[發明專利]一種曲面滾道斜盤軸向柱塞泵及馬達

有效

• 申請號: 201510295059.2
• 申請日: 2015-05-27
• 公開（公告）號: CN104863812B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 郭仁發
• 申請（專利權）人: 郭仁發
• 主分類號: F04B1/16
• 分類號: F04B1/16;F04B53/00;F04B53/14;F04B53/16;F03C1/06;F03C1/28;F03C1/32
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本發明涉及一種曲面滾道斜盤軸向柱塞泵及馬達，屬流體壓力機械技術領域。解決了現有技術中斜盤柱塞泵及馬達長期存在的兩大問題，即柱塞、滑靴和斜盤之間，柱塞和缸體之間這兩對關鍵的摩擦副的問題，工作不良狀況得到完全的改善，重要特征是：以徑向滾軸來實現的滾動摩擦，雙作用軸向柱塞液壓缸，雙斜盤，加大功率密度，提高效率，是一種新型的具有優勢的液壓元件。

所屬技術領域：

本發明涉及一種曲面滾道斜盤軸向柱塞泵/馬達，屬流體壓力機械技術領域。作為泵是用于將旋轉機械能轉變成流體壓力能的能量轉換裝置。該能量轉換裝置同時也是可逆的，亦可作為馬達用于將流體壓力能轉換成旋轉機械能輸出。

背景技術：

現有技術中，斜盤式軸向柱塞泵/馬達是液壓傳動中使用最廣的最重要的液壓動力元件之一，其性能好壞是影響液壓系統工作性能的關鍵。然而柱塞泵/馬達的設計和制造技術幾十年來鮮有變化，結構老化，性能不良，可靠性差。問題主要集中在兩個方面：即柱塞、滑靴和斜盤之間，柱塞和缸體之間這兩對關鍵的摩擦副，因為這兩對摩擦副是主要的產生扭矩和傳遞扭矩的受力點、線、面，嚴重的不良摩擦狀態以致零件受損，引發故障和降低效率，同時也是產生能量耗散、泄漏和流量脈動的地方。泵/ 馬達的性能和壽命與這些摩擦副息息相關，因此摩擦副的改造和優化也就成了軸向柱塞泵/馬達的最重要的關鍵技術之一。

現代液壓傳動的發展趨勢是輕型，高壓，大流量，高功率密度，高集成度及優良的動態性能。現有技術中的斜盤式軸向柱塞泵/馬達多為單邊組合液壓缸和斜盤，單程作功，回程則依靠易于疲勞損壞的部件-彈簧來壓緊和保持位置，難以做到“大流量”、“高壓”和“高功率密度”，顯然不能滿足現代工業發展的高標準要求，因此改進是必須的迫切的。

發明內容

為了解決現有技術中斜盤式軸向柱塞泵/馬達的柱塞、滑靴和斜盤之間滑動摩擦副帶來的諸多問題，本發明采用滾動摩擦副，即在柱塞上設置徑向滾軸來實現滾動摩擦，普通斜盤是無法與這樣的徑向滾軸構成滾動摩擦副的，因此斜盤須要變形為一個具有扭轉的曲面滾道的新型斜盤，這個曲面滾道應該是柱塞在隨液壓缸缸體作圓周運動轉動一周和柱塞相對液壓缸作軸向往復運動正好往復一次的復合運動時，始終與能柱塞上的徑向滾軸保持徑向線接觸并且連續、平滑、圍繞一周首尾無縫相接的曲面。這樣的曲面滾道與柱塞上的徑向滾軸就能夠構成滾動摩擦副，而取代現有技術中的柱塞、滑靴和斜盤之間的滑動摩擦副。應當指出這樣的曲面滾道可以是無限多的，為了清晰、準確地描述這類曲面滾道，下面仍以平面斜盤的基本特性為標準，闡述一個理想的抽象的曲面滾道斜盤。

圖1是曲面滾道斜盤形成示意圖，其中所有點都能在圖2中找到相應標記，通過抽象的點、線可以更清晰地描述曲面滾道的特征。圖1中s是假想斜盤平面，s與圓柱面交切的傾斜角為而交切得到的橢圓圓周的頂點分別是a和c，o點是橢圓的中心點，圖2 中的徑向滾軸軸體(5)可以抽象表示為線段ab，根據平面斜盤的基本特性：線段ab 作勻速圓周運動轉動一周，同時沿軸向平移作勻速往復運動正好往復一次的復合運動。從圖中可以確定a點在復合運動中的軌跡就是橢圓的圓周，線段ab垂直于主軸軸線，其與假想斜盤平面s的夾角是β，從圖中可以看出，在復合運動中，b點的空間位置決定了β的值是不斷變化的。線段ab平移行程的一半同時沿圓周轉90度，在圖上可以推斷a 點和b點都將重合于o點，這顯示線段ab完全落到平面s上，也就是表明夾角β的值不斷減小直至降為零，而從90度到180度，線段ab轉到平面s的另一邊，夾角β應為負值并繼續減小，直至與cd重合，于是可以確認b點的軌跡就是圖中的虛線bd。從180度到360 度，正是線段ab平移往復運動的返程，所以將重復圖中軌跡只不過是在橢圓圓周的另一邊，并且還原到初始位置，所形成的曲面兩者完全對稱?，F在可以簡略地描述這個曲面就是沿著橢圓圓周向外寬度為ab的扭轉的閉合的曲面，由這個假想的曲面將徑向滾軸的實際尺寸及錐度考慮進去，就可得到實際的曲面滾道了。事實上這一實際的曲面滾道是可以修正的，以改善速度、扭矩的輸出和降低噪聲為目的的優化也可說是必須的，但萬變不離其宗，“宗”就是這個理論的曲面和由此建立的滾動摩擦副。