专利名称：滑阀式齿轮转子马达的制作方法
本申请是1997年6月10日提交的第97112996.7号申请的分案申请。
本发明涉及旋转式流体压力装置如低速，高转矩齿轮转子马达(gerotor motors)，更具体来说，涉及改进型滑阀式齿轮转子马达。
低速、高转矩齿轮转子马达一般按照其装设阀门的方式分类为“滑阀式”马达或“圆盘阀式”马达。本说明书中所用术语“滑阀”是指一种基本为圆筒形的阀件。其中，在滑阀的圆柱形外表面和围绕的壳体的相邻圆柱形内表面之间出现阀门动作。对比来看，术语“圆盘阀”是指一种基本是圆盘形的阀件，在圆盘阀的横向表面(垂直于转动轴线)和相邻的横向表面之间出现阀门动作。
虽然本发明可以用于各种尺寸、各种流量和压力等级的齿轮转子马达，但是，滑阀式马达一般限制于具有较低流量和压力等级的较小的马达，其部分原因在于滑阀式马达的固有局限性。在本发明所涉及的那种典型的滑阀式马达中，滑阀包括一个前轴颈表面和一个后轴颈表面，每个轴颈表面与壳体的相邻滑阀孔配合以限定一个间隙。与圆盘阀式马达的情形不同，上述间隙为不能完全消除的泄漏通道。
另外，在大多数滑阀式马达中，滑阀和马达的输出轴是整体形成的。因此，在侧载荷作用在输出轴上的马达应用场合中，侧载荷一般使滑阀在壳体的孔中位移，在前轴颈表面和孔之间打开一个较大的间隙和泄漏通道。本专业技术人员懂得，通过轴颈配合的泄漏作为间隙(包括围绕径向位移的轴颈的间隙)的立方而增加，因此，当侧载荷使滑阀在孔中位移时，通过轴颈配合的泄漏显著增加，从而使容积效率下降。熟悉齿轮转子马达的技术人员已经认识到，为了在两个工作方向上获得相等的容积效率和较好的双向性，需要使前、后轴颈的泄漏相等，但是，在本发明以前，一直未能制得一种当马达承受侧载荷时可有几乎相等的泄漏而又不使容积效率下降的装置。
本发明的一个目的是提供一种改进型的滑阀式马达，它在输出轴上可承受侧载荷而不显著降低马达的容积效率，同时在前、后轴颈上保持几乎相等的泄漏，从而在两个工作方向上维持几乎相等的容积效率。
本发明的另一个目的是提供一种改进型的滑阀式马达，它能够实现上述目的，但是它在侧载荷下比只有两个轴颈轴承表面的现有技术的滑阀式马达也具有较好起动转矩效率。
本发明的上述和其它目的是通过下述类型的旋转流压装置实现的，它包括具有流体进口和流体出口的壳体装置和一个与壳体装置配合的流体压力操纵位移装置，其包括一个带内齿环形件和一个带外齿的星形件，该星形件偏心地设置在环形件中，在星形件和环形件之间有相对的轨道和旋转运动，从而限定了响应于轨道和旋转运动胀、缩的流体容积腔。当滑阀与壳体装置配合工作，以便在进口和膨胀的容积腔之间和在出口中的收缩的容积腔之间形成流体连通。
按照本发明的一个方面，一根输出轴与滑阀整体形成，并设有用于将转动从位移装置传至输出轴的装置。滑阀包括一个与输出轴相邻设置且与壳体装置相配合以限定一个额定前间隙的前轴颈表面和一个朝向位移装置设置的后轴颈表面。输出轴适应倾向于使轴的外端径向移动的预定侧载荷。
这种改进型的流体压力装置的特征在于壳体装置包括一个绕输出轴设置的装纳轴承的部分。一滚珠轴承组在输出轴和壳体装置的装纳轴承部分之间径向设置。该滚珠轴承组径向预加载一个量，因而当输出轴承受预定侧载荷时，轴在轴承组中无显著的径向运动。
在使滑阀式齿轮转子马达应用于新领域的努力中，将滑阀式齿轮转子马达制得轴向更短、总体尺寸更小、结构更简单，因而降低制造成本，显得越来越重要。
