专利名称：轴向柱塞式变量泵的制作方法
技术领域：
本发明是一种关于轴向柱塞式变量泵，特别是一种采用了“C”型浮动柱塞的配流盘浮动式变量柱塞泵。
轴向柱塞式变量泵，由于其具有体积小，重量轻，功率密度大，易于控制等优点，目前被广泛使用于各种液压系统中。
在轴向柱塞式变量泵中，为保持缸体与配流盘之间的适当间隙，有缸体浮动式及配流盘浮动式两种。缸体浮动式的优点在于结构较为简单，较容易选择压紧比，轴承不承受轴向载荷等。但其缺点是缸体的运动惯性大，自位性较差，吸油口的设计即自吸转速的设计受到缸体自平衡所需压紧力的限制等。与此相对应，配流盘浮动式的优点在于作为浮动体的配流盘惯性小且不牵涉到作复杂运动的柱塞及滑靴等零件，故其浮动性好，吸油口的设计较为自由，可以获得较大的自吸转速等。但其缺点是，如果采用在配流盘背面安设数个柱塞的方法，则必然使零件数增多及引起其他一些问题。
为了减低泵的噪音，目前变量斜盘的支撑方式已逐渐由以前使用较多的耳轴式(Trunnion Type)转移至摇块式(Cradle Type)。在摇块式变量斜盘与支承座之间，主要有三种支承方式。一是非整圆式滚动轴承支承，二是滑动轴承支承，三是液压式支承。第一种支承方式的缺点是价格较昂贵且多为专利权所保护，第二种方式的缺点是摩擦力较大。第三种方式的缺点则是导油机构较复杂且需要牺牲一定的容积效率。
尽管采用了种种措施，与叶片泵相比，目前柱塞泵的噪音仍然显得过大。其原因之一是由于压力脉动引起的(尤其是沿轴向的)机械振动通过变量斜盘及支承体，配流盘等而传导至两端壳体及连接座等，形成空气振动源，产生噪声。
此外，对于通轴式轴向变量液压泵，在采用中心弹簧而使柱塞回程的结构中，存在着几个问题。第一个问题是，由于通常将球铰用花键或平键等方法固定在传动轴上，使其只能相对于轴线平移而不能相对转动。由此引起的问题是若想将轴径设计得较大，则往往会因接触压力角变小而使球铰与回程盘之间的球面摩擦副的PV值过大乃至引起严重的粘着磨损等故障。
第二个问题是如果回程盘与滑靴接触的平面的平面度等加工不良，则很难使滑靴底面在吸油区平行地接触在斜盘上。第三个问题是由于各个滑靴的圆柱面外圆部轮流与回程盘上相应的通孔侧面接触而驱动回程盘转动，当上述通孔的加工质量不好时，便会引起冲击与噪音。
还有一个问题是，如果泵体内始终充满油液，则当泵在工作时，柱塞和滑靴以及回程盘等将在油液中高速搅动。由此引起至少两个问题;一是使油中产生大量的气泡，二是产生相当的扭矩损失及发热等。
对于工作压力高于300巴的高压柱塞泵，由于液体的可压缩性及柱塞与缸体之间的较大死容积的存在，容积效率会受到相当的影响。另一方面，考虑到在高速时柱塞的惯性力及良好的回程性，又难以将柱塞加工成实心的形式以消除死容积。
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种可解决上述全部问题的变量柱塞泵。
发明的意图是这样实现的将缸体与转动轴采用紧配合或很小的间隙配合，即缸体相对于转动轴不能相对运动，在配流盘的背面，安设了一块“C”型浮动柱塞，该柱塞将高压油从配流盘引至排油口。由于配流盘两面的受力均匀，故可将其做得很薄，使结构十分紧凑且零件数少。
