专利名称：长活塞液压机的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合于相对“重型”的车辆应用，例如，适合于车辆运动用的液压传动装置和/或储存和回收节能蓄电池系统中的流体的液体液压泵/马达机械。[注词语“液体”用于区分“气体”液压泵，例如，用于压缩空气和/或其它气体的泵。]背景技术液压泵和液压马达为人所熟知并且已经得到广泛应用，具有安装在各个汽缸中的往复式活塞，所述汽缸形成在汽缸体内并被周向定位在绕着驱动元件的旋转轴为第一径向距离的位置。许多这样的泵/马达机械具有可变的排量性能，而且它们一般具有两个基本设计(a)各个活塞在旋转汽缸体内沿着倾斜度可变但是固定安装的斜盘(swash plate)往复运动；或者(b)各个活塞在汽缸体内沿着倾斜度可变而且可旋转的斜盘往复运动，该斜盘经常被分开(split)以包括可在旋转章动的转子表面上滑动的非旋转(即，只章动)“摆动器”。而此处的本发明适用于这两种设计，它特别适合于，而且在此被描述为，其中活塞在固定汽缸体内往复运动的后一种类型的机器的改进。
如上所述，本发明被指向“液体”(与“气体”相区别)型液压机，而且应当认为，贯穿说明书和权利要求的词语“流体”和“受压流体”意图在于识别不可压缩的液体而不是可压缩的气体。因为液体的不可压缩性能，这两种不同类型的液压机的加压加载工作循环是如此完全不同，以至于气体压缩型机械的设计不适合应用在液体型机械中，反之亦然。因此，下述评论应当理解为被指向并可应用于液体型液压机，并且主要是如上述技术领域章节所指出的那些重型汽车应用场合。
具有固定汽缸体的液压机可以比那些必须支承并保护重型旋转汽缸体的机械建造得更轻、更小。然而，这些更轻的机器需要可旋转可章动的斜盘部件，而这些部件难以安装和支承。为了高压/高速服役，斜盘部件必须以这样一种方式被支承，即允许非旋转活塞的头部与可旋转可章动的斜盘的匹配平面之间有相对运动。正如上述所指出的，这些现有技术的斜盘经常被分成可旋转/可章动的转子部分和只章动的摆动器部分，后者包括通过连接“狗骨(dog bones)”而与非旋转活塞的头部匹配的平面。
即，如此的固定汽缸体型机器迄今为止一直使用“狗骨”伸长杆(即，具有两个球形端的杆)来连接每一个活塞的一个端部与章动-但不旋转的摆动器的平面。所述狗骨的一个球形端被旋转地安装在活塞的头部端，同时另一个球形端通常被旋转安装的传统的“鞋”件覆盖，在非旋转活塞的头部和章动斜盘的匹配平面之间的所有相对运动过程中，该鞋件必须始终保持与斜盘摆动器的平面的完全平面接触。正如本领域中熟知的，这些相对运动沿着斜盘不是0°的所有倾角下发生的可变的非圆形路径。这些狗骨大大地增加了复杂程度并增加了建造这些更轻机器的斜盘的成本。
狗骨型杆也有时被用于连接每一个活塞的一端与具有旋转汽缸体的液压机的倾斜(但不旋转)斜盘。然而，该后者类型的机器更经常的是省略这些狗骨件，而使用长活塞，每一个活塞在一端(也是，通常被旋转安装的传统滑轨(shoe)件覆盖)具有球形头部，有效地接触斜盘的非旋转平面。这样设计长活塞，每一个活塞的轴向圆柱形本体的大部分总是被各个汽缸的壁支承，即使在活塞的最大行程过程中。对于这些长活塞的这种辅助支承用于确保，各个活塞随着它们的汽缸体旋转时，每个球形头部在滑过倾斜一但不旋转的斜盘时具有最小的横向位移。
一般地，这些长活塞主要由“漏液部分”(blow-by)润滑，即当往复活塞驱动或者被高压流体驱动时，高压流体在每个汽缸的壁与每个活塞本体的外圆周之间被挤压的部分。只有当公差允许足够的流体在汽缸壁与活塞的长圆柱体之间流动时，这样的漏液提供了良好的润滑，而且足够确保良好的润滑的漏液经常负面地影响泵或者马达机械的容积效率。比如，10立方英寸的机器每分钟有4加仑的流体用于漏液。虽然更小的公差被经常用来减少漏液，但是这种公差的减小受到限制，因为随着机器的压力及负载大小的增加，对于足够润滑的需要也增加。当然，这样的漏液通过使用被用于驱动活塞的流体实现，或者通过使用由活塞驱动来实现工作的流体实现。因此，在上述给出的例子中，用于漏液润滑的每分钟4加仑的流体，减少了机器的容积效率。
下面公开的本发明旨在改进这种长活塞机器的容积效率，同时，保证(a)活塞的适当润滑以及(b)用来保持活塞和斜盘之间的接触的装置的简化。
发明内容