因此，本发明的一个目的是提供一种改进型的旋转流体压力装置，它可以减小马达中的零件数目，从而减小尺寸、重要并降低制造成本。
本发明的上述和其它目的是通过提供一种前述那种改进型的旋转流体压力装置实现的，按照本发明的另一个方面，设有一个输入输出轴装置，以及用于将转动从位移装置传至输入输出轴装置的装置。外部带齿的星形件具有转动。
这种改进型装置的特征在于壳体装置包括一个限定进口和出口的阀壳，该阀壳紧邻位移装置设置且与外部带齿的星形件分隔开来。阀芯紧邻外部带齿件设置且与在轴向载荷下工作时其接合。
附图简要说明如下
图1是按照本发明的滑阀式齿轮转子马达的轴向剖视图；图2是沿图1中2-2线的，比例大致相同的横剖视图；图3是沿图1中3-3线的，比例稍大的横剖视图；图4是前轴颈区域的放大局部剖视图，表示本发明的一个方面；图5是径向偏转相对沿输出轴-滑阀组件位置的曲线图，表示本发明的另一个方面。
现在参阅并非旨在限定本发明的附图，图1是可应用本发明的那种流体马达的轴向剖视图。这种低速、高转矩马达11一般是圆筒形的，包括若十不同的部分。马达11包括一个阀壳13、一个传递流体能量的位移机构15，在本实施例中，该位移机构是一个滚子齿轮转子齿轮组。一个端帽17邻近该齿轮组设置，借助多个螺栓19(图1中只画出其中一个)以流体密封接合方式将阀壳13、齿轮组15和端帽17装在一起。每个螺栓19装纳在一个由阀壳13限定的基本呈U形的凹口20中。
阀壳13包括一个流体口21和一个流体口23。齿轮组15包括一个内部带齿的环形件25，螺栓19穿过其中，还包括一个外部带齿的星形件27。环形件25和星形件27的齿相互啮合，形成多个膨胀的流体容积控29，以及多个收缩的流体容积腔31(见图2)，这是本专业中公知的。每个流体容积腔29和31与螺栓19所穿过的凹口20之一流体连通。
阀壳13限定一个滑阀孔和一对环形槽35和37。槽35借助通道39与流体口21连通，而槽37借助通道41(图1中示意地画出)与流体口23连通。阀壳13限定多个径向孔43，每个径向孔通向滑阀孔33，每个径向孔43与一轴向通道45连通，通道45则与阀壳13的后表面47相通。
一个输出轴组件设置在滑阀孔33中，它包括一个轴部49和一个滑阀部51，在中空的，圆筒形的滑阀部51中设置一个主传动轴53，一般称为“dogbone shaft(狗骨轴)”。输出轴组件限定一组内部直花键55。星形件27限定一组内部直花键57。传动轴53包括一组与内花键55啮合的冕状外花键59及一组与内花键57啮合的冕状外花键61。
滑阀部51限定多个与环形槽35连通的轴向通道63。以及多个与环形槽37连通的轴向通道65。轴向通道63和65常常被称为“定时槽”。正如本专业技术人员所熟知的那样，轴向通道63构成在环形槽35和齿轮组15偏心线一侧的孔43之间的流体连通，而轴向通道65则构成环形槽37和偏心线另一侧的孔43之间的流体连通。在滑阀部51转动时，这样形成的轴向通道63和65与孔43之间的连通阀门动作是本专业中公知的，这里不再赘述。如本专业技术人员公知的那样，如果流体口21与一压力流体源连通且流体口23与一系统的容器相连通，那么，输出轴49就以一个方向(假定为顺时针方向)转动，而如果流体口21与容器连通且流体口23与压力流体源连通，那么，输出轴49就以相反的方向(假定为逆时针方向)转动。
