[发明专利]一种曲面滚道斜盘轴向柱塞泵及马达

说明书

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。解决了现有技术中斜盘柱塞泵及马达长期存在的两大问题，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的问题，工作不良状况得到完全的改善，重要特征是：以径向滚轴来实现的滚动摩擦，双作用轴向柱塞液压缸，双斜盘，加大功率密度，提高效率，是一种新型的具有优势的液压元件。

所属技术领域：

本发明涉及一种曲面滚道斜盘轴向柱塞泵/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：

现有技术中，斜盘式轴向柱塞泵/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/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一。

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/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

为了解决现有技术中斜盘式轴向柱塞泵/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副。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。

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β，从图中可以看出，在复合运动中，b点的空间位置决定了β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β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β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。