技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)閥配流單柱塞軸向柱塞泵，屬于液壓元器件技術(shù)領(lǐng)域。軸向柱塞泵是一種應(yīng)用非常廣泛、極為重要的液壓元件，其配流機構(gòu)的特性關(guān)乎技術(shù)提高、應(yīng)用領(lǐng)域拓寬和節(jié)能環(huán)保。轉(zhuǎn)閥是液壓系統(tǒng)元器件中一個重要類別，將轉(zhuǎn)閥的結(jié)構(gòu)形式運用到軸向柱塞泵及馬達中，作為配流機構(gòu)，于是得到一種新的液壓元器件。單柱塞軸向柱塞泵是軸向柱塞泵家族之中結(jié)構(gòu)最簡約的極為重要的一個類別，轉(zhuǎn)閥配流單柱塞軸向柱塞泵將成為具有獨特地位的重要液壓基礎(chǔ)元器件。

背景技術(shù)：
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現(xiàn)有技術(shù)中斜盤式軸向柱塞泵是一種重要的液壓元件，廣泛應(yīng)用于工程機械，機床工業(yè)，及大型液壓系統(tǒng)中。然而斜盤式軸向柱塞泵在使用過程中常有故障發(fā)生，導(dǎo)至設(shè)備損壞、效率降低。其缺陷主要存在于斜盤式軸向柱塞泵內(nèi)的三對摩擦副，即：滑靴與斜盤之間、柱塞與柱塞缸缸壁之間、柱塞缸組合體與平面配流盤之間，這三對摩擦副雖然處于良好的潤滑狀態(tài)，但由于設(shè)計結(jié)構(gòu)的原因，其承受負荷力的狀態(tài)是不良的，使其技術(shù)品質(zhì)受到極大的影響。此前有發(fā)明專利申請“一種曲面滾道斜盤軸向柱塞泵及馬達”，申請?zhí)?201510295059.2)，即雙配流盤軸向柱塞泵及馬達，其斜盤變化為雙向的曲面滾道，增加了將柱塞導(dǎo)向并傳遞扭矩的導(dǎo)軌組件，且工作部件是雙作用軸向柱塞缸，雙配流盤用以從兩端向雙作用軸向柱塞缸配流，該發(fā)明有效地解決了前述“三對摩擦副”中的兩對摩擦副存在的缺陷，而未針對普遍廣泛使用的平面配流盤配流機構(gòu)提出改進措施。由于平面的雙配流盤并不能完全滿足曲面滾道斜盤軸向柱塞泵及馬達的結(jié)構(gòu)需求及技術(shù)要求，為達到改善配流機構(gòu)工作效果為目的，本發(fā)明提出一種適應(yīng)“曲面滾道斜盤軸向柱塞泵及馬達”機構(gòu)的“轉(zhuǎn)閥配流”的新方案。

現(xiàn)有技術(shù)中平面的配流盤由于普遍采用了靜壓支承技術(shù)，成功地改善了現(xiàn)有斜盤式軸向柱塞泵及馬達中缸體與配流盤之間摩擦副的工況環(huán)境。但是，由于缸體與配流盤之間并沒有固化的物理約束，其間間隙只是僅僅依賴正壓力與靜壓支承油契之間的平衡來維持，因而所構(gòu)成的靜壓支承并非穩(wěn)定狀態(tài)，工作自然磨損、負載變化導(dǎo)至的油壓波動、缸體產(chǎn)生的傾覆力矩、介質(zhì)污染、溫度變化等等都會令其靜壓支承的平衡效果喪失，技術(shù)品質(zhì)下降。

