一种曲面滚道斜盘轴向柱塞泵及马达的制作方法
【专利说明】一种曲面滚道斜盘轴向柱塞泵及马达 所属技术领域：
[0001] 本发明涉及一种曲面滚道斜盘轴向柱塞泵及马达，属流体压力机械技术领域。作 为泵是用于将旋转机械能转变成流体压力能的能量转换装置。该能量转换装置同时也是可 逆的，亦可作为马达用于将流体压力能转换成旋转机械能输出。
【背景技术】：
[0002] 现有技术中，斜盘式轴向柱塞泵及马达是液压传动中使用最广的最重要的液压动 力元件之一，其性能好坏是影响液压系统工作性能的关键。然而柱塞泵及马达的设计和制 造技术几十年来鲜有变化，结构老化，性能不良，可靠性差。问题主要集中在两个方面：即柱 塞、滑靴和斜盘之间，柱塞和缸体之间这两对关键的摩擦副，因为这两对摩擦副是主要的产 生扭矩和传递扭矩的受力点、线、面，严重的不良摩擦状态以致零件受损，引发故障和降低 效率，同时也是产生能量耗散、泄漏和流量脉动的地方。泵/马达的性能和寿命与这些摩擦 副息息相关，因此摩擦副的改造和优化也就成了轴向柱塞泵/马达的最重要的关键技术之 〇
[0003] 现代液压传动的发展趋势是轻型，高压，大流量，高功率密度，高集成度及优良的 动态性能。现有技术中的斜盘式轴向柱塞泵及马达多为单边组合液压缸和斜盘，单程作功， 回程则依靠易于疲劳损坏的部件--弹簧来压紧和保持位置，难以做到"大流量"、"高压"和 "高功率密度"，显然不能满足现代工业发展的高标准要求，因此改进是必须的迫切的。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术中斜盘式轴向柱塞泵及马达的柱塞、滑靴和斜盘之间滑动摩擦 副带来的诸多问题，本发明采用滚动摩擦副，即在柱塞上设置径向滚轴来实现滚动摩擦，普 通斜盘是无法与这样的径向滚轴构成滚动摩擦副的，因此斜盘须要变形为一个具有扭转的 曲面滚道的新型斜盘，这个曲面滚道应该是柱塞在随液压缸缸体作圆周运动转动一周和柱 塞相对液压缸作轴向往复运动正好往复一次的复合运动时，始终与能柱塞上的径向滚轴保 持径向线接触并且连续、平滑、围绕一周首尾无缝相接的曲面。这样的曲面滚道与柱塞上的 径向滚轴就能够构成滚动摩擦副，而取代现有技术中的柱塞、滑靴和斜盘之间的滑动摩擦 畐IJ。应当指出这样的曲面滚道可以是无限多的，为了清晰、准确地描述这类曲面滚道，下面 仍以平面斜盘的基本特性为标准，阐述一个理想的抽象的曲面滚道斜盘。
[0005] 图1是曲面滚道斜盘形成示意图，其中所有点都能在图2中找到相应标记，通过抽 象的点、线可以更清晰地描述曲面滚道的特征。图1中S是假想斜盘平面，S与圆柱面交切 的倾斜角为9,而交切得到的椭圆圆周的顶点分别是a和c，o点是椭圆的中心点，图2中的 径向滚轴轴体（5)可以抽象表示为线段ab，根据平面斜盘的基本特性：线段ab作匀速圆周 运动转动一周，同时沿轴向平移作匀速往复运动正好往复一次的复合运动。从图中可以确 定a点在复合运动中的轨迹就是椭圆的圆周，线段ab垂直于主轴轴线，其与假想斜盘平面 s的夹角是0，从图中可以看出，在复合运动中，b点的空间位置决定了 0的值是不断变化 的。线段ab平移行程的一半同时沿圆周转90度，在图上可以推断a点和b点都将重合于o 点，这显示线段ab完全落到平面s上，也就是表明夹角0的值不断减小直至降为零，而从 90度到180度，线段ab转到平面s的另一边，夹角0应为负值并继续减小，直至与cd重 合，于是可以确认b点的轨迹就是图中的虚线bd。从180度到360度，正是线段ab平移往 复运动的返程，所以将重复图中轨迹只不过是在椭圆圆周的另一边，并且还原到初始位置， 所形成的曲面两者完全对称。现在可以简略地描述这个曲面就是沿着椭圆圆周向外宽度为 ab的扭转的闭合的曲面，由这个假想的曲面将径向滚轴的实际尺寸及锥度考虑进去，就可 得到实际的曲面滚道了。事实上这一实际的曲面滚道是可以修正的，以改善速度、扭矩的输 出和降低噪声为目的的优化也可说是必须的，但万变不离其宗，"宗"就是这个理论的曲面 和由此建立的滚动摩擦副。
[0006] 径向滚轴与柱塞的相对位置关系也可以有多种选择，这里列出三种：一种是在柱 塞的端部，一个是沿径向设在柱塞的内侧，而第三是沿径向设在柱塞的外侧，当然曲面滚道 则相应与之相对设置，这样就可在柱塞的端部、内侧或外侧建立滚动摩擦副。
