專利名稱：液壓泵和馬達的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于連續(xù)可變的流體力學(xué)泵和馬達，特別是一有效的和經(jīng)濟的彎曲軸泵和馬達。
背景技術(shù)：
在工業(yè)中，電機不適合的場合，液壓泵和馬達得到廣泛應(yīng)用。需要可靠和簡易的控制，耐用的，長壽命的可變排水泵/馬達。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個目的是通過提供改善的液壓泵和馬達。
這些和其他目的通過具有旋轉(zhuǎn)件和非旋轉(zhuǎn)件的泵/馬達實現(xiàn)。每個非旋轉(zhuǎn)泵部件裝配在機架的傾斜機構(gòu)內(nèi)。非旋轉(zhuǎn)部件的傾斜軸線橫切于旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)軸。泵/馬達的位移由非旋轉(zhuǎn)部件的傾斜角度控制。一傾斜角度控制裝置和機架連接，和非旋轉(zhuǎn)部件連接并調(diào)整傾斜角度。


本發(fā)明及其目的和優(yōu)點在閱讀下面的較佳實施例及其附圖后可以更好的理解。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的泵/馬達一個方案的驅(qū)動軸端透視圖；
圖2是圖1中顯示的泵/馬達單元的驅(qū)動軸端透視圖，但后機架移開；圖3是圖2中顯示的泵/馬達單元的后端透視圖；圖4是圖1中顯示的泵/馬達單元的正視剖面圖；圖5和5a是分別從圖4中扭矩盤的活塞端和總管端的透視圖；圖6和8是分別從圖5和圖5a顯示的扭矩盤的活塞端和總管端的正視圖；圖7是圖6中扭矩盤從線7-7的剖面正視圖；圖9-11是圖4中的一個活塞單元的各個視圖；圖12-16是圖4顯示的氣缸體單元的各個視圖；圖17-21是圖4顯示的軸套單元的各個視圖；圖22-24是圖4顯示的導(dǎo)向管的各個視圖；圖25-30圖4中顯示的管體的各個視圖；圖31是圖4中沿線31-31的剖面正視圖；圖32-33是圖1-3顯示位移控制總成的剖面圖；圖34-37是圖1-3和32-33的控制活塞的各個視圖；圖38-40是圖32-33顯示的位移控制總成液體補給流網(wǎng)絡(luò)的各個視圖；圖41是使用圓柱形套筒以代替圖1-4中使用軸套裝置的實施例控制位移的本發(fā)明的第二實施例的剖面正視圖；圖42-45是圖41顯示的氣缸體的各個視圖；圖46-49是圖41顯示的滑塊的各個視圖；圖50-54是圖41顯示的圓柱形套筒和控制氣缸的各個視圖。
較佳實施例的描述翻到附圖，特別是圖1，顯示了一可變位移液壓泵/馬達50，具有驅(qū)動軸52為了旋轉(zhuǎn)其軸頸在總管單元54的滾針軸承53，55上，該細(xì)節(jié)在圖25-30顯示。驅(qū)動軸在其輸出端56刻鍵槽以供驅(qū)動或從動部件扭矩接合。管體54有一前裝配法蘭以連接涉及的驅(qū)動或從動設(shè)備，示意圖57顯示。泵/馬達50可以作為泵或者馬達使用，取決于是以機械扭矩的形式向驅(qū)動軸52輸入能量(此種情況下作為泵使用)或者以液壓液體流的形式向驅(qū)動軸52輸入能量(此種情況下作為液壓馬達)。
后機架58用來封閉泵/馬達50的運動總成60，如圖2所示，圖3中后機架58被移開。后機架58通過緊固件，如艾倫頭機器螺栓64或類似件，和總管單元54的后法蘭62連接。后機架58端的整體套筒66接合一位移控制總成70，泵或馬達50的位移通過其可以從零連續(xù)變化到其全位移。位移控制70的操作在下面詳細(xì)解釋。
