平衡板梭球的制作方法

专利名称：平衡板梭球的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于压力负载旋转机构的压力补偿机构。本发明将用摆线
(gerotor)型马达的双向梭阀的较佳实施例来描述。
背景技术：
摆线马达会有压力不平衡。这种不平衡通常是由在此使用的摆线单元的选择性 加压以及其与操作端互连所必需的装置加压来引起的，通常是压力和返回。无论装
置是转子阀、单独的回转阀、单独的盘旋阀或其它，都是如此。多年以来，关于这 种压力不平衡，已经对摆线马达作出了改进。带有压力补偿机构的马达的例子包括 White的名称为Gerotor Motor Balancing Plate的美国专利4,717，320; White的名称 为Lubrication Fluid Circulation Using A Distance Valve Pump With A Bidirectional Flow的美国专利4,940,401; White的名称为Multiplate Hydraulic Motor Valve的美 国专禾U 6,074, 188; 以及Bemstrom白勺名称为Gerotor Motor And Improved Pressure Balancing Therefor的美国专利4,976,594。(还可参见White的名称为Hydraulic Motor With Pressure Compensating Manifold的美国专利6，257，853。)这些装置中的 每一个都在一定方面补偿了其中的不同压力。简而言之，美国专利4，717，320使平 衡板向后弯曲抵靠转子；美国专利4,940,401包括将流体双向地移进移出内腔的活 塞阀；以及美国专利6,074,188包括止回球以给具有最小压力的通道提供不受阻止 的层流。美国专利6,257,853是后面装有端口的装置，该装置包括歧管和端口板之 间的压力补偿板；以及Bemstrom的美国专利4,976，594包括固定阀件，该固定阀 件将星形件相对于其偏置。
这些马达中的每一个在设计、制造和操作方面自身来说都相当复杂。此外，由 于压力的延迟，这些装置中的大部分在操作中都有相应的延迟。在低速、小容量、 高扭矩的操作中和在方向改变时，这是尤其危险的。

发明内容
一种液压装置包括摆线组件、歧管、摇棒和压力平衡机构。该摆线组件包括具 有限定摆线单元的协配的齿的定子和转子。当液压流体流向摆线单元时，转子相对 于定子旋转和盘旋。摆线单元与第一流体端口和第二流体端口连通。该歧管设置在 摆线组件的第一侧上。该歧管与摆线单元、第一流体端口和第二流体端口连通。该 摇棒连接至转子。该压力平衡机构设置在摆线组件的第二侧上，第二侧与第一侧相 对。压力平衡机构限定与第一流体端口和第二流体端口流体连通的压力腔，其中， 一旦压力腔加压，压力平衡机构的一部分就被促动朝向转子。
压力平衡机构可包括梭阔。梭阀的第一侧与第一流体端口连通，而梭阀的第二 侧与第二端口连通。压力平衡机构可包括接纳摇棒的开口。压力平衡机构可包括附 连至第二板的第一板。压力腔设置在第一板和第二板之间。转子可包括可选择地与 歧管和压力腔连通的通道。


图1是结合了本发明的较佳实施例的液压装置的纵向剖视图。
图2是图1的平衡机构的放大剖视图。
图3是用在压力补偿机构中的诸板之一的剖视图。
图4是用于图2的压力补偿机构板的第一板大体沿线4一4所取的端视图。
图5是图1的板大体沿线5 — 5所取的端视图。
图6是用于压力补偿机构的第二板与图2类似的剖视图。
图7是图6的板大体沿线7 — 7所取的端视图。
图8是图7的板大体沿线8 — 8所取的端视图。
图9是图1的马达的端部/端口板的剖视图，该端部端口板从图1的视图转过
图10是图9的端部板大体沿线IO—IO所取的端视图。
图11是图9的端部板大体沿线ll一ll所取的端视图。
图12是图1的转子大体从其与图1的平衡机构盘旋接触所取的端视图。