虽然滑阀部51的整个外圆柱形表面与滑阀孔33相隔很近，滑阀部51有两个明显的区域被认为是形成了在孔33中的轴承支承。滑阀部51包括一个邻的49的环形前轴颈表面67和一个邻近滑阀部51后端的后轴颈表面69。由于本专业技术人员所熟知的原因，在轴颈表面67和69和滑阀孔33之间保持一种“轴承式配合”是很重要的。使滑阀部51(介于轴颈表面67和69之间)和滑阀孔33之间的径向间隙尽量小，这对于马达的良好性能也是很重要的。
如在前面的技术背景部分中所提到的那样，本发明的一个重要特征在于，即使当侧载荷作用在输出轴49上时，在前轴颈表面67和孔33之间也可保持紧密配合。但是，本发明的另一个方面是认识到，前轴颈表面不承受任何侧载荷，这可能导致在前轴颈处的咬死。使前轴颈承受一部分侧载荷也可以在侧载荷下形成较大的起动压力。使后轴颈承受载荷是需要的，这是因为鉴于距载荷较远载荷较小的缘故。现在描述在本发明中实现上述目标的措施。
阀壳13包括一个包围一部输出轴49的装纳轴承的前部71。在输出轴49和装纳轴承的前部71之间径向设置一个滚珠轴承组73，其包括一个设在输出轴49上的内座圈75和一个装在前部71中的外座圈77。在座圈75和77之间设置一组滚珠轴承79，使用滚珠轴承组73(而不是锥形滚柱轴承或滚针轴承)的重要性将在下文中阐明。
按照本发明的一个方面，滚珠轴承组73在轴49和前部71之间组装时是预加载的。“预加载”的意思是在组装之前或组装过程中在滚珠轴承组73上加上一个径向载荷，有效地吸纳最初的径向间隙或补偿由于其后可能作用在轴49上的径向载荷(侧载荷)而产生的任何挠曲。更具体来说，预加载量与滑阀孔33和前轴颈表面67之间的额定径向间隙相关，从而使正常运转中作用在轴49上的任何侧载荷不会显著改变滑阀部51在孔33中的位置。因此，使侧载荷将打开的泄漏间隙不会大于任何现有间隙。
根据孔33和轴颈表面67之间的额定间隙，并且根据预期作用在轴49上的允许的侧载荷，来确定准备施加的轴承预加载量，这被认为是在本专业技术人员的能力范围之内的事情。例如，如果马达的额定侧载荷能力是1500磅，那么，本专业技术人员根据轴49和前部71之间的径向尺寸可选择轴承的尺寸，从而产生足够的干涉配合，以便对轴承组73进行充分的预加载，使1500磅的侧载荷不致引起轴49在轴承组73中的移动。上述关系表示在图5的曲线图中。
现在本专业技术人员就会理解本发明为什么需要使用滚珠轴承组73而不使用锥形滚柱轴承或滚针轴承的原因，后两种轴承都不能以本发明那种补偿方式进行预加载。如使用锥形滚柱轴承。实际要求两组轴承，这就会使马达过长，而滚针轴承根本不能预加载，因为预加载会损坏滚针。另外，如采用滚针轴承则还需要使用一个或多个轴向止推轴承以抵销在输出轴一滑阀组件上的推力载荷，这样就会增加马达的长度和成本，而采用滚珠轴承组73则无需任何附加的推力支撑能力。
现参阅图4和5描述本发明的操作和效果。在图4中可以看出，前轴颈表面67最好不是完全呈圆柱形，而是在表面67的轴向长度的至少一部分上为锥形。表面67向着其前端与孔33相配合以限定一个径向间隙X，在本实施例中，该径向间隙例如可以大约为0.0009英寸。表面67向着其后端与孔33相配合以限定一个径向间隙Y，在本实施例中，该径向间隙例如可以大约为0.0003英寸。