驅(qū)動軸52有一內(nèi)端73刻有鍵槽并和配合花鍵在扭矩盤80的軸向開口75嚙合，細(xì)節(jié)在圖5-8顯示。扭矩盤80支持泵/馬達50在驅(qū)動軸52的末端繞軸線82的旋轉(zhuǎn)。換句話說，對于具有更緊湊運轉(zhuǎn)循環(huán)的泵/馬達，可以去掉驅(qū)動軸52的內(nèi)部滾針軸承，扭矩盤80可以支持如圖41中的實施例的大直徑滾針軸承。該大直徑滾針軸承可以由安入前機架54后部的柱面軸向突出軸套88的堅硬的支撐環(huán)(未示)支撐。一端口盤90插入到總管單位54的后部的淺圓柱形凹槽89與扭矩盤80的前表面接觸，其目的在下面祥述。
如圖4-8所示，扭矩盤80具有許多圍繞扭矩盤相等距離排列的開口92，通過其后部或者活塞端面94和其前部或總管端面95連接。每個開口92包括具有球形槽或扭矩盤的后面94的球形座的插入件97的階梯狀的柱面孔96，及開口于前表面95的腎狀插槽98。圖9-11的詳細(xì)描述的活塞100，每個具有球形活塞頭102分別與開口92的插入件97的球形座嚙合，在活塞100中通過孔104與開口92液體連通。活塞頭102以將插入件97的尾部錘過活塞頭部的方式保留在插槽96中，插入件通過螺栓109在扭矩盤80的后部保持在護圈盤106的位置。每個活塞由窄頸105和具有環(huán)形槽108的輕微擴口裙以連接活塞環(huán)(未示)。扭矩盤80在操作上只有適度應(yīng)力，所以它可以有經(jīng)濟的金屬結(jié)構(gòu)，可以減少泵/馬達50的成本。端口盤90在其磨損的情況下也可有輕松的位移。換句話說，管體54的后表面可用作端口盤，如下面詳細(xì)描述的，作為不需修理或重建的經(jīng)濟單元。
氣缸體110，圖12-16所示，包括許多在氣缸體的前端部開口的封閉氣缸112。該氣缸112的尺寸可以接收活塞100的裙部107。中心孔114沿氣缸體110伸展，平面環(huán)形淺凹槽116與氣缸體110的后表面匹配，與孔114同心，接收安裝固定于總管54的耳軸137的軸套120的軸承孔119內(nèi)的圓錐滾柱軸承118的外部的末端，如圖3和31所示。圖17-21詳細(xì)顯示了軸套。軸套120提供了氣缸體110的軸向支撐，并支撐軸承柱121，如圖4顯示，和其后端通過一堅固的艾倫頭機械螺栓122連接。兩個圓錐滾柱軸承118和123裝配于軸承柱121以支撐氣缸體110。
圖22-24顯示的軸向?qū)蚬?25，裝配于驅(qū)動軸52末端的球形槽91提供一波動彈簧124的反作用平面，預(yù)加載扭矩盤80和端口盤90以確定泵/馬達50啟動時其間的液體緊密界面。一帽127用一扣環(huán)鎖緊波動彈簧124保持于導(dǎo)向管125，法蘭套129座于導(dǎo)向管125相對于氣缸體的末端。軸向加載力通過導(dǎo)向管125的內(nèi)端的球形滾珠128傳輸?shù)脚ぞ乇P80，傳向插槽91和驅(qū)動軸52，然后通過驅(qū)動軸52和扭矩盤80間的扣環(huán)傳向扭矩盤80。
護圈盤106和插入件97的孔嚙合以使其保持在孔96中并在活塞100的末端的球形滾珠102的直徑上支撐插入件97，并使活塞100上加載的扭矩最小?；钊?00施加的橫向力由插入件97承受并直接傳輸?shù)阶o圈盤106，然后傳到由軸承53，55反作用的驅(qū)動軸52。扭矩盤80和驅(qū)動軸52的花鍵連接的75-73可減輕承受這些橫向力。