本发明公开了液压机的不同实施例，所有的实施例都具有结构简单的特征的新颖组合，包括在固定汽缸体内往复运动的长活塞，设有独特的润滑槽的汽缸，以及被直接安装到每个活塞(没有狗骨件)的滑轨，该滑轨与旋转章动斜盘滑动接触，或者优选地与分开斜盘的只章动的摆动器部分滑动接触。这些结构简单的特征互相作用得到这样的效果(a)容积效率显著地增加90％和(b)如此增高的机械效率，以至于当机器被完整装配时，用手就能轻松地转动机器的容量达12立方英寸的驱动轴。
每个被公开的机器或者由泵或者由马达操作。虽然斜盘总是随着机器的驱动元件转动，一个实施例具有相对于驱动元件的轴线以预定倾斜角进行固定的斜盘，于是活塞总是以最大预定行程运动。另一个被公开的机器的斜盘具有以本领域中熟知的方式贯穿整个角度范围进行变化的倾斜角，以控制活塞的行程在每个方向在整个运动范围内达到最大。[然而，本领域的技术人员将认识到，本发明同样能够应用于这样的液压机，即具有旋转汽缸体和不随着机器的驱动元件旋转的斜盘。]在按照本发明的每个机器中，每个活塞是加长的，具有轴向的圆柱体部分，该部分优选地和它在其中往复运动的各个汽缸的轴向长度一样长。优选地，每个活塞还具有球形头端部，借助以传统方式转动的滑轨和相对简单的装置，球形头端部与机器的斜盘的平面保持有效的滑动接触。每个活塞圆柱体的轴向长度被选择为保证活塞的球形第一端的横向位移总是最小。因此，用于本发明的优选的活塞是“长的”。即，即使当每个活塞被伸长至它的最大行程，依旧被支承在各个汽缸内的活塞本体部分足够保证，在机器操作过程中，活塞的伸长球形端部的横向位移总是最小。
按照本发明，每个在机器的汽缸体内形成的汽缸设有在每个汽缸的汽缸壁内形成的相应润滑通道。该润滑通道这样设置，于是在活塞于它的相应汽缸内的往复运动的整个过程中，每个相应润滑通道在活塞的整个行程中几乎被活塞的轴向圆柱体完全封闭。[流体在这些润滑通道内的运动在下面的开头两段内将进行更详细地讨论。]优选地，每个相应润滑通道圆周向地形成并且径向横切每个汽缸。
也在每个机器的固定汽缸体内形成的是多个互连上述每个润滑通道的另外的通道。所有润滑通道一个接着一个地互连，在汽缸体内形成一个单一的连续的润滑通道。该连续润滑通道完全在汽缸体内形成，优选地横切每个汽缸，并且其周向的中心与汽缸绕驱动元件的旋转轴的中心具有基本上相同的径向距离。
应当对这样的事实引起特别的注意，即，在上述公开的优选实施例中，上述连续润滑通道没有通过流体“流入”通道或者流体“流出”通道被连接，相反在机器的操作过程中一直几乎被活塞的圆柱体部分完全地封闭。因此，向该连续润滑通道供应润滑流体的唯一源是，每个汽缸的每个相应润滑壁和每个相应活塞的轴向圆柱体之间的第二最小流体流量。在操作过程中，该润滑通道几乎立即充满高压流体的第一最小流量，该高压流体在每个汽缸的阀端部进入，然后经过每个汽缸壁与每个驱动活塞的本体部分的外圆周之间的部分。所述第二最小流量有效地保持连续润滑通道始终处于高压。如果必要，多个密封件，每一个分别被放置在每个汽缸的开口端附近，可有选择地提供相对紧的密封，用于基本上消除每个活塞的本体部分和每个相应汽缸的开口头部部分之间的漏液，于是允许只有来自润滑通道的最小漏液的逸出经过汽缸的开口端。然而，在实际应用中，已经发现，只有来自汽缸开口端的相对最小漏液流过本发明的长活塞，因为需要小量的漏液烟雾用于驱动轴轴承等的足够润滑，这样的可选择的密封件可能是不必要的了。
尽管如此，在封闭润滑通道内的润滑流体持续地流动，因为当活塞往复运动时在每个相应汽缸内的压力不断变化。即，当每个汽缸内的压力在每个活塞的返回行程中被降低为低压，在其它封闭润滑通道内的高压流体再次在每个汽缸壁和每个活塞本体的外圆周之间的部分被驱动，进入每个正经受压力下降的汽缸的阀端部。然而，被驱动成为低压的润滑流体没有“消失”，即它不是“漏液”，而且没有返回到油箱以被进料泵补充到闭环液压系统中。相反，该低压润滑流体立即被返回到闭环中，而不需要使用进料泵，而且封闭的连续润滑通道立即被类似高压流体的流入补充，所述类似流体来自每个正经历压力上升的每个汽缸的阀端部。
上述润滑通道为活塞的高速往复运动提供了适当的润滑，同时基本上减少了漏液。在按照本发明建造的商业样机的成功操作过程中，漏液被减少了90％。即，在相比较的规范中，传统商业液压机出现的漏液一般在每分钟4-5加仑的范围，而本发明的样机出现的漏液在每分钟0.5-0.7加仑的范围，因此显著地提高了本发明液压机的容积效率。
正如上述，固定汽缸体的液压机与传统转动汽缸体的液压机相比，能建造得更小、更轻。因为长活塞改进了润滑，公开的发明使得使用这些更小更轻的设计迎合机动车需要的高速/高压规范成为可能。