为减低噪音，本发明中采用了摇块式变量斜盘。在变量斜盘与支承座之间，开有静压油槽(Ca)及(Cb)，该两静压油槽分别位于轴的两侧。油槽(Ca)通过一固定节流器与斜盘平面上的小孔相通，该小孔开设在滑靴滑动的轨迹圆上且位于高压侧。这样，当泵在工作时，滑靴底部的高压油将依次与该小孔接通，通过该小孔及节流器进入摇块与摇块支座之间的静压油槽(Ca)，同时，通过开在与锥轴承外圆面配合的圆柱孔上的环型油槽(Cd)将高压油引至位于轴的另一侧的静压油槽(Cb)。这意味着静压油槽的注油方式为间隙式注油，其优点在于结构简单，油液不易阻塞，泄漏较小等。
为了将由于压力脉动而引起的轴向机械振动与前壳体隔离开来，在变量斜盘支承座与前壳体之间，安放一块硬度及厚度适中的橡胶垫。
在本发明中，采用了以下措施以解决前述回程机构中的三个问题(1)球铰与传动轴之间为间隙配合，不存在任何相对转动及轴向移动的约束。同时，在波纹式回程弹簧与球铰底部之间，安置了一块起轴向止推轴承作用的环型挡圈。这样，当泵在工作时，回程盘相对于球铰只作最有限的摇摆运动而不存在相对转动。与此相对应，球铰相对于传动轴及环型挡圈作一定的来回转动，从而使球铰与回程盘之间的球面摩擦副的PV值大大降低，即使把两零件的接触压力角设计得很小，也不会出现任何问题。
(2)回程盘与滑靴接触的面为一宽度较窄的圆环面。换句话说，回程盘不与滑靴底部圆环面位于中心分布圆以内的部分相接触。这种方式既便于回程盘的加工，又能有效地将滑靴压紧在斜盘上。
(3)在各个滑靴的圆柱面周围，安置一园筒状的像胶或塑料圈。这样，即使回程盘上的通孔加工质量较差，也不会在柱塞与回程盘之间产生冲击与噪音。
为了解决柱塞等运动件高速搅动泵体内油液的问题且同时又能保证轴承及球铰面的有效润滑，在本发明中采取的方法如下在缸体的表面，设有一螺纹槽式动压泵。螺纹槽的一端与泵体的油液储存空间相通，另一端则通至回油口。从配流盘外圆部泄漏出来的油也直接通至回油口，但从配流盘内圆部泄漏出来的油则通过小轴承，传动轴上的轴向及径向孔通至球铰表面及大轴承处，对这两部分进行润滑后再被开在缸体表面上的螺纹槽泵抽至回油口。
最后，为了消除柱塞与缸孔之间的死容积，同时又能保证柱塞的重量不会增加，在本发明中采用了如下的方法在空心柱塞的中部，安置了一个死容积消除套。该套为一块密封板和一根导油管的整体式结构，位于套中心的导油小孔将高压油从柱塞的端部引至柱塞球头部及滑靴的底部。密封板与柱塞之间采用紧配合(或采用粘接剂粘死)，空心导油管与柱塞球头部内孔之间则采用粘接剂粘死，形成气密状态。这样，既消除了死容积，又不会增加柱塞的重量。
与现有的轴向柱塞变量泵相比，本发明具有效率高，可靠性高，运转平稳，噪音低，加工容易等优点。
本发明用于轴向变量柱塞泵的实施例由附图
一-附图八给出。
下面，结合附图一-附图八，详细说明依据本发明提出的轴向变量通轴式柱塞泵的工作原理及特点等。
附图一为泵的主视图，图二为A-A剖视图，图三为F向视图，表示吸排油口的相对位置关系。
如图一所示，该泵由传动轴(1)，缸体(2)，柱塞(3)，滑靴(4)，非金属材料做成的减振圈(5)，球铰(6)，回程盘(7)，环型挡圈(8)，波纹弹簧(9)，摇块式变量斜盘(10)，变量斜盘支承座(11)，静压节流器(13)，锥轴承(15)，小轴承(16)，减振橡胶垫(17)，前泵盖(18)，泵体(19)，配流盘(20)，后盖(21)，“C”型浮动柱塞(22)，密封圈(23)，定位弹簧(24)，变量大活塞(25)，变量小活塞(26)，弹簧(27)，变量斜盘驱动销(28)，驱动销轴承(29)，控制器(30)等零件组成。
当传动轴(1)驱动缸体沿图一所示方向旋转时，柱塞(3)在随缸体旋转的同时，相对于缸体作往复运动，通过配流盘(19)，将油从吸油口(A)吸入，然后经排油口(B)排出。