球形滾珠128的軸孔93提供插槽91的球形滾珠128的球形表面的驅(qū)動軸軸孔的潤滑油流，還有通過導(dǎo)向管125至軸承118和123的潤滑油流。換句話說，機架可以將全部運動總成60充滿潤滑油。插槽91的球形滾珠128的曲率中心位于包括所有球形活塞的曲率中心和插入件97的球形座的橫平面。
如圖3，4和17顯示，軸套120支撐氣缸體110，承受氣缸112中的液壓，圍繞彎曲軸82A旋轉(zhuǎn)。從基環(huán)132伸出的一對臂130，通過軸套120接收銷140每個臂130的軸承孔135支撐在耳軸137。耳軸137具有孔138通過旋轉(zhuǎn)軸139橫向于中心軸82并位于包括球形滾珠128的曲率中心和球形活塞頭102的同一橫向平面。軸套120的樞軸139允許氣缸體保持在鄰近彎曲軸82A的旋轉(zhuǎn)軸線而與軸套120的傾斜角度無關(guān)。
彎曲軸82A的角度產(chǎn)生軸線82，以及泵/馬達50的位移，由位移控制單元70控制。位移控制單元70包括領(lǐng)先-落后值用來控制軸套120的傾斜角度。如圖3和32所示，位移控制單元70與軸套120的曲柄臂145連接，并與連接銷147嚙合，與嵌入主控制活塞150的槽口149的結(jié)合塊148連接，如圖3和32-37所示。伺服馬達或步進馬達155移動一控制桿160和控制活塞150的孔170的控制線圈165連接?？刂苹钊?50被系統(tǒng)液壓驅(qū)動到圖32顯示的控制線圈165的位置，推動曲柄臂145的接合塊148和連接銷147。當(dāng)軸套繞其樞軸139轉(zhuǎn)動時，樞軸曲柄臂145的橫向運動單元在槽口149由接合塊148調(diào)節(jié)。
移動控制活塞150的系統(tǒng)壓力，如圖38-40所示，由泵/馬達50的高壓總管176的流體通道175提供，如圖38所示，控制活塞的低壓端與低壓端口180通過低壓流體通道182液體連通。
操作時，泵或馬達連接到接合高壓或低壓端口175和180的液體流。驅(qū)動軸52連接到驅(qū)動或被驅(qū)動設(shè)備且流體通過端口175和180流入泵/馬達50。如果該單元作為泵操作，驅(qū)動軸52驅(qū)動并旋轉(zhuǎn)扭矩盤80，通過活塞驅(qū)動氣缸體120。氣缸體的彎曲軸造成氣缸112的活塞在氣缸體的每個旋轉(zhuǎn)的全循環(huán)往復(fù)。氣缸112通過活塞100的流體位移和扭矩盤80通過開口連通，和端口盤90的腎狀開口連通，如圖26所示。位移通過氣缸體軸線82A和中心軸線82的傾斜角Ф使用位移控制總成70控制。
系統(tǒng)壓力用來在所有負(fù)載和位移條件下使用固定和控制的流體軸承浮動端口盤上的扭矩盤80，如圖5a和圖6所示。固定的流體軸承是“負(fù)平衡”軸承可以帶來由扭矩盤80的活塞施加的大約50％的軸線負(fù)載和控制的“過平衡”流體軸承承受大約150％的軸線負(fù)載。
固定的流體軸承由端口98的液壓補給。控制的液壓軸承是淺單體楔形凹槽185放射狀的伸出端口98和扭矩盤80的活塞座。楔形凹槽185由環(huán)繞在每個接地框架186間沿展的具有淺放射輪輻槽188的平臺框架186確定?？?89沿每個楔形凹槽185的中心沿展到階梯孔92來在楔形凹槽185的系統(tǒng)壓力下補給流體，以提供支持端口盤90的流體墊的扭矩盤80。孔190(圖7所示)壓入孔189以限制凹槽185的流速?？刂屏黧w軸承的超負(fù)載能力將扭矩盤80從端口盤90分出環(huán)繞框架186的泄漏流體進入凹槽187和188超越孔190的流體能力產(chǎn)生環(huán)繞孔在階梯孔92和楔形凹槽185的液壓落差。壓力落差通過控制流體軸承減少軸線力，直到扭矩盤80和端口盤90間達到平衡，即兩個流體軸承施加的軸線力正好平衡活塞施加的軸線力。本流體軸承的泄漏通過正確選擇凹槽直徑可以限制在可以接受的水平，達到通過軸承的泄漏和扭矩?fù)p失的平衡。