此外，应当对本发明的显著简化的支承部件予以特别注意，所述支承部件用于本发明公开的液压机的可变旋转斜盘。在此公开的本发明的所有支承部件省略了通常安装在每个活塞的外端部与传统旋转/章动斜盘的只章动摆动器部件之间的狗骨件。此外，一个实施例还省略了传统旋转/章动斜盘的只章动摆动器部分。在所有实施例中，传统的滑轨被直接安装在每个活塞的球形头，并且借助最小弹簧偏压保持与斜盘的平面部分的有效滑动接触，所述最小弹簧偏压在泵的汽缸的阀端部没有液压的情况下，足够保持这样的有效滑动接触。
公开了三种简化的支承机构第一简化的支承基机构包括一个由单个卷簧偏压的独特施压板部件，所述卷簧围绕泵驱动元件的旋转轴被周向放置。本发明的第二支承机构更简单，只包括被直接安装在每个活塞的球形头的传统滑轨，具有被多个弹簧提供的最小偏压，每个弹簧分别被放置在每个活塞中介于每个相应活塞的本体部分和每个汽缸的阀端部之间的本体部分内。虽然第二支承机构比第一机构组装时稍微困难些，但是后者更简单，更轻，而且制造更便宜。
公开的第三简化的支承机构是优选布置。即，它包括传统的分开斜盘，但是通过添加滚针轴承予以改进，以支承位于章动/旋转转子上的只章动摆动器部分。同时，第三实施例还包括类似于第一实施例的独特的施压板部件，后者的施压板被多个弹簧偏压，每个弹簧分别围绕与每个活塞的头相连的滑动滑轨被周向放置。该第三实施例在滑动滑轨的动力操作方面具有显著的变化，大大地降低了在滑轨与斜盘之间的相对运动的表面速度，因此，使得磨损减少，成本降低，而且机器效率有重大提高。
通过本发明介绍的重要变化提供的液压机比具有类似规范的传统机器更轻、更小。此外，如上所述，工作样机的实际试验已经证明，本发明提供的机器具有大大增加的容积效率和机械效率。总之，在此公开的本发明提供的机器具有显著更高的效率，同时大大地降低了机器的重量和尺寸以及降低了制造成本并且简化了安装。
图1是具有固定汽缸体和旋转/章动斜盘的液压机的局部示意截面图，斜盘具有固定倾斜角，该图表示本发明结合汽缸体和活塞/斜盘连接处的特征。
图2是图1中沿着平面2-2截取的液压机的固定汽缸体的局部示意截面图，为清晰起见将零件省略。
图3是具有固定汽缸体和旋转/章动斜盘的液压机的局部示意截面图，斜盘具有可变倾斜角，该图再次表示本发明结合汽缸体和活塞/斜盘连接处的特征。
图4A和4B是在图1和图3中公开的斜盘及活塞滑轨施压组件的局部示意截面图，为清晰起见将零件删去，该图表示活塞的头部端、滑轨和专用垫圈以及弹簧偏压施压元件的相对位置，当斜盘以+25°倾斜时，所述元件将每个滑动滑轨偏压向斜盘的平面，图4A是图3中沿着箭头方向在平面4A-4A内截取的视图，而图4B是图4A的平面4B-4B内截取的视图。
图5A和5B，6A和6B，7A和7B是当斜盘分别被倾斜+15°，0°，和-25°时图4A和4B中所示的同一些零件的视图，图5B，6B，7B的各个视图分别是图5A，6A和7A中沿着各个平面5B-5B，6B-6B和7B-7B截取的视图。
图8是类似于图1和3中所示的用于另一个液压机的只有单个汽缸和活塞的局部示意放大截面图，但是表示用于本发明的活塞滑轨的弹簧偏压施压组件的更简化的第二实施例。
图9是本发明的另一个实施例的局部示意截面图，表示具有和图3中公开的固定汽缸体基本相同的另一个液压机的一部分，但是包括具有可变倾斜角的传统分开斜盘的改进样式，并且具有安装在旋转/章动转子上的只章动摆动器，为了清晰起见，该视图省略了汽缸体的阀端和外壳部分以及其它零件。
图10是现有技术中两个液压机的“闭环”布置的视图。
具体实施例方式
本发明所属类型的液压机的操作是已知的。因此，这样的操作将不详细介绍。如上述指出的，可以假设，每个公开的机器以熟知的“闭环”液压系统与适当匹配的泵或者马达相连接。
液压马达参照图1，液压马达10包括具有多个汽缸14(只画出一个)的固定汽缸体12，在各个汽缸中，各个匹配活塞16在活塞16的收缩位置和活塞16′的伸出位置之间往复运动。每个活塞具有球形头18，球形头安装在细长轴向圆柱体部分22的一端的颈部20上，在优选实施例中，圆柱体部分基本上和每个汽缸14的长度一样长。
每个球形端18装配在滑过平面26的各个滑轨24内，所述平面26形成在被固定在驱动元件即机器的轴30上的转子28的表面上。轴30被位于汽缸体12中心内的孔31内的轴承支承。转子28的平面26以预定的最大角度(比如25°)向驱动轴30的轴线32倾斜。
