明細 回転形流体エネルギ変換機 技術分野 Description Rotary fluid energy converter Technical field
本発明は、 静圧タイ プの流体ポ ンプまたはモー夕 と し て使用する 回転形流体エネルギ変換装置に関する。 背景技術 The present invention relates to a rotary-type fluid energy conversion device used as a hydrostatic type fluid pump or motor. Background art
本件発明者は先に回転形流体エネルギ変換機 (特公昭 The inventor of the present invention first described a rotary fluid energy converter (
6 4 — 8 1 9 0 号公報参照) を提案したが、 こ のエネル ギ変換機は トルク リ ング (ポ リ ゴン リ ングに相当) 外周 に各シ リ ンダ毎に圧力ポケ ッ ト (静圧軸受) を設ける こ と によ っ てポ リ ゴン リ ングの各辺 ごと に偶力 を構成する こ と によ り 、 トルク リ ングの支持軸受の荷重を軽減して レ ^ る。 This energy converter has a pressure pocket (static pressure) for each cylinder on the outer periphery of the torque ring (corresponding to a polygon ring). By providing a couple on each side of the polygon ring by providing a bearing, the load on the supporting bearing of the torque ring is reduced.
従来の回転形流体エネルギ変換機にあっ ては、 ポ リ ゴ ン リ ング外面 に各シ リ ンダ毎に圧力 ポケ ッ ト (静圧軸 受) を設けていたため、 多数の静圧軸受か ら の漏れ損失 が多 く 、 加工も複雑であ る とい う 問題があ っ た。 発明の開示 In conventional rotary fluid energy converters, pressure pockets (hydrostatic bearings) are provided for each cylinder on the outer surface of the polygon ring, so that a large number of hydrostatic bearings are required. There were problems such as high leakage loss and complicated processing. Disclosure of the invention
本発明では、 上記の欠点を改良 し、 偶力式の特長を活 か しなが ら静圧軸受の漏れ損失を少な く し、 加工も簡単
容易な回転形流体エネルギ変換機を実現する も のであ る 本発明は上記課題を解決するために、 ポ リ ゴン リ ング の各内側平面が各シ リ ンダ内圧力によ っ て受ける外向き の半径方向力 を、 流入側シ リ ンダによ る半径力 と、 流出 側シ リ ンダによ る半径力の 2 グループにま とめ、 夫々 を 一括 して半径方向荷重を打消すよ う に構成したも のであ る。 In the present invention, the above disadvantages are improved, the leakage loss of the hydrostatic bearing is reduced while taking advantage of the features of the couple type, and machining is simple. SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an easy-to-use rotary fluid energy converter, in which each inner plane of a polygon ring receives an outwardly directed pressure caused by a pressure in each cylinder. The radial forces are grouped into two groups, the radial force by the inflow-side cylinder and the radial force by the outflow-side cylinder, and each of them is configured to cancel the radial load collectively. It is a thing.
具体的には、 本発明の回転形流体エネルギ変換機にお いては、 第 1 図に示すよ う に、 ポ リ ゴン リ ング 4 の外周 面は球面状の平滑面に仕上げ られ、 盃を伏せた形の静圧 パ ッ ド 6 はパ ッ ドホールダ一 7 によ り 球面中心方向に可 動に保持さ れ、 パネ力でポ リ ゴン リ ング外周面に軽く 圧 接さ れる。 Specifically, in the rotary fluid energy converter of the present invention, as shown in FIG. 1, the outer peripheral surface of the polygon ring 4 is finished to a spherical smooth surface, and the cup is turned down. The pad-shaped static pressure pad 6 is movably held toward the center of the spherical surface by the pad holder 17 and is lightly pressed against the outer periphery of the polygon ring by a panel force.
パ ッ ドホールダ一はその軸心がピ ン 卜ル偏心方向及び 回転軸方向 と直角方向で、 かつ、 回転軸を通る位置にケ 一シングで保持され、 シ リ ンダーブロ ッ ク のそのパ ッ ド ホールダー側半周の シ リ ンダに通じ る ポー 卜圧力が導入 さ れる。 The pad holder is held by casing at a position where the axis of the pad holder is perpendicular to the direction of the eccentricity of the spindle and the direction of the rotation axis, and passes through the rotation axis, and the pad holder of the cylinder block is mounted on the pad holder. A port pressure leading to the cylinder on the side half is introduced.