图13是另一平衡机构的板的端视图。
图14是连续板结构的平衡机构的与图2类似的视图。
具体实施例方式
本发明涉及一种具有整体平衡机构的改进的液压摆线压力装置。
本发明将用具
有与其转子一体的阀的摆线马达的较佳实施例来描述。该装置用作马达或者独立于 流体和其机械连接件的泵。为了清楚起见，这里指的是马达。
摆线压力装置自身包括具有一体的支承/安装部分20的罩壳10、摆线组30、 歧管40、端板50和平衡机构60。
支承/安装部分20用来将装置固定至相关装置的框架，同时允许驱动轴相对于 其自由转动。驱动轴的形状、安装方式和类型将取决于给定的具体应用。这可包括 前部安装、同心安装、 一体凸缘安装和端部板安装，部分20的具体类型取决于所 预期的装置应用场合。
摆线组30是用于装置的主动力产生系统。
在此披露的具体摆线组30包括固定定子31、盘旋转子32和摇棒33。
摆线组30的定子31可限定扩展和收縮转子单元37的外部限度，此外还将摆 线组30连接至装置的罩壳10。盘旋转子32根据转子32相对于定子31的同时盘 旋运动和旋转运动来限定摆线单元37的内部尺寸。液压马达可由径向设置的摆线 单元之间的相对压力差来操作。
在所示的特定实施例中，盘旋转子32还用作液压装置的主阀。盘旋转子32 通过内部开口 55和围绕的外部凹槽开口 56来实现如此，从而通过歧管40内的通 道、使用由摇棒33来施加在盘旋转子32和旋转驱动轴22之间的动力来可选择地 使压力和返回端口与扩展和收縮的摆线单元37互连。互连件形成穿过转子中的这 些基本同心的内部阀通道55和外部阀通道56。该阀由于其固有的结构和流体简易 性而是较佳的。具有压力、返回的所述转子阀和其单侧的阀也具有压力不平衡，该 压力不平衡可尤其适于结合在此所示的本发明。具有合适的附属端口通道的这种类 型的阀例如在White的美国专利4,697,997、 White的美国专利4,872,819和White 的美国专利4,357,133中有阐述。
当装置工作时，歧管40用来提供流体连通至转子32中的内部阀通道55和外 部阀通道56，还将这些内部阀通道55和外部阀通道56与扩展和收缩的摆线单元 37互连。在所示的具体实施例中，歧管40是多板结构，具有形成在一系列用铜焊 在一起的单个截面板中的这些通道的选择性部分。这种类型的结构在White的美国 专利4,697,997和White的美国专利6,257,853中有阐述。
端部板50用于使歧管40相对于摆线组30和罩壳10的其余部分物理固定在位。 此外，在所示的较佳实施例中，端部板50用作两个端口 51、 52的物理位置，这两 个端口51、 52使压力线和返回线与摆线装置互连。这些端口可以轴向地示出，或者由于端部板50适当修正的厚度可以在装置中径向延伸。它们还可以位于支承/ 安装部分20中，如同4,357,133专利中一样。还可采用端部板/安装部分端口的组 合。这给马达提供了柔性流体的互连。
为了增大所示马达的流体效率， 一个端口 51与中心内部开口 55互连，该幵口 延伸穿过歧管40，而另一端口 52与和中心开口 55共轴的转子中的外部凹槽开口 56互连。中心内部开口 55和外部凹槽开口 56之间的转子32与歧管40的径向密 封面形成面密封，以防止其间加压流体的移动。
为了使中心内部开口 55与实际一样大，凸缘34包含在摇棒33的外周边中， 且凹槽68包含在马达IO的罩壳中。这些组合起来位于该摇棒的外端36。在所示 的实施例中，该位置与转子32和歧管40的内边缘43都相对。前者形成恒定的压 力角和摇棒33和转子32的齿之间的预定圆。此外，后者固定摇棒以防止基本上穿 过歧管40中的中心开口的平面44，从而将摇棒33固定在位抵靠穿过的流体压力。 在摇棒33和歧管的内边缘43之间没有物理接触。这减小了歧管的磨损(并因此减 小了液压流体中的附带约束)，同时使端部板相对来说并不复杂(没有一体的摇棒 定位机构)。当沿着装置轴线设置的端部板50中的端口 51用作返回端口时，这是 尤其紧要的。凸缘还允许从中心开口 55到端口 51的过度连通。穿过歧管40中心 的孔的尺寸可以尽可能得大，而不用考虑摇棒的作用。
