了下止点，柱塞开始停歇，如图8所示，在无柱塞推力的情况下，吸入腔的单向阀阀芯因自重等因素回落直至回落到阀座关闭阀门。所以不会发生因柱塞推力的液体急速回流。当凸轮转到0+α度，即离开近休止角，柱塞开始离开下止点转入推进行程如图9所示。休止角的作用是在吸入侧能避免因柱塞推力产生的内泄，提高了容积效率。这对输送注入低粘度液体和液化高压气体时效果很明显。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保范围为准。

Claims (3)

1.一种四柱塞计量泵用凸轮驱动机构，其特征在于，包括：凸轮、驱动轴、联动器、轴承、活塞、滚针轴承和柱塞；

两个所述凸轮均套装在所述驱动轴上，其中位于驱动轴上的两个所述凸轮的径向相位差为90度；

所述轴承安装在驱动轴上并位于凸轮的两侧，所述活塞的一端设置有与凸轮接触的滚针轴承，所述柱塞设置在活塞的另一端，所述滚针轴承、活塞和柱塞形成一体，两组共四个所述活塞对称设置在驱动轴的两侧，所述凸轮转动时推动活塞内藏的滚针轴承带动活塞和柱塞做往复运动，所述联动器的两端与活塞固连，所述联动器带动活塞作同步运动。

2.根据权利要求1所述的一种四柱塞计量泵用凸轮驱动机构，其特征在于，所述凸轮安装在四柱塞计量泵内，其中，在凸轮驱动四柱塞计量泵连续运行中的各柱塞吐出量总和始终保持不变，所述凸轮上设置近休止角和远休止角；

所述近休止角设置在凸轮转角0°至0°±α的范围内，其中，α＝15°，且凸轮半径为常数；

所述远休止角设置在凸轮转角180°至180°±β的范围内，其中，β＝15°，且凸轮半径为常数。

3.根据权利要求1所述的一种四柱塞计量泵用凸轮驱动机构，其特征在于，在所述近休止角和所述远休止角以外的变速区转角范围内设计的凸轮半径R随转角θ变化而变化，即所述凸轮半径R＝f(θ)。

Images