パ ッ ドホールダ一の内径に静圧パ ッ ドが嵌ま り 合う が その嵌合径の断面積は、 その面積に上記ポー ト圧力 を乗 じた力が、 ポ リ ゴン リ ング各辺の う ちその静圧パ ッ ド側 半数の内面が受ける 力の合力 と等し く なる よ う に選ばれ る。 図面の簡単な説明
第 1 図は、 本発明を用 いた定容量型の液圧ポンプ zモ 一夕 の断面図であ る。 第 2 図は、 本発明を用いた可変容 量型の液圧ポンプ/モータ の断面図であ る。 第 3 図は、 第 1 図の装置の軸直角断面図による静圧パ ッ ド の作用 - 効果の説明図であ る。 第 4 図は、 第 3 図の説明によ る静 圧パ ッ ド の効果をグラ フ に表わ した も のである。 発明を実施する ための最良の形態 The static pressure pad fits into the inner diameter of the pad holder, but the cross-sectional area of the fitting diameter is determined by the force obtained by multiplying the area by the above port pressure, as in each side of the polygon ring. The static pressure pad side is selected so that it is equal to the resultant force of half of the inner surface. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 is a cross-sectional view of a constant displacement hydraulic pump z-model using the present invention. FIG. 2 is a sectional view of a variable displacement hydraulic pump / motor using the present invention. FIG. 3 is an explanatory view of the operation-effect of the hydrostatic pad according to a cross-sectional view perpendicular to the axis of the apparatus of FIG. FIG. 4 is a graph showing the effect of the static pressure pad described in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 発明の実施の形態を実施例に も とづき図面を参 照 して説明する。 Hereinafter, embodiments of the invention will be described based on examples with reference to the drawings.
第 2 図はシ リ ンダ数 7 の可変ポンプ/モータ に適用 し た場合の実施例であ る。 こ の場合、 ピ ン 卜ル 1 は リ ヤー ケース 1 0 に設け ら れた台形溝でガイ ド さ れて、 紙面直 角方向に移動可能で偏心量を変える こ とができ、 シ リ ン ダーブロ ッ ク と の嵌合部はテ一パーになっ てい る。 従つ てシ リ ンダ中心軸はテーパ一面にほぼ直角 にな り 、 ポ リ ゴン リ ング 5 の内面の各辺が受ける外向き半径力は入出 力軸の軸端方向に傾斜している。 Fig. 2 shows an embodiment in which the present invention is applied to a variable pump / motor having 7 cylinders. In this case, the pindle 1 is guided by a trapezoidal groove provided in the rear case 10 and can be moved in a direction perpendicular to the plane of the paper to change the amount of eccentricity. The fitting part with the hook is a taper. Accordingly, the center axis of the cylinder is substantially perpendicular to one surface of the taper, and the outward radial force applied to each side of the inner surface of the polygon ring 5 is inclined toward the shaft end of the input / output shaft.
シ リ ンダ数が 7 であるか ら 、 Fh 3 で図示される 力べク トルはポ リ ゴン リ ング半周の 3 辺が受ける外向き半径力 の合力 を示し、 F h 4 で図示される力ベク ト ルはリ ング半 周の 4 辺が受ける 外向き半径力 の合力 を示す。 従っ て Fh 3、 Fh 4 の半径方向分力 は相等 しいが軸端方向分力 は 3 対 4 となる。 Since the number of cylinders is 7, the force vector shown by Fh 3 indicates the resultant force of the outward radial forces applied to the three sides of the polygon ring halfway, and the force shown by Fh 4 The vector indicates the resultant force of the outward radial forces on the four sides of the ring. Therefore, the component force in the radial direction of Fh 3 and Fh 4 is equal, but the component force in the shaft end direction is 3 to 4.
ポ リ ゴン リ ング 4 の外周面は球面状の平滑面に仕上げ
ら れ、 盃を伏せた形の静圧パ ッ ド 6 は (構造上パ ッ ドホ 一ルダ一は不要) フ ロ ン ト ケース 5 に設け られた保持穴 7 1 によ り 球面中心方向に可動で保持されバネ力でポ リ ゴン リ ング外周面に軽 く 圧接さ れる 。 そ して、 静圧パ ッ ド 内 にはシ リ ンダ一ブロ ッ ク のその静圧パ ッ ド側半周 のシ リ ンダに通じるポー ト圧力が導入される。 The outer peripheral surface of the polygon ring 4 is finished to a spherical smooth surface The static pressure pad 6 with the cup facing down (the pad holder is unnecessary due to its structure) is held in the center of the spherical surface by the holding hole 71 provided in the front case 5. It is held movably and lightly pressed against the outer circumference of the polygon ring by the spring force. Then, a port pressure is introduced into the static pressure pad, which communicates with the cylinder on the half circumference of the cylinder block on the static pressure pad side.