平衡机构60设计成可通过促进装置的扩展和收縮的摆线单元37的纵向相反端
38、 39 (图2)的轴向约束来增大装置的流体效率。
参见图2，所述的特定平衡机构60包括两个板或盘62、 63,压力腔65和梭阀70。
第一板62用作反作用板，以提供用于平衡机构的压力腔65的一侧的坚实表面。 为了实现如此，该板必须具有足够的厚度以防止一侧上推力轴承24 (图1)的变形 或另一侧上压力腔65的变形。应该注意，由于装置内液压的约束，尤其是当其中 的开口52经受高压时，推力轴承24旨在进一步支承板62的内边缘(在所示的实 施例中，穿过驱动轴22的扩展部分25的纵向长度和至安装部分20的第二轴承28)。
应该注意，在所示的实施例中，凹槽68位于板62的内边缘上，与摇棒33的 外边缘35上的凸缘34协配，从而将摇棒固定在如前所述的装置内。这可通过在表 面中形成凹槽68，来降低此部件的成本，因为它很容易在铸造或机加工表面上实 施。
第二板63提供用于平衡机构60的主要平衡功能。板63通过由于压力腔65中的压力而弯曲来提供此功能，从而压靠在扩展和收縮的摆线单元37的邻接端39 上。还在摆线单元37抵靠歧管40的另一端38上，通过转子32宽度来提供物理压 力。这种作用可保持摆线单元中的压力，从而防止沿着盘旋转子32的两轴向端面 的流体泄漏。这样就可增大马达10的流体效率。在所示的实施例中，这可以是基 本上99%。此外，由于所示的较佳实施例具有在转子中的、带有外部阀凹槽56伴 随的可能压力的阀，所以板63还有助于如同在此所述补偿该进一步的不平衡。
为了提供用于阀机构60的液压，压力腔65位于两个板62、 63之间。两个密 封件67、 69形成单个圆周压力腔65的内部和外部界限。在所示的实施例中，大部 分压力腔65自身具有一深度，即两个板62、 63之间的间隔。该深度通过有利于流 体进入其整个宽度而促进平衡机构的操作。这还可提供相对一致的操作。
为了有效地使该压力腔65与高压源互连，梭阀70设置成与平衡机构60的腔 相对。该梭阀70同时连接/脱开以用于区分相对的流体压力。在所示的实施例中， 该梭阀70包括在第一开口 77和第二开口 78之间延伸的空腔73，且带有自身包含 的梭球80。
空腔73的第一幵口 77穿过装置与一个端口 51互连，而第二开口 78穿过装置 与装置的另一端口 52互连。
在所示的较佳实施例中，两者的互连是通过转子来实现的。第-开口77与装 置的中心开口 26 (和因此的端口 51)流体地互连，而第二开口 78通过转子一侧上 的凹槽49而互连，该凹槽49连接穿过通道35和通过歧管40的盘旋转子中的外部 同心阀凹槽56从而到另一端口 52。在邻接面上的转子圆突起80的根部处的、小 的附加凹坑90通过扩展凹槽39在围绕转子周边的某些位置处的相对宽度来有利于 连通。
由于这些互连，可在第一开口 77或第二开口 78中的一个中、在相应端口的加 压处获得相对压力。这种相对压力在其相反端之间的空腔73中移动球80。空腔73 中的球80自身的尺寸可允许其相对于两个板62、 63移动，同时允许其对应地相对 于两个开口 77、 78中的一个来密封两个开口 77、 78中的另一个。在所示的实施例 中，这是通过使用两个较小的底座82、 83来实现的。梭阀70因此可在空腔73中 前后往复运动，而流体地密封第一开口 77或第二开口 78中具有相对较小压力的那 个。因为空腔73自身与诸板之间的压力腔65处于共同延伸的横截面中，该压力互 连件接着又加压压力腔室65以使板63物理弯曲而抵靠转子，从而提供机构60的 平衡功能。密封件67、 69限定流体压力的内部和外部限度。