本彎曲軸實施例的優(yōu)勢在于具有更高的效率和能量密度，可以減少尺寸，重量，復(fù)雜性和成本，比同樣大小的旋轉(zhuǎn)斜盤單元運轉(zhuǎn)的更快。這樣可以使用使彎曲軸單元旋轉(zhuǎn)更快的傳動比，當(dāng)作為馬達使用時增加其扭矩和能量輸出，作為泵使用時增加其流動能力。
圖41-54顯示了本發(fā)明的另一實施例，氣缸體199相對于滑塊200的前表面201運行，如圖46-49所示?；瑝K200有一在支撐塊210的圓柱凹槽208內(nèi)滑動的圓柱形后表面202。滑塊200有一中心開口212接收銷218的球形旋鈕215，并按入控制活塞220的橫孔，通過圓柱形凹槽的槽216沿展?？刂苹钊?20，和圖2，3和32-37顯示的控制活塞操作相似，在氣缸222內(nèi)的支撐塊210內(nèi)運轉(zhuǎn)。運動單元的位移通過控制氣缸軸線82A和中心線82的傾斜角度控制，使用控制活塞220，其在氣缸222的位置由與伺服馬達或步進馬達155的控制活塞220的孔內(nèi)的控制線圈165連接的控制桿160的位置控制，如圖1-4的實施例所示。
氣缸體199的每個氣缸224的底板有孔225接納有限的壓力液體進入每個氣缸后面的淺凹槽227，組成氣缸體的流體軸承。每個氣缸的壓力按照每個行程階段和輸入速度，扭矩或壓力變化。流體軸承平衡每個氣缸224的后部壓力提供的孔225足夠大以使液體流進入凹槽227以彌補泄漏。
徑向滾針軸承230環(huán)繞扭矩盤80以提供扭矩盤的徑向支持，通過活塞100反作用橫向力。徑向滾針軸承230對應(yīng)于連接到管體54的圓柱形套筒235運轉(zhuǎn)。本實施例中，圓柱形套筒235是機架240的主要部分，環(huán)繞氣缸體195和在其后部提供裝配法蘭242以連接支撐塊210至管體，反作用氣缸體195的軸向力至管體。
顯然，還可能有許多上述較佳實施例的其它的修改，結(jié)合和變化，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。例如，上述的較佳實施例的許多功能和優(yōu)點，在本發(fā)明的一些應(yīng)用中，不需要所有的功能和優(yōu)點。這樣，我們預(yù)期本發(fā)明的應(yīng)用會使用比全部說明的功能和優(yōu)點更少。此外，本發(fā)明的一些形式和實施例在這里揭示，但并不是所有的都要求權(quán)利，雖然所有的都被涵蓋在主權(quán)利要求內(nèi)。然而，我們傾向于每個和所有的形式和實施例，以及這里的相同物，在隨后的權(quán)利要求內(nèi)包含和被保護，對于一些單獨的形式缺乏權(quán)利要求也不意味著向公眾公開。從而，所有的實施例，形式，修改和變化以及等同物，都在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，并在隨后的權(quán)利要求中確定。
權(quán)利要求