在泵体上开有轴向导油孔(Kl)，高压油经此小孔通至变量活塞(26)的底部，当大活塞(25)端部没有高压油作用时，由小活塞(26)底部产生的液压力及弹簧(27)的弹簧力将通过驱动销轴承(29)，变量斜盘驱动销(28)将变量斜盘(10)推至最大设定倾角，使泵有最大流量输出。当高压油通过控制器(30)进入大活塞(25)作用腔后，斜盘将被推向相反反向即倾角将变小，使泵只输出需要的流量。
在浮动配流盘背面安设了一个“C”型浮动柱塞。浮动柱塞与后泵盖之间，采用一个“C”型的塑料密封圈(23)密封，两个定位弹簧(24)保持该密封圈及“C”型柱塞始终与配流盘背面相对接触。当然，也可将“C”型柱塞与配流盘做成一体。这种方案的优点是结构简单，零件数少。另外，因为配流盘两端的受力均匀，不存在变形问题，故可将其做得较薄。其具体结构见图六。
为了使泵具有良好的动态特性，需要保证变量机构动作灵活，即尽量减小惯性及摩擦力。在本发明中，采用了静压支承摇块式变量斜盘(10)的方案。其具体结构是在变量斜盘半圆柱面上，开有两个静压油槽(Ca)及(Cb)。这两个油槽位于传动轴(1)的两侧，通过开在与锥轴承(15)外圆过盈配合的圆柱孔上的环形槽(Cd)及导油孔(Ka)，将静压油槽(Ca)的油引至另一侧的静压油槽(Cb)。在斜盘与滑靴(4)相接触的表面高压区，开设至少一个小孔(Kj)，在该小孔与静压油槽(Ca)之间，安设了一固定环缝形节流器(13)。这样，当泵在工作时，各滑靴轮流与小孔(Kj)接通，通过节流器(13)，间歇地将高压油注入静压油槽(Ca)及(Cb)，保证在变量斜盘(10)与斜盘支承座(11)之间，始终有一最小油膜且泄漏很小。
减低振动及噪音，是当今轴向柱塞泵研制工作中的一项重要任务。为了衰减由压力脉动引起的轴向机械振动，在斜盘支承座(11)与前泵盖(18)之间，安设了一块厚度及硬度适中的减振橡胶垫(17)。
当回程盘(7)轮流由各个柱塞(3)驱动旋转时，因其自转轴的角速度相对于转动轴的角速度为一有规律的变量，如果在球铰(6)与转动轴(1)之间存在转动约束，则这一由于角速度差引起的相对转动只能由球铰与回程盘之间的球面摩擦副的相对转动来吸收。在本发明中，由于球铰与轴之间没有任何转动约束，故球铰相对于环型挡圈(8)及传动轴(1)表面存在一相对转动，从而消除了球面摩擦副之间的转动，大大减小了球面摩擦副之间的＜PV＞值，即使在接触压力角很小的情况下，也不会产生任何问题。为了保证球铰与轴表面之间既使在高速高温条件下也不会产生磨损，可在轴表面上开设一螺旋润滑油槽。
固定在滑靴圆柱面上的缓冲胶圈(5)可有效地防止滑靴(4)与回程盘(7)之间产生冲击与噪音。
随着转速的提高，在离心力的作用下，滑靴将向外倾翻。尤其是在低压区内，滑靴的底圆外部与斜盘的内圆将会产生较严重的磨损及增大泄漏。为解决这一问题，本发明中的回程盘与滑靴底部接触的面为一圆环面。这种结构的优点在于加工简单，压紧效果好。回程盘的结构例见图七。
在缸体的外圆面上，开有一段螺旋槽(Bl)。当泵工作时，该螺旋槽便如同一台小型的动压式螺旋泵。因为该螺纹槽的一端直接通至泵体内空间(Sb)，故可将储存在这一空间的油抽至回油口(C)。由此而避免柱塞(3)，滑靴(4)，回程盘(7)等对油液的搅拌。
图八给出了带整体式死容积消除套的无死容积式柱塞的详细结构例。端部的密封板与柱塞之间可考虑为紧配合，而空心导管与球头部内孔则可采用高性能粘接剂粘死。图中(A1)为粘接剂接合处。此种结构对于大直径柱塞，尤具优越性。