在图5的曲线图中，实线表示下述情况在轴-滑阀上的侧载荷不超过轴承组73上的预加载，因此，当侧载荷使轴49的端部在图5中向下移动时，轴-滑阀绕轴承79转动，而轴承79的轴线保持与马达轴线重合(点79保持在纵坐标线上)。同时，后轴颈表面69在孔33中径向位移直至所述径向间隙被占据，在这种情形中，径向移动约为0.0003英寸。因此，前轴颈表面67的径向移动约为0.0001英寸。
在本实施例中，例如，滚珠轴承组73被描述为“被密封的”轴承，从而无需另设防尘密封件。本发明的另一个优点是延长了轴密封寿命。马达包括一个轴密封组件80，由于其在轴向上位于轴承组73(它不允许轴49作径向运动)和轴颈表面67之间，所以密封组件80处轴的径向运动极小。因此，密封组件80的唇边几乎不需要跟随轴的运动，因而密封组件唇边磨损极小。
在图5的曲线图中，虚线表示下述情形侧载荷超过轴承组73上的预加载，因此，侧载荷使轴49的端部在图5中进一步向下移动，轴承79的轴线相对于马达轴线向下位移。轴-滑阀绕轴承79转动，使后轴颈表面69再次径向位移直至所有间隙被占据。在这种情形中，前轴颈表面67无显著径向位移，但是表面67上的锥度允许上述的“过度的”侧载荷状态，而不使轴颈表面67摩擦孔33。
本专业技术人员懂得，本发明的一个效果在于，因后轴颈表面69作足够的径向位移以接触孔33，因而仍作为一个支承表面，而前轴颈表面67在额定载荷下的径向位移不足以接触孔33。因此，与现有技术的滑阀式马达不同之处是，前轴颈表面67实际是一个密封带而并非支承表面。
再次参阅图5，虚线和实线代表在轴-滑阀承受侧载荷时其位置范围。因此，本发明的一个方面是确定在上述两种状态下表面67和69上存在的泄漏区域；并且选择表面67和69的轴向尺寸及每个表面处的径向间隙，以便尽可能地使经过轴颈表面67和69的泄漏相等。通过阅读和理解本说明书来进行这种需要的选择应该是齿轮转子马达领域技术人员能力范围中的事情。
再次主要参阅图3描述本发明的另一个方面。为了减小马达11的长度，重量及成本而同时改善工作性能，取消了设置在齿轮组15和阀壳13之间的普通的磨损板。因此，下文中称阀壳13或滑阀部51“紧邻”环形件25或星形件27，显然这就是说在其间不设置单独的磨损板。
在图3中可以看出，每个螺栓19和每条轴向通道45是径向对准的，每个都在相邻的一对内齿或滚子81之间在圆周上设置。另外，每条通道45借助一凹部83(见图1和3)与各螺栓19的孔流体连通，因此，在通道45和凹部83之间流体有充分的机会通入膨胀的容积腔29及流出收缩的容积腔31。星形件27最好较大并具有较大的偏心度，因此，在星形件27和后表面47之间形成加大的区域，因而形成高压和低压排泄间较长的泄漏通道(即滑阀部51的内部)。需要星形件27较大的另一个原因是为了在星形件和端帽17间形成最大的支承区以提供承受推力载荷的最大能力。
比较图2和3可以看出，在偏心线每侧的一条或多条轴向通道45通抵星形件27的相邻表面，由于某些通道含有高压，因而高压使星形件压在端帽17的相邻表面上。因此，端帽17最好经过硬化处理，至少在相邻星形件的表面经过硬化处理，使端帽不致因与星形件的接触而磨损。
在普通的滑阀式齿轮转子马达中，在齿轮组和阀壳间设有磨损板，转动的滑阀-输出轴组件与静止的磨损板接触，从而产生显著的磨损量及机械效率损失。在本发明中不设磨损板，这就意味着转动的滑阀与作轨道运转和转动的星形件27接触，导致摩擦的相对运动只是星形件相对于滑阀的轨道运动。在“向内”方向(向着图1的右方)上，在轴-滑阀组件上的任何轴向推力只导致滑阀部51与星形件27的摩擦接触。