通过螺栓固定在汽缸体12的左端上作为盖的标准阀组件33，包括多个控制流体输入和输出汽缸14的滑阀(spool valve)34(只画出一个)。如上所示，每一个公开的机器都能作为泵或者作为马达进行操作。为了优选实施例的说明，图1所示的角度固定的斜盘机器被作为马达进行操作。因此，在驱动轴30每个回转的第一半过程中，来自入口36的高压流体通过端口37进入每个汽缸14的所述阀端，以将各个活塞从收缩位置驱动至完全伸长的位置；而在每个回转的第二半过程中，当每个活塞返回至它的完全收缩位置时，低压流体通过端口37和流体出口39从各个汽缸被抽出。
以本领域内熟知的方式流体入口36和出口39通过适当的“闭环”沟槽优选地连接到匹配的液压泵，于是不论什么时候，流体压力总是将球形端18和各个滑轨24偏压在平面26上。各个活塞的顺序伸长和收缩引起转子28旋转，于是驱动轴30。
此外，如本领域熟知的，马达10以循环液压流体的闭环方式与匹配的液压泵(如图3所示的泵110，下面论述)连接；而且平面26被固定在最大倾斜角，于是当通过入口36和出口39进行闭环循环的液压流体的流速较小时，活塞16较慢地往复运动，使驱动轴30以较低速度转动。
然而，当在闭环中循环的流体流速增加时，活塞的往复运动相应地增加，并且驱动轴30的转速也增加。当以机动速度或者压力(例如达到4000rpm或者4000psi)操作时，活塞的润滑处于临界状态，漏液损失也大大地增加。通过本发明对汽缸体12做出改进以处理这样的润滑需要并且减少这样的漏液损失。
现在参照图1和2，每个汽缸14的汽缸壁被圆周方向形成的各个润滑沟槽40径向地横切。多个通道42将所有的润滑沟槽40互联起来以在汽缸体12内形成连续的润滑通道。各个润滑沟槽40在每个活塞的整个行程中基本上被每个活塞16的轴向圆柱体22封闭。即，每个圆柱体22的外周面充当总是包围各个润滑沟槽40的壁。因此，即使活塞16以最大行程往复运动，互联所有润滑沟槽40的连续润滑通道基本上保持闭合。连续润滑通道40，42以简单经济地方式形成在汽缸体12内，正如从图2的示意图中可以最佳地观察出的，为了清晰起见，其中流体沟槽和连接通道的相对尺寸已经被放大。
在液压马达10的操作过程中，所有互联的润滑沟槽40都被高压流体的最小流量瞬时填满，所述高压流体通过口37从入口36进入每个汽缸14并且在汽缸和每个活塞16的外周面之间被压缩。每个润滑沟槽40的润滑流体的损失被位于每个汽缸14的开口端附近的环绕密封44限制。但是，当活塞往复运动时，响应活塞的运动和驱动轴30的每半个转动循环中改变的压力，各个汽缸的各个汽缸壁与各个活塞的轴向圆柱体之间流体的连续的最小流量使得在润滑沟槽40的这个封闭连续的润滑通道内的润滑流体缓和而连续地流动。当每个汽缸14内的压力在每个活塞16的返回行程上被减小至低压时，在其它封闭润滑通道40，42内的相对高压流体再次在每个汽缸14的壁和每个活塞16本体部分22的外周面之间被驱动进入正在经历这样的压力降低的每个汽缸14的阀端。
然而，本领域的技术人员对于这样的事实引起了特殊的注意，即刚刚提及的回流到汽缸14的流体的最小流量没有“损失”。相反，它被直接返回到公知的互联泵和马达的封闭液压流体环路。此外，该流体的最小流量没有返回至油箱，因此，没有必要通过进料泵将其补充进闭环的液压系统。最后，封闭连续的润滑通道40，42通过来自每个正在经历压力上升的汽缸的阀端的高压流体的类似最小流量的进入被直接补充。
如上所述，存在来自互联所有润滑沟槽40的封闭连续润滑通道42的最小漏液损失。即，依旧有一些从该封闭连续润滑通道泄漏的最小流体流量流过每个汽缸14端部的密封44。然而，任何这样的最小漏液立即被从每个活塞16相对端部周围进入的类似高压流体的最小流量补充。
刚提及的润滑布置不但非常简单，而且使液压机的小齿轮/斜盘连接装置同样得到简化，而进一步降低了制造成本和运转成本。
为了使液压马达10的说明完整，图1中所示的小齿轮/斜盘连接装置只包括(a)使用传统的滚针推力轴承安装在驱动轴30上的转子28和(b)用于使活塞滑轨24与转子28的旋转章动平面26保持持续接触的简单的弹簧偏压施压组件。[注本发明的三个结构简化的小齿轮/斜盘连接部件被公开。虽然结合图1和3所示的马达和泵只画出了这些施压组件中第一个，但是每一个部件将在下面以分开的章节进行更详细地说明。]本发明的施压组件的第一实施例，如图1所示，包括围绕轴30放置并且被围绕轴线32周向形成在汽缸体12内的合适槽缝52容纳的卷簧50。卷簧50偏压也围绕轴30和轴线32周向布置的施压元件54。施压元件54设有多个开口，每一个开口围绕各个活塞16的颈部20。在施压元件54和每个活塞滑轨24之间设置相应的专用垫圈56。每个垫圈56具有伸长部分58，该伸长部分接触相应滑轨24的外圆周以使滑轨与转子28的平面26始终保持接触。