应该注意，由于采用单个球80，该球80在同一空腔73的两个相对端处的两 个底座之间往复移动，所以平衡部件设有适于在钻床上用平板来构建的简单机构。 该装置因此比诸如在这里的背景技术中所述的装置中的其它结构要更简单和更可 靠。假如没能免除定向马达的话，也能减少平衡阀的进一步流动诱导的振动。此外， 流体并不被截留在压力腔65内。流体自由流出空腔73以及流入该空腔。此外，平 衡机构在低转速下工作时不会有接合和/或阻挡。在该较佳实施例中的基座82、 83 有利于这种操作。较佳的是，假如空腔73的直径是球80的直径的105% — 125% 的话，则空腔73在压力腔65的任一侧上的深度是空腔直径的50。％ — 100%。两个 开口77、 78的长度主要由板62、 63的最小破坏强度和板63的最大弯曲程度来限 制。
在转子上的较佳实施例的表面上的凹坑90有助于开口 78的连通，这是通过协 同扩展外部凹槽49的相对直径而与开口 78连通的。在所示的较佳实施例中，这还 允许凹槽49的相对横截面扫过开口 78，以便更好地与其连通(在所示的实施例中， 对于每个偏心处来说增加两个接触)。这有利于通过比未经装饰的简单凹槽39将提 供至简单的孔78的更大量的转动度来直接连通。还还有助于与可能设置的开口 78 相连通，例如通过包括多个梭阀来实现，这些梭阀具有相对于转子32的不同相对 相位关系。另一改进是设置星形凹槽以有利于连通，这与美国专利4,872,819的图 16相似。这些修改在低速、高扭矩、快速循环、和/或方向操作中可能是合适的。 在低转速和/或强烈压差的情况下这是尤其有利的，它是通过与其它方式相比引起 开口 78的连接改进成更为迅速且使轴的转动更少(所示的实施例中在10% — 15% 内)来实现的。通过沿着其从较高压力到较低压力的残留流体通道，内部凹槽66 可沿着转子的表面被加压。此凹槽66因此总是具有相对较高的压力。这还有助于 开口 78的加压。
平衡机构可以修改。在图13中示出了一例子，其中，在邻接转子32的板63 的表面上激光刻蚀出凹槽100，从而在转子的整个轨道上给开口 78提供已知连通。 这种修改将尤其适于连续板平衡机构(图14)。在此图中，板62、 63已经用不同 厚度的成型板来替换。密封件67、 69已经用在板的内外边缘连接板的铜焊操作连 接件来替换。在歧管的内边缘上的所示盖子将允许扩大腔65。应该注意，在梭球 80和基座82、 83之间具有合适硬度差的情况下，所示的基座82、 83将自身形成 球状。
所披露的具体较佳的平衡机构60直径基本上是4.9英寸，厚度基本上是7英
寸。第一板62自身是42英寸厚，而第二板63是28英寸厚。这个150/100的比率 是较佳的，因为已经认识到，板63可提供用于压力腔的弯曲。(应该注意，通过使 用不同材料、模量硬度、和/或增强材料还可提供弯曲差。)这是在125/100至175/100 的较佳范围内，在较佳实施例中提供了理想的性能。压力腔65具有1.7英寸的外 径、0.88英寸的内径和0.03英寸的深度。内部密封件67具有0.81英寸的外径，而 外部密封件69具有1.8英寸的内径。在单个板中形成压力腔可使结构变得简单。 可选择腔的直径来基本上覆盖扩展和收縮的摆线单元的最小半径(转子下死点)和 最大直径(如图1所示的转子上死点)。(应该注意，在所示的较佳实施例中，这些 半径相对于扩展摆线单元的内端37、 38基本上居中于压力腔65中，通过减小板 62的弯曲，螺栓27和定子31的存在可使外径比内径较为不重要。推力轴承24给 板62提供进一步的支承以防止由于空腔65的加压而造成的弯曲。)空腔73的直径 是0.22英寸，球80的直径约为0.214英寸，而面对的底座82、 83在两个板62、 63之间的平面的相对侧上隔开0.025英寸。两个开口 77、 78的直径是0.078英寸， 位于离马达io的纵向轴线1.1英寸处。用于球70的基座可被抛光。