1.一種液壓泵/馬達，包括一裝配在中心軸線上的管體的驅(qū)動軸；一連接到所述驅(qū)動軸以進行扭矩傳輸?shù)呐ぞ乇P；一具有基部的彎曲軸運動單元，連接到所述管體以圍繞橫切于所述中心軸線的旋轉(zhuǎn)軸線弧形移動；一氣缸體被所述基部支撐并旋轉(zhuǎn)，所述氣缸體的封閉氣缸中具有中空活塞，所述活塞具有球形活塞頭與所述扭矩盤的球形槽嚙合；流體流動通道通過所述扭矩盤連通，當(dāng)所述活塞通過所述氣缸體圍繞所述軸套的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入所述氣缸，當(dāng)其與所述氣缸體對于所述扭矩盤在交叉線上有一傾斜角度時，在所述氣缸中傳輸液壓。
2.權(quán)利要求1所述的一種液壓泵/馬達，其中所述扭矩盤具有一液壓流體軸承用于在所述管體的壓力液體薄膜上支撐所述扭矩盤。
3.權(quán)利要求2所述的一種液壓泵/馬達，其中所述液壓流體軸承包括一通過所述扭矩盤連通的所述流體流動通路的流體壓力造成的負(fù)平衡部分和具有在通過所述單體凹槽的孔的系統(tǒng)壓力補充流體的淺單體凹槽的過平衡部分，在系統(tǒng)壓力下，所述孔具有有限的流動速率進入所述凹槽；由此在所述凹槽內(nèi)的液壓將所述扭矩盤和所述管體分開，且通過所述孔以超過所述限制速率的速率泄漏出所述凹槽，產(chǎn)生一通過所述孔的流體壓力落差并因此減少所述過平衡部分施加的軸向力，直到扭矩盤和所述管體的軸向排列達到平衡，其位置是兩個流體軸承施加的軸向力正好與所述活塞在所述扭矩盤上的軸向力平衡。
4.權(quán)利要求1所述的一種液壓泵/馬達，其中所述基部包括具有一對從軸套基部伸出的臂，每個臂樞軸連接于所述管體以圍繞位于包含所述球形活塞頭的曲率中心的平面的所述樞軸線樞轉(zhuǎn)；由此所述氣缸體保持其旋轉(zhuǎn)軸線圍繞所述彎曲軸線旋轉(zhuǎn)，與所述軸套的傾斜角度無關(guān)。
5.權(quán)利要求1所述的一種液壓泵/馬達，還包括控制氣缸中的控制活塞，所述控制活塞可以位于所述控制氣缸中，由連接著所述控制活塞的孔中的控制線圈的控制桿定位。
6.權(quán)利要求1所述的一種液壓泵/馬達，其中所述基部包括一具有圓柱形后表面的滑塊，該滑塊在支撐塊的圓柱形凹槽內(nèi)滑動。
7.權(quán)利要求6所述的一種液壓泵/馬達，還包括控制氣缸中的控制活塞，所述控制活塞由連接著所述控制活塞的孔中的控制線圈的控制桿定位于所述控制氣缸；所述滑塊具有一中心開口，接收從所述控制活塞伸出的銷，以控制所述氣缸體軸線和所述驅(qū)動軸的中心軸線的傾斜角度。
8.權(quán)利要求1所述的一種液壓泵/馬達，還包括一徑向軸承在所述管體的位置徑向支撐所述扭矩盤。
9.權(quán)利要求8所述的一種液壓泵/馬達，其中所述徑向軸承環(huán)繞所述扭矩盤并反作用由所述活塞通過所述徑向軸承直接作用的一連接到所述管體的支撐圓柱形套筒施加在所述扭矩盤上的橫向載荷。
10.權(quán)利要求8所述的一種液壓泵/馬達，其中所述徑向軸承環(huán)繞所述驅(qū)動軸并直接通過所述驅(qū)動軸和所述扭矩盤的接合支撐所述扭矩盤。
全文摘要
一液壓單元包括一驅(qū)動軸(52)裝配在管體(54)并連接到一在中心軸線上的扭矩盤(80)。一彎曲軸線運動單元(60)具有一軸套連接到管體在軸套的支撐下旋轉(zhuǎn)。氣缸體的氣缸中的中空活塞(100)使流體流入扭矩盤并形成總管而不需要經(jīng)過流體通過一接合組件樞轉(zhuǎn)氣缸體。
文檔編號F04B1/20GK1437686SQ01811544
公開日2003年8月20日 申請日期2001年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月20日
發(fā)明者勞倫斯·R·福爾松, 克萊夫·塔克爾 申請人:福爾松技術(shù)公司