因为它的润滑和它的活塞/斜盘连接装置的显著简化，上述液压马达10效率高，制造简单，并且运转经济。
可变液压泵按照本发明的液压机的第二优选实施例在图3中表示。可变液压泵110包括标准组装的汽缸体12，与图1所示的上述液压马达10的汽缸体12相同。汽缸体112具有多个汽缸114(只画出一个)，其中相应的多个匹配活塞116在活塞116的收缩位置和可变的伸长位置(最大伸长见活塞116′的位置)之间往复运动。每个活塞具有球形头118，球形头安装在细长轴向圆柱体部分122的一端处的颈部120上，在一个所示的实施例中，圆柱体部分的长度基本上和每一个汽缸114的长度一样。每个球形活塞头118安装在相应的滑轨124内，滑轨124滑过在转子128的表面上形成的平面126，正如下面更详细介绍的，转子被转动安装在驱动元件上，即位于汽缸体112中心处的孔内的轴承所支承的轴130。
以类似于上述关于液压马达10的说明，可变泵110也设有标准的阀组件133，该阀组件作为帽被固定在标准的汽缸体112的左侧，而且类似地包括多个控制流体流入和流出汽缸114的滑阀134(只画出一个)。
正如上述，公开的每一个机器或者作为泵或者作为马达进行操作。为了本优选实施例的说明，图3中所示的可变角度的斜盘机器110被作为泵进行操作，而且驱动轴130被原动机(没有画出)驱动，比如车辆的发动机。因此，在驱动轴130的每个一半回转过程中，当每个活塞116被移动到伸长位置时，低压流体通过入口136从液压流体的“闭环”循环中进入口137而被吸进各个汽缸114；在每个接下来的半个回转过程中，驱动每个活塞116回到它的完全收缩位置，导致高压流体从口137经过出口139进入封闭的液压环路。然后高压流体通过适当的闭环沟槽(没有画出)被输送至匹配的液压泵，例如上述泵12，引起所述匹配泵的活塞以一定的速度运动，该速度随着被输送的高压流体的体积(加仑每分钟)以本领域熟知的方式变化。
再次参照标准汽缸体112，它的构造与上述已经说明的汽缸体12的相同。即，每个汽缸114的汽缸壁被在周向上形成的各个润滑沟槽140径向横切。多个通道142互联所有的润滑沟槽140以在汽缸体120内形成连续的润滑通道。汽缸体112沿着平面2-2的截面看上去和图2中汽缸体12的截面相同。
实际上，几乎所有的上述参照图1和2中所示的液压马达10装置的涉及本发明的连续润滑通道40，42的讨论，都同样适用于图3所示的液压泵110的汽缸体112内的连续润滑通道140，142的操作，包括，通过可选择地设置在每个汽缸114开口端附近的环绕密封144使来自每个润滑沟槽140的润滑流体的损失最小化。类似的，当活塞往复运动时，响应活塞动作和驱动轴130的每半个转动循环内的不断变化的压力，产生第二最小流体流量，使得在封闭连续润滑通道140，142内的润滑流体的流动缓和，但是连续。当然，在泵110内是不同的，当每个活塞116移动到伸长位置时，在每个汽缸114中存在较低的流体压力，而当每个活塞116被原动力(没有画出)驱动的驱动轴130的转动带动，从它的伸长位置到它的完全收缩位置时，在汽缸壁和每个活塞116的外圆周之间产生被挤压的高压流体源。
然而，本领域的技术人员再次对这样的事实引起特定的注意，即返回到每个汽缸114的刚提及的第二最小流体流量没有“损失”。相反，它被立即返回到互联泵和马达的公知的封闭液压流体环路。即，该第二流体流量没有返回到油箱，因此没有必要通过进料泵将其补充进闭环液压系统。另外，虽然存在最小漏液通过每个汽缸114端部的密封144从封闭连续的润滑通道140，142泄漏，但是任何这样的最小漏液立即被从正在经历压力上升的每个活塞116的相对端周围进入的类似最小流体流量补充。
正如上述前言中讨论的，本发明使得机器的斜盘装置被简化，(a)通过省略通常安装在每个活塞的外端和传统旋转/章动斜盘的只章动摆动器部分之间的狗骨件，和(b)在图1和3的所示的实施例中，通过省略摆动器本身以及传统中用来安装非旋转摆动器到斜盘的旋转/章动转子部分的装置。
依旧参照图3，泵110的转子128围绕轴线129被转动地安装在驱动轴130上，轴线129垂直于轴线132。因此，当转子128随着驱动轴130转动时，它相对于轴线130的倾斜角可以从0°(即垂直的)变化到±25°。在图3中，转子128倾斜+25°。这个可变倾斜角按照如下进行控制转子128围绕轴线129的转动由围绕驱动轴130并且可相对驱动轴130轴向移动的滑动轴环180的位置来确定。控制连杆182将轴环180和转子128相连接，于是轴环180轴向滑过驱动轴130的表面的运动引起转子128围绕轴线129的旋转。比如，当轴环128被移动到图3的右方时，转子128的倾斜角在一个连续区间，即从所示的+25°倾斜角返回至0°(即垂直的)然后到-25°的区间进行变化。