顺便指出，本发明中所论要点的许多部分也可用于轴向定量泵及马达。
关于附图中图号的简单说明，(1)传动轴，(2)缸体，(3)柱塞组，(4)滑靴，(5)减振圈，(6)球铰，(7)回程盘，(8)环型挡圈，(9)波纹弹簧，(10)摇块式变量斜盘，(11)变量斜盘支承座，(13)静压节流器，(15)锥轴承，(16)小轴承，(17)减振橡胶垫，(18)前泵盖，(19)泵体，(20)配流盘，(21)后泵盖，(22)“C”型浮动柱塞，(23)“C”型密封圈，(24)定位弹簧，(25)变量大活塞，(26)变量小活塞，(27)弹簧，(28)变量斜盘驱动销，(29)驱动销轴承，(30)控制器，(31)密封板，(32)空心导油管，(A)吸油孔，(B)排油孔，(C)回油孔，(Ca)，(Cb)静压油槽，(Cd)环型导油槽，(Ka)，(Kj)导油小孔，(Sb)泵体内的储油空间。
权利要求
1.轴向柱塞式变量泵，由传动轴(1)，缸体(2)，柱塞组(3)，滑靴(4)，非金属材料做成的减振圈(5)，球铰(6)，回程盘(7)，环型挡圈(8)，波纹弹簧(9)，摇块式变量斜盘(10)，变量斜盘支承座(11)，静压节流器(13)，锥轴承(15)，小轴承(16)，减振橡胶垫(17)，前泵盖(18)，泵体(19)，配流盘(20)，后盖(21)，“C”型浮动柱塞(22)，塑料密封圈(23)，定位弹簧(24)，变量大活塞(25)，变量小活塞(26)，弹簧(27)，变量斜盘驱动销(28)，驱动销轴承(29)，控制器(30)等零件组成，其特征在于在浮动式配流盘的背面，安设了一块“C”型浮动柱塞。通过该柱塞，将高压油引至排油口。
2.根据权利要求“1”所述的泵，其特征在于a，球铰可相对于传动轴作相对转动及轴向移动。b，回程盘与滑靴底部圆环面的接触面为一圆环面。c，在滑靴圆柱面与回程盘通孔侧面之间，有非金属制的缓冲圈起缓冲减振作用。
3.根据权利要求“1”所述的泵，其特征在于在缸体的表面设置了螺旋槽动压泵，该螺旋槽动压泵可将泵体内的油液随时抽至回油口。
4.根据权利要求“1”所述的泵，其特征在于在空心柱塞的中部，设有一整体式的死容积消除套。该套由一块密封板和一根空心导管构成。通过该密封板及导管中心的小孔，将油从柱塞的平面端引至球头端及滑靴底部。
5.根据权利要求“1”所述的泵，其特征在于在变量斜盘与滑靴底部接触的滑动面上，开有通油小孔。在该小孔与位于变量斜盘半圆柱型滑动面上的静压油槽之间，设有一固定节流器。当泵转动时，高压油通过滑靴底部，上述小孔与节流器，将高压油间歇地注入静压油槽。
6.根据权利要求“1”所述的泵，其特征在于在变量斜盘支承座与前泵盖之间，设置了一块橡胶减振垫。
全文摘要
轴向柱塞式变量泵，是一种将机械能转变为流体能的动力元件。本发明的主要特征在于在浮动配流盘的背面，采用了一个“C”形的浮动柱塞；回程机构中采用了波纹式弹簧，非固定式球铰，回程盘与滑靴的接触面为一圆环面，滑靴圆柱体周围有缓冲圈；缸体表面设有将泵体内油液泵入回油口的螺纹槽式动压泵；柱塞为无死容积结构；变量斜盘与支承座之间采用了间歇式注油的静压支承结构；在斜盘支承座与前泵盖之间，设置了一块橡胶减振垫。
文档编号F04B1/16GK1087971SQ9211352
公开日1994年6月15日 申请日期1992年12月5日 优先权日1992年12月5日
发明者杜长春 申请人:杜长春, 杜长路