フ ロ ン ト ケース に設け ら れた保持穴の内径に静圧パ ッ ドが嵌ま り 合う が、 保持穴の方向および内径は、 その面 積に上記ポー ト圧力 を乗じた力が、 上記 Fh 3 と Fh4 の 逆ベク トルの平均 (F で図示) と等 し く なる よ う に選ば れる。 The static pressure pad fits into the inside diameter of the holding hole provided in the front case.The direction and inside diameter of the holding hole is determined by the force obtained by multiplying the area of the holding hole by the above port pressure. It is chosen to be equal to the average of the inverse vectors of Fh 3 and Fh4 (shown as F).
第 1 図の実施例について、 第 3 図を参照 して静圧パ ッ ド によ る軸受荷重軽減作用 を説明する。 The embodiment of FIG. 1 will be described with reference to FIG. 3 to explain the effect of reducing the bearing load by the hydrostatic pad.
第 3 図に示すよ う に、 静圧パ ッ ド によ り ポ リ ゴン リ ン グをその中心方向に押 し返す力 F の方向は一定 (水平) であ るが、 ポ リ ゴン リ ング内面の各辺が受ける外向き半 径力の合力はポ リ ゴン リ ングの回転に伴っ てその方向が 変動する。 As shown in Fig. 3, the direction of the force F that pushes the polygon ring back toward its center by the static pressure pad is constant (horizontal). The direction of the resultant radial radial force applied to each side of the inner surface fluctuates as the polygon ring rotates.
すなわち 、 シ リ ンダ本数 Z が 9 本の場合を示す第 3 図に於いて、 矢印の方向に回転 してポンプ作用 している 場合、 シールブッ シュ 1 3 が図示の位置に来る直前まで は吐出ポー ト 1 1 の圧力 を う けてい る ので、 シールブッ シュ 1 3 , 2 3 , 3 3 , 4 3 , 5 3 の 5 本が高圧であ り 、 外向き半径力の合力の方向はシールブッ シュ 3 3 の方向 ( 1 0 度上向き、 Fu で図示) である。 しか し、 図示の
位置か ら 回転した直後にはシールブッ シュ 1 3 が吸入ポ 一 ト とつながっ て低圧になる ため外向き半径力の合力の 方向は急変 し、 シールブッ シュ 3 3 と 4 3 との 中間の方 向 ( 1 0 度下向き、 F d で図示) になる。 ただし合力の 大き さ は不変である。 In other words, in FIG. 3 showing the case where the number of cylinders Z is nine, in the case of rotating in the direction of the arrow and pumping, the discharge port is kept until the seal bush 13 comes to the position shown in the figure. Since the pressure of 11 is applied, the five seal bushs 13, 23, 33, 43, 43, and 53 have high pressure, and the direction of the resultant force of the outward radial force is (Upward by 10 degrees, shown by Fu). However, Immediately after rotating from the position, the direction of the resultant force of the outward radial force changes suddenly because the seal bush 13 is connected to the suction port and the pressure is low, and the direction between the seal bush 33 and 43 is intermediate ( 10 degrees downward, indicated by F d). However, the magnitude of the resultant force does not change.
こ の回転位置では外向き半径力 の合力の方向 (F d で 図示) が最も下向き に傾いている ので、 偶力 を構成する こ とでポ リ ゴン リ ングの軸受荷重が完全に打ち消される 方向 ( Fh で図示) と の誤差ベク トル ( Fr で図示) が最 大であ り 、 これがポ リ ゴン リ ング軸受の ラヂアル荷重と して残る。 At this rotational position, the direction of the resultant force of the outward radial force (shown as Fd) is inclined most downward, so that the couple load constitutes a direction in which the bearing load of the polygon ring is completely canceled. The error vector (shown by Fr) with respect to (shown by Fh) is the largest, and this remains as the radial load of the polygon ring bearing.