转子32具有两个凹槽49、 66。第一凹槽49如前所述穿过通道35和凹槽56 连接至端口 52。凹槽39是0.078英寸宽，其中心离开转子的中心转动轴线0.977 英寸，而另一凹槽66是0.071英寸宽，其中心离开转子的转动轴线0854英寸。孔 35 (图2和14)在凹槽39和阀连通凹槽56之间延伸，凹槽39和阀连通凹槽56 隔开1.01英寸，该孔35离开转子中心线1.01英寸且具有0.125英寸的直径。凹坑 90的直径是0.22英寸，深度是0.03英寸，位于邻近转子圆突起的根部的凹谷两侧， 通道35居中于两个相邻凹坑90之间的附加不对称凹坑91中。
应该注意，在转子阀的较佳实施例中，在其它方式的基本等同的装置中，平衡 机构60可用没有结合平衡机构的普通磨损板来替换。这给制造者/使用者带来了结 合平衡机构或不结合平衡机构的选择，从而无需改变装置10的其余部分(磨损板 可以是没有空腔73或球80的其它合适厚度的单个板)。这同时增大了单个装置的 适应性，还保持较低的供给/维护需求量。平衡机构还可以对现有的装置进行改进。 在所示的实施例中，螺栓27没有到达最低点，而在位的平衡机构允许各种不同机 构和/或板处于单个单元中。
应该注意，平衡机构可以结合入具有不同性质的转子不平衡的摆线马达中。例 如，摆线马达包括White的美国专利6,074,188中的Rotary Valve (旋转阀)或美国 专利5,135,369的Orbiting Valve (盘旋阀)。
摇棒33上的凸缘34从摇棒的外表面35延伸出来0.23英寸，且侧面倾斜基本 相同的角度，摇棒的纵向轴线用装置(在所示的实施例中为附图标记10)的纵向 轴线来形成。凹槽68具有1.5英寸的直径和0.25英寸的深度。凹槽68的外边缘和 歧管的内部平面之间的距离基本上等于凸缘34的外边缘与摇棒33的末端之间的距 离(在所示的实施例中为1.5英寸)。
尽管在所示的较佳实施例中描述了本发明，但是应该理解，可作出改变、变型 和修改而不脱离下面权利要求保护的本发明范围。
例如，平衡机构可以具有不同尺寸的开口 77、 78，从而改变梭球的响应时间， 因为认识到，凹槽56的加压比转子的中心开口 55的加压会提供更多的不平衡。作 为附加的例子，可以通过图14设计的冲床来改进板的冲压以提供锥球底座。
已经参照较佳实施例来描述了所示的实施例。一旦阅读和理解了前面的详细描 述，其它人员就能想到修改和变型。本发明应被认为包括所有的修改和变型，只要 它们落入所附权利要求书及其等同物的范围之内即可。
权利要求
1.一种液压装置，包括摆线组件，该摆线组件包括具有限定摆线单元的协配的齿的定子和转子，当液压流体流向所述摆线单元时，所述转子相对于所述定子旋转和盘旋，所述摆线单元与第一流体端口和第二流体端口连通；歧管，该歧管设置在所述摆线组件的第一侧上，且与所述摆线单元、所述第一流体端口和所述第二流体端口连通；摇棒，该摇棒连接至所述转子；压力平衡机构，该压力平衡机构设置在所述摆线组件的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对，所述压力平衡机构限定与所述第一流体端口和所述第二流体端口流体连通的压力腔，其中，一旦所述压力腔加压，所述压力平衡机构的一部分就被促动朝向所述转子。
2. 如权利要求1所述的液压装置，其特征在于，所述压力平衡机构包括梭阀， 所述梭阀的第一侧与所述第一流体端口连通，而所述梭阀的第二侧与所述第二端口 连通。
3. 如权利要求1所述的液压装置，其特征在于，所述压力平衡机构包括接纳 所述摇棒的开口。
4. 如权利要求1所述的液压装置，其特征在于，所述压力平衡机构包括附连 至第二板的第一板，所述压力腔设置在所述第一板和所述第二板之间。
5. 如权利要求1所述的液压装置，其特征在于，所述转子包括可选择地与所 述歧管和所述压力腔连通的通道。
全文摘要
披露了一种用于摆线马达的压力平衡机构，该压力平衡机构包括梭阀，该梭阀可选择地使端口与单个压力腔相互连通且因此补偿装置中压力引起的不平衡。
文档编号F01C1/00GK101198766SQ200680016690
公开日2008年6月11日 申请日期2006年5月17日 优先权日2005年5月18日
发明者R·戴戈雷 申请人:怀特驱动产品有限公司