[0007] 本发明为解决现有技术中存在的问题所采用的技术方案是：一种曲面滚道斜盘轴 向柱塞泵及马达，由曲面滚道斜盘、液压缸体、柱塞、径向滚轴、主轴、配流系统及端盖等支 承、封闭部件组成，其特征在于：所述曲面滚道斜盘是一具有扭转的曲面滚道的斜盘，这个 曲面滚道是柱塞在随液压缸缸体作圆周运动转动一周和柱塞相对液压缸作轴向往复运动 正好往复一次的复合运动时，始终能与柱塞上的径向滚轴保持径向线接触并且连续、平滑、 围绕一周首尾无缝相接的曲面，所述径向滚轴是指其轴线与所述液压缸缸体和所述主轴的 径向线重合的滚动体，设置在所述柱塞的端部或内侧或外侧与所述曲面滚道斜盘构成滚动 摩擦副，所述径向滚轴设置有至少一组轴承和滚子。
[0008] 柱塞和缸体之间这对摩擦副，也是现有技术中斜盘式轴向柱塞泵及马达的软肋， 柱塞和缸体之间的滑动摩擦要求配合极其精密，但是在柱塞与斜盘作用时会产生扭矩使柱 塞和缸体之间的摩擦面偏移，造成局部严重磨损，同时柱塞与斜盘作用还会产生一个侧向 撬动力，尤其是在柱塞伸出缸体较长的悬臂状态时损害更为严重，其带来的问题不言而喻。 这也是现有技术中斜盘式轴向柱塞泵及马达适应高压的能力受到局限，斜盘的倾斜角想要 增大也受到局限的根本原因。本发明采用设置导轨的方法来解决这个难题：让柱塞或柱塞 的附加构件在导轨的导向槽的导向作用下作轴向往复运动并通过导向槽传递扭矩，那么柱 塞无论运动到什么位置这个扭矩都不会影响到柱塞和缸体之间的滑动摩擦面。导轨也同时 起到稳定径向滚轴保持径向的定位作用，导轨须集合组成一定结构形式来适应每一个柱塞 的导向要求，原则是导轨不可阻断曲面滚道和影响径向滚轴在滚道上的运行，
[0009] 根据前述曲面滚道斜盘轴向柱塞泵及马达，其特征在于：增加设置了导轨组合体， 所述导轨组合体是由多个导轨组合而形成的外形如圆柱状的结构件，所述柱塞或柱塞的附 加构件在所述导轨组合体的导向槽内作轴向往复运动并且不能偏移和转动，从而达到稳定 所述径向滚轴保持径向的定位作用，并通过所述导轨组合体传递扭矩。
[0010] 现有技术中的斜盘式轴向柱塞泵及马达多为单边组合液压缸和斜盘，单程作功， 本发明采用双液压缸体的设计，两个在相同圆周上有相同数目的分缸的液压缸体对置作为 组合液压缸，在柱塞的中间位置设垂直于柱塞轴线的径向滚轴，柱塞两端分别与对置的液 压缸体中的两个分液压缸配合组成双作用轴向柱塞液压缸。于是，在柱塞运动的每一瞬间， 其在对置两分缸缸内的长度之和不变，消除了柱塞伸出悬臂过长的缺陷，这样就大大降低 了扭矩、撬动力的负面影响，同时有了双作用轴向柱塞液压缸也就具备了双向作功的基础 条件。
[0011] 有了双作用轴向柱塞液压缸当然就需要双斜盘使之与径向滚轴分别构成滚动摩 擦副，将单程作功改变为双向作功，将两个曲面滚道斜盘其中之一调转180度然后对置，使 其曲面滚道相向，即构成一个循环封闭的滚道槽，柱塞中间的径向滚轴置于滚道槽中，分别 与两个曲面滚道斜盘作用。这一设计带来的更为显著的效果是：组合液压缸缸体内所有成 对的双作用轴向柱塞液压缸除在其配流切换的位置外都在作功，大大提高了功率密度，同 时改变了现有技术中斜盘式轴向柱塞泵及马达产生单边扭矩和输出扭矩、压力不匀衡，有 较大波动的状态，并且取消了易于疲劳损坏的回程压紧弹簧。
[0012] 到现在再来回看这项发明的总体设计，虽然仍称之为"曲面滚道斜盘"，实际上已 脱离了斜盘的形制和概念，是一种全新的产品设计，从机构理论的层面上来分析这是一种 极少被运用到的"内圆柱面凸轮机构"，然而对于这个产品而言，曲面滚道的选择、设计和优 化至关重要，保留斜盘的概念是有益的
[0013] 本发明为解决现有技术中存在的问题所采用的技术方案是：所述液压缸体增为组 合液压缸体，所述组合液压缸体是指两个在相同圆周上分布相同数目的分液压缸的缸体的 组合，所述柱塞为不同于普通柱塞的双头柱塞，所述双头柱塞指其两端为同一轴线的柱塞， 而在中间位置有与其轴线相垂直的所述径向滚轴，所述组合液压缸体其分液压缸缸口两两 相对并与所述双头柱塞组成双作用轴向柱塞液压缸，所述导轨组合体置于所述组合液压缸 的两个缸体之间，其导轨槽的个数与所述组合液压缸中双作用轴向柱塞液压缸数目相等， 即每一导轨槽对应一个所述双头柱塞和所述径向滚轴，所述曲面滚道斜盘增为两个，其中 之一调转180度后对置，使其曲面滚道相向，从而形成一个可容所述径向滚轴在其间滚动 的封闭、循环的滚道槽，所述径向滚轴的轴体上设有滚动轴承和滚子，分别与两个所述曲面 滚道斜盘构成滚动摩擦副。
【