因为叉形件186通过叉控制臂188的联接围绕叉轴190的轴线进行转动，轴环180的轴向运动由叉形件186的指状物184控制。叉形件186被连接到叉控制臂188的传统线性伺服装置(没有画出)启动。在该优选实施例中，叉形件186的其它元件都被封闭在标准的斜盘外壳192中而且叉轴190被固定到外壳192的轴承支持，而叉控制臂188被放置在外壳192的外部。
还需指出，斜盘转子128通过隐蔽链接(shadow-link)194进行平衡，该隐蔽链接基本上和控制链接182相同并且类似地被连接到轴环180上，但是正好位于轴环180的相对侧上的某个位置。
活塞滑轨施压组件流体压力持续地在转子128的方向偏压活塞116，所示的传统推力板部件被设置来运输所述负载。然而，在机动用途需要的运转速度(例如4000rpm)下，必需有附加的偏压负载来保证活塞滑轨124和转子128的平面126之间的持续接触。由于本发明省略了传统的狗骨件，本发明的可变液压机通过使用三个简单的弹簧偏压施压组件之一提供这样的附加偏压，其中第一个类似于已经简要描述的图1中关于液压马达10的内容。
(a)带有单弹簧偏压的施压组件下述对于施压组件的本发明第一实施例的说明继续参照图3，但是现在也参照(a)图4A，它表示沿着图3中平面4A-4A从箭头方向看时的放大视图，和(b)图4B，它表示为清晰起见将零件删去后与图1所示视图相同的放大视图。
用于泵110的施压组件包括卷簧150，卷簧150围绕轴130放置并且被容纳在围绕轴线132周向形成在汽缸体112内的合适槽缝152中。卷簧150偏压也围绕轴130和轴线132周向布置的施压元件154。施压元件154设有多个圆形开口160，每一个开口围绕各个活塞116的颈部120。在施压元件154和每个活塞滑轨124之间设置相应的专用垫圈156。每个垫圈156具有伸长部分158，该伸长部分接触相应滑轨124的外圆周以使滑轨与转子128的平面126始终保持接触。
上述斜盘和活塞滑轨施压组件的各个零件的位置相对彼此变化，因为转子128的倾斜角在机器运转过程中被改变。这些相对位置的变化以转子128的各个倾斜角进行表示，即，图4A和4B中的+25°；图5A和5B中的+15°；图6A和6B中的0°；图7A和7B中的-25°。[注本领域的技术人员会认识到，每个活塞滑轨124具有在滑轨124的平面上居中形成的传统压力平衡腔，所述滑轨的平面接触转子128的平面126，而且每个滑轨腔通过适当的滑轨通道162和活塞通道164被连接，以保证滑轨/转子连接处的流体压力总是等于每个活塞116头部处的流体压力。由于活塞通道164穿过每个活塞116的球形头部118的中心，通道164的位置能够用来便利观察施压组件的各个零件的相对运动。]参照图6A和6B中所示处于0°倾斜角的这些零件的位置，每个活塞通道164(位于每个活塞116的每个球形头118的中心)相对于施压组件154的各个圆形开口160具有一样的径向位置。正如从斜盘转子128的其它所示倾斜角视图中看到的，在除了0°外的所有倾斜角处，每个活塞通道164的相对径向位置不同于每个开口160的位置，而且各个专用垫圈156的相对位置也不同。
必须认识到，在这些所示的每个斜盘倾斜角时，九个开口160中的每一个的不同相对位置本身随着转子128通过每个倾斜角组成的完整回转过程的转动和章动而不断变化。比如，在图4A所示的+25°倾斜角时，如果在转子128的每个回转过程中，观察只经过施压元件154顶部(即，在12:00时刻的位置)开口160时发生的运动，在顶部开口160中看到的各个零件的相对位置会发生系列改变以匹配在每个其它八个开口160中所示的相对位置。
也就是说，在除了0°(例如，图7A所示的-25°)外的倾斜角时，在转子128的每个回转过程中，每个专用垫圈156滑过施压元件154的表面，而同时每个滑轨124滑过转子128的平面126；并且这些零件中的每一个，通过在每个其它八个开口160中看到的各个不同位置，相对于它自己的开口160改变。这些相对运动在±25°时最大，并且每个运动沿着尺寸变化的循环路径(看起来沿着双纽线的痕迹，即“数字-8”)，所述尺寸随着斜盘转子128的有角度的倾斜和每个固定在汽缸体112内的活塞116的水平位置进行变化。