こ の位相力ゝ ら さ ら に 1 0 度回転 した位相に到る までの 間は合力の方向が水平に近づく に従っ て荷重打ち消 し誤 差が減少 し、 1 0 度回転した位相において外向半径力の 合力 の方向は水平とな り (Fh で図示)、 静圧パ ッ ド によ り ポ リ ゴン リ ングをその中心方向に押し返す力 F と正反 対方向 となる ので完全な偶力が構成さ れ、 ポ リ ゴン リ ン グの軸受荷重は打ち 消さ れゼロ になる。 こ の位相か ら さ ら に回転すれば、 合力の方向が水平か ら外れる に従つ て荷重打ち消 し残差 Fr が増大し、 2 0 度回転した位置 で最大値に達する。 Until the phase force reaches the phase further rotated by 10 degrees, the error cancels out by reducing the load as the direction of the resultant force approaches horizontal, and the outward force at the phase rotated by 10 degrees The direction of the resultant force of the radial force is horizontal (shown by Fh), and the force F that pushes the polygon ring toward its center by the static pressure pad is opposite to the force F, so it is a perfect couple. The bearing load of the polygon ring is canceled and becomes zero. When the phase is further rotated from this phase, the load cancellation residual Fr increases as the direction of the resultant force deviates from horizontal, and reaches the maximum value at a position rotated by 20 degrees.
上述の Fr、 すなわち 半周分の半径方向荷重を一括 し ' て 1 つ の静圧パ ッ ドで打消すよ う に したため残っ た (ポ リ ゴン リ ング軸受に加わる) ラヂアル荷重と、 回転角度 と の関係を第 4 図に示し、 あわせて荷重を打消すための
静圧 パ ッ ド が 無 い 場 合 の ポ リ ゴ ン リ ン グ軸 受 荷 重 ( F = Fd = Fh = Fu) を比較のため併記 した。 The above-mentioned Fr, that is, the radial load for a half circumference is collectively canceled by one static pressure pad so that the remaining radial load (applied to the polygon ring bearing), the rotation angle, Fig. 4 shows the relationship between The loading weight of the polygon ring shaft (F = Fd = Fh = Fu) without the static pressure pad is also shown for comparison.
第 3 図の上部に図示したよ う に、 外向き半径力 の合力 の最大傾角 α はシ リ ンダ数を Ζ とすれば、 As shown in the upper part of Fig. 3, the maximum tilt angle α of the resultant force of the outward radial force is given by
Q! = 9 0 ° / Z であ り Q! = 90 ° / Z
〔Fr〕 max= 2 * sin( α / 2 ) * F (Fr) max = 2 * sin (α / 2) * F
であ る力、 ら 、 Power,
〔 Fr〕 max = 2 * sin( 4 5 ° Z Z) * F [Fr] max = 2 * sin (45 ° Z Z) * F
Z = 9 の と さ Z = 9
〔 Fr〕 max= 2 * sin 5 ° * F = 0.1743 * F = F/ 5.74 [Fr] max = 2 * sin 5 ° * F = 0.1743 * F = F / 5.74
〔 Fr〕 mean= 〔 Fr〕 max/ 2 = 0.0872 * F = F/ 11.47 Z = 7 の と さ [Fr] mean = [Fr] max / 2 = 0.0872 * F = F / 11.47 Z = 7
〔Fr〕 max = 2 * sin(45 ° / 7 ) * F) = 0.224 * F = F/4.47 〔Fr〕 mean= 〔 Fr〕 max/ 2 = 0.112 * F = F/8.93 すなわち 、 静圧パ ッ ドによ り ポ リ ゴン リ ング軸受荷重は 平均値で夫々 1 / 11.47 及び 1 Z 8.93 に軽減される。 (Fr) max = 2 * sin (45 ° / 7) * F) = 0.224 * F = F / 4.47 (Fr) mean = [Fr] max / 2 = 0.112 * F = F / 8.93 That is, static pressure pad As a result, the polygon ring bearing load is reduced to 1 / 11.47 and 1 Z 8.93, respectively, on average.
玉軸受の寿命は荷重の 3 乗に逆比例 し、 図示のよ う な 変動荷重であ る ので積分計算によ り 算出すれば、 静圧パ ッ ド によ る 玉軸受の計算寿命の増加率は Z= 9 の と き 4300倍、 Z= 7 の とき 1600倍となる。 産業上の利用可能性 The life of a ball bearing is inversely proportional to the cube of the load, and is a fluctuating load as shown in the figure.If calculated by integral calculation, the rate of increase in the calculated life of the ball bearing due to the hydrostatic pad Is 4300 times when Z = 9 and 1600 times when Z = 7. Industrial applicability
偶力式の特長を活かしなが ら 、 静圧軸受の漏れ損失を 少な く し、 加工も簡単容易な回転形流体エネルギ変換機 を実現する こ とが可能となる。
While utilizing the features of the couple type, it is possible to reduce the leakage loss of the hydrostatic bearing and to realize a rotary type fluid energy converter that is easy to process.