上面已详述了本发明，本专业技术人员通过阅读和理解说明书，显然可以对本发明作各种修改和变化，而并不超出本发明的范围。
权利要求
1.一种旋转式流体压力装置(11)，包括具有流体进口(21)和流体出口(23)的壳体装置(13)；与所述壳体装置配合的流体压力操纵位移装置(15)，其包括一个内部带齿环形件(25)和一个偏心地设置在所述环形件(25)中以便在两者间作相对的轨道和旋转运动，从而响应于所述轨道和旋转运动限定膨胀容积腔(29)和收缩容积腔(31)的外部带齿星形件(27)；一个与所述壳体装置(13)共同在所述进口(21)和所述膨胀容积腔(29)之间和在所述收缩容积腔(31)和所述出口(23)之间形成流体连通的滑阀(51)；输入-输出轴装置(49)；以及用于将所述转动从所述位移装置(15)传至所述输入-输出轴装置(49)的装置；所述外部带齿的星形件(27)进行所述转动，其特征在于(a)所述壳体装置包括一个限定所述进口(21)和出口(23)的阀壳(13)，所述阀壳(13)紧邻所述位移装置(15)设置，且与所述外部带齿星形件(27)紧密相隔开来；所述滑阀(51)紧邻所述外部带齿的星形件(27)设置并且当所述装置(11)在轴向载荷下工作时与其接合。
2.根据权利要求1所述的旋转式流体压力装置，其特征在于所述外部带齿星形件(27)进行所述轨道和旋转运动，因而所述轨道运动只是所述滑阀(51)和所述星形件(27)之间的相对运动。
3.根据权利要求1所述的旋转式流体压力装置，其特征在于所述阀壳(13)为每个膨胀流体容积腔(29)和收缩流体容积腔(31)限定一条流体通道(45)。并与其流体连通，当所述星形件作轨道和旋转运动时，至少一些所述流体通道(45)被所述星形件(27)覆盖，所述星形件被所述流体通道(45)中的流体压力压离所述阀壳(13)。
4.根据权利要求1所述的旋转式流体压力装置，其特征在于所述阀壳(13)和所述内部带齿环形件(25)通过多个螺栓(19)以紧密的密封接合方式安装在一起，所述环形件包括多个内齿(81)，每个螺栓(19)在相邻一对所述内齿(81)之间在圆周上设置并与所述流体通道(45)之一径向对准。
5.根据权利要求4所述的旋转式流体压力装置，其特征在于所述阀壳(13)限定多个凹口(20)，每个所述凹口装纳一个所述螺栓(19)，并与所述膨胀流体容积腔(29)和收缩流体容积腔(31)之一流体连通，所述阀壳(13)在其邻近所述位移装置(15)的表面(47)上限定一个凹部(83)，其在每条流体通道(45)及其相关的凹口(20)及流体容积腔之间提供连续的流体连通。
全文摘要
一种具有与输出轴(49)整体形成的滑阀(51)的齿轮转子马达(11)，其中滑阀包括前、后轴颈表面。在输出轴(49)和马达壳体(13)之间径向设置一滚珠轴承组(73)，它在装配中被预加载，因此，输出轴(49)上的额定侧载荷不会引起输出轴在轴承组(73)中的任何显著径向移动。为了减小马达(11)的长度及成本，未设置邻近齿轮组(15)的传统的磨损板，因而阀壳(13)和滑阀(51)都是紧邻齿轮组设置的，转动的滑阀与作轨道和旋转运动的星形件(27)相接合。
文档编号F16K11/065GK1420276SQ0212743
公开日2003年5月28日 申请日期2002年8月1日 优先权日1996年6月11日
发明者韦恩·B·温克尔, 兰德·J·埃普玎, 斯克特·E·亚基莫夫 申请人:尹顿公司