因此，为了保证每个滑轨124和转子128的平面126之间的适当接触，在优选实施例中选择每个开口160的边界尺寸，从而在转子128的每个回转过程中以及对于转子128的所有倾斜角来说，每个开口160的边界总是保持与每个专用垫圈156的一半以上的表面相接触，正如在图4A至7A中每一图中从专用垫圈156的相对位置和每个开口160的边界看到的。如图所示，对于每个开口160优选的是圆形边界。
(b)具有多弹簧活塞偏压的施压组件本发明的施压组件的第二实施例，尽管组装稍微更困难些，但是相对而言结构相当简单而且成本更便宜。该第二实施例在图8示意地画出，图8表示按照本发明的另一个液压机210的单个活塞的局部放大截面图。活塞216被放置在标准组装的汽缸体212内的汽缸214内，后者被周向形成的相应润滑通道40″径向横切。按照上述其它液压机中所述方式相同的方式，每个润滑通道40″与机器的其它汽缸中的类似通道互连，以在汽缸体212内形成连续的润滑通道；而且类似的，可选择的环绕密封44″可被放置在每个汽缸214的开口端附近，进一步使每个润滑通道40″的润滑流体的损失最小。
被固定的汽缸体212和图1和3公开的标准制汽缸体之间的唯一区别是，被固定的汽缸体212既不包括大的轴向环绕的卷簧，也不包括用于容纳该卷簧的轴向环绕槽缝。
尽管没有画出，液压机210的标准组装的汽缸体212或者被连接到标准制件的固定角度斜盘部件(如图1所示)，或者被连接到标准制件的可变角度斜盘部件(如图3所示)，但是不论那一种情况，液压机210具有更简单的施压组件。即，本实施例的施压组件只包括每个活塞216用的各个传统活塞滑轨224，连同唯一的各个卷簧250，后者也与各个活塞216有关。
每个活塞滑轨214类似于在上述第一施压组件中所示的传统滑轨，并且类似地被安装在活塞216的球形头218上，以类似于上述的方式滑过在机器的斜盘转子228的表面上形成的平面226。每个卷簧250分别在各个汽缸214的阀端部处被围绕液压阀口237安座，并且被放置在每个活塞216的本体部分内。
再次，按照上述方式，每个滑轨224以双纽线运动滑过转子228的平面226，所述双纽线运动的尺寸随着每个活塞216的水平位置以及转子228相对于轴线230的倾斜角进行变化。在液压机210的正常运转过程中，滑轨224通过液压被保持与斜盘平面226的接触。因此，由卷簧250提供的弹簧偏压是最小的，但是在各个汽缸214的阀端部处的液压不存在时，仍可足够保持每个滑轨224和平面226之间的有效滑动接触。
已经发现，上述弹簧250的最小偏压不但便利于组装，而且对于防止小灰尘和金属碎屑的滞留也是足够的，这些灰尘和碎屑的滞留是在组装过程中遇到的以及由于磨损发生的。另外，这样的事实也再次引起人们的注意，即该第二实施例只用非常便宜的零件就提供了必要的功能。
(c)具有多弹簧滑轨偏压的施压组件参照图9，一个优选的施压组件在优选的液压机即泵310中公开，虽然该泵基本上与图3所示及上面详细描述的泵110相同，但包括得到改进的传统的分开式斜盘布置。
如上述其它的液压机，多个活塞316，每个包括相应的滑动滑轨324，在汽缸体312内形成的相应汽缸314内往复运动，汽缸体312与上述汽缸体12和112相同。每个滑轨324在形成于摆动器327上的平面326上滑动，摆动器通过适当的滚针轴承372，374被安装在匹配转子328上，当转子328以本领域公知的方式既转动又章动时，所述轴承使得摆动器327章动而没有转动。
对于本领域的技术人员明显的是，摆动器327和转子328围绕轴线329的倾斜被滑动轴环380、控制链接382和平衡隐蔽链接394的位置控制，方式和图3中关于泵110的上述方式相同。
滑轨324由与上述小节(a)中详细说明的第一施压组件基本相同的施压组件施压。然而，在该优选实施例中，一个大的单卷簧150被多个独立的单卷簧以如下方式代替施压板354被固定到摆动器327，其它方面与参照图4-7详细描述的施压元件154相同。类似地，每个滑轨324接收相应的专用垫圈356的周向伸出部分，专用垫圈356与上述详细说明的每个专用垫圈156相同，而且每个活塞316的颈部被置于对应的多个贯穿施压板354形成的开口360之一内，所有的与小节(a)中详细描述的第一施压组件的装置完全相似。
虽然摆动器327不会随着转子328旋转，摆动器327的章动运动与转子328的章动运动相同，因此，滑轨324和摆动器327的平面326之间的相对运动也与上述小节(a)中详细说明的相同。
在该实施例中，多个单卷簧350在每个汽缸314的阀端部没有液压的情况下提供必要的最小弹簧偏压，以维持每个滑轨324和摆动器327的平面326之间的有效滑动接触。每个卷簧350以周向围绕每个滑轨324的方式放置，被卡在每个专用垫圈356与刚好在每个滑轨324底部上形成的轴环之间。
刚刚说明的优选实施例和公开的其它实施例一样在具有充分润滑的容积效率方面具有显著的进步。此外，它还在滑动滑轨操作的动力性方面具有惊人的改变，大大地提高了效率，而且显著地降低了磨损以及与这些磨损有关的伴生成本。
本发明的液压机都提供具有有效润滑的显著改进的容积效率，以及提供进一步的经济的活塞/斜盘连接部件，进一步的经济是通过相对简单而不昂贵的制造和减少有效操作所需的零件数量实现的。
相应地，应当理解，在此说明的本发明的各个实施例只是本发明原理的应用举例。在此对于所示实施例的细节的参照不意味着限制权利要求的范围，而权利要求本身记录了视为本发明本质的那些特征。
权利要求
1.一种液压机，其具有多个以往复运动方式安装在相应气缸中的活塞，所述气缸形成于固定在外壳中的汽缸体内，并且围绕驱动元件的旋转轴沿周向以第一径向距离放置，每个所述活塞具有本体部分和连接到所述本体部分的头端部，每个相应的汽缸具有阀端部和开口头部，被所述驱动元件驱动的分开斜盘，该斜盘具有能够转动和章动的、倾斜角可变的转子以及只章动的摆动器，而且所述活塞还具有随着所述斜盘的可达预定最大值的倾斜角进行改变的行程，其特征在于，包括位于所述摆动器上的平面；每个所述活塞的所述头端部是球形的，通过狭窄的颈部被连接至所述的本体部分，而且始终伸出到所述各个汽缸的所述头端部之外；每个活塞的所述本体部分具有足够被支承在所述各个汽缸内的细长的轴向圆柱形长度，从而当所述滑轨在所述行程过程中一直与所述平面相对滑动接触时，保证所述活塞的所述头端部的最小横向位移；相应的滑动滑轨，其被枢转地、直接固定在每个所述相应活塞的所述球形头端部，没有任何中间的狗骨件；每个所述相应的滑动滑轨在所述活塞和所述平面之间的所有相对转动运动过程中，保持与所述摆动器的所述平面的直接滑动接触；和施压组件，其用于将每个所述滑动滑轨偏压向所述摆动器的所述平面。
2.如权利要求1所述的液压机，其特征在于，所述分开斜盘还包括用于将所述只章动摆动器支承在所述旋转和章动转子上的滚柱轴承。
3.如权利要求1所述的液压机，其特征在于，所述施压组件包括具有多个相应开口的施压元件，每个在所述施压板中的所述相应开口的边界位于每个相应活塞的所述狭窄颈部附近；和相应垫圈，其围绕所述每个活塞的狭窄颈部安装在所述施压板和每个相应滑动滑轨之间，每个所述相应垫圈具有圆柱对齐的伸长部分，用于沿圆周方向接触每个所述滑动滑轨；所述垫圈与所述施压板滑动接触，用于当所述转子的所述平面相对于驱动元件的所述旋转轴倾斜时，响应所述滑动滑轨的相对位置的改变而相对运动。
4.如权利要求3所述的液压机，其特征在于，在所述施压板中的每个所述相应开口的边界被设计为，在所述相对运动过程中，一直与每个所述相应垫圈的超过一半的外圆周进行接触。
5.如权利要求4所述的液压机，其特征在于，所述液压机还包括最小弹簧偏压，在各个汽缸的所述阀端部处没有液压的情况下，该偏压足以保持在每个所述相应滑轨与所述斜盘的平面之间的有效滑动接触。
6.如权利要求5所述的液压机，其特征在于，所述最小弹簧偏压通过多个弹簧提供，每个所述弹簧分别被放置在所述施压板和一个所述相应垫圈之间。
7.如权利要求5所述的液压机，其特征在于，所述最小弹簧偏压通过多个弹簧提供，每个所述弹簧分别被放置在各个活塞的所述本体部分与各个汽缸的所述阀端部之间。
全文摘要
更小更轻的液压泵/马达通过各个活塞而显著地提高容积效率，各个活塞的本体部分的长度基本上等于活塞在其中往复运动的相应汽缸的轴向长度。多个相应润滑通道周向地形成并且径向横切每个汽缸的壁，每个润滑通道在活塞的整个行程过程中通过在每个活塞的轴向圆柱体被几乎完全封闭。每个润滑通道一个接一个地被互连以在汽缸体内形成单一的连续润滑通道，而且没有与流体“流入”通道或者与流体“流出”通道连接，只被从每个汽缸的阀端部流入并且经过每个汽缸的相应汽缸壁与每个活塞的轴向圆柱体之间的最小流体流量补充。结合不同的弹簧偏压施压组件公开了几个实施例。
文档编号F16H47/04GK1934354SQ200480042143
公开日2007年3月21日 申请日期2004年10月12日 优先权日2004年2月27日
发明者弗农·E·格利斯曼, 基思·E·格利斯曼, 马修·R·弗罗纳·弗罗纳 申请人:托维克公司