然而在轉(zhuǎn)閥配流新方案中同樣可應(yīng)用到靜壓支承技術(shù)，且更能充分體現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢。在“曲面滾道斜盤軸向柱塞泵及馬達”中，配流流道口的位置由曲面滾道的形狀決定，因為曲面滾道與滾軸的相互作用決定了柱塞的運動狀態(tài)和位置，所以在與曲面滾道固定聯(lián)接為一體的閥套中，配流流道口可達到適時配流、精確切換的效果，而旋轉(zhuǎn)的組合缸體的外圓周上，每一分缸體設(shè)置有對應(yīng)于閥套的徑向流道口，并在旋轉(zhuǎn)中與靜止的閥套中的配流流道口聯(lián)通或切換，因此旋轉(zhuǎn)的組合缸體即轉(zhuǎn)閥配流中轉(zhuǎn)閥的閥芯，閥芯與閥套的工作結(jié)合面即支承閥芯進行旋轉(zhuǎn)運動的靜壓支承運動摩擦副。在轉(zhuǎn)閥配流新方案中，閥套與閥芯套置的結(jié)構(gòu)形式使配流機構(gòu)間隙小而且固定不變、平穩(wěn)運轉(zhuǎn)、減少泄漏、更加完善合理。曲面滾道軸向柱塞泵及馬達，因前述新型的轉(zhuǎn)閥配流，可以期望達到更好的技術(shù)效果，但仍然存在一些固有的技術(shù)障礙，因其結(jié)構(gòu)所致，閥芯即組合缸體的直徑不宜過大，否則閥套與閥芯之間的間隙面過大導(dǎo)致泄漏增大，同時閥套與閥芯之間相對運動的線速度會大大提高，不利于靜壓支承的穩(wěn)定工作。因而在設(shè)計應(yīng)考慮組合缸體之中分缸的數(shù)目以少為宜，以3--5個為好，盡量減小組合缸體的直徑?？s小組合缸體的直徑于轉(zhuǎn)閥配流技術(shù)的應(yīng)用是有利的。

單柱塞軸向柱塞泵是軸向柱塞泵家族之中結(jié)構(gòu)最簡約的極為重要的一個類別，無疑，對于單柱塞泵，其缸體直徑可達到最小，最能適應(yīng)轉(zhuǎn)閥配流技術(shù)的應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)中，單柱塞軸向柱塞泵其配流方式一般采用單向閥配流.兩個單向閥分別安裝在泵的進出油口，柱塞腔在吸、排油階段分別打開相應(yīng)油口的單向閥，從而實現(xiàn)吸、排油，由于單向閥響應(yīng)存在一定的滯后性，使得泵的自吸能力差，限制了泵的轉(zhuǎn)速和柱塞往復(fù)運動速度范圍。有研究表明：單向閥配流在轉(zhuǎn)速達到2000r/min時就己難于實現(xiàn)正常配流，而轉(zhuǎn)閥在達到12000r/min時依然能夠?qū)崿F(xiàn)正常配流。功率密度高一直是軸向柱塞泵的重要優(yōu)勢之一，而提高工作壓力和柱塞往復(fù)運動速度是提高功率密度的主要方法，因此改變單柱塞軸向柱塞泵的配流方式，由單向閥配流變?yōu)檗D(zhuǎn)閥配流是提高單柱塞軸向柱塞泵的技術(shù)品質(zhì)和拓寬其應(yīng)用范圍的正確途徑。本發(fā)明正是依據(jù)這一設(shè)計思路創(chuàng)新提出“轉(zhuǎn)閥配流單柱塞軸向柱塞泵”。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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針對“單柱塞軸向柱塞泵”，為提高其產(chǎn)品技術(shù)性能和拓展應(yīng)用領(lǐng)域的目的，本發(fā)明提出一項全新的設(shè)計?，F(xiàn)有技術(shù)中，斜盤式軸向柱塞泵一般具有由多個分缸組成的組合缸體，其各個分缸的軸線一定偏離組合缸體旋轉(zhuǎn)運動的軸線，即使是設(shè)計單柱塞也必不令缸體的軸線與旋轉(zhuǎn)運動的軸線重合。因為這樣柱塞端部的滑靴與斜盤才能相互作用使柱塞產(chǎn)生往復(fù)運動。然而“曲面滾道”的設(shè)計方案改變了這個現(xiàn)狀，由于在曲面滾道軸向柱塞泵中，柱塞上的橫向滾軸偏離伸出缸體和柱塞軸線之外，與曲面滾道相互作用使柱塞產(chǎn)生往復(fù)運動，因此單柱塞與單缸體的軸線得以與旋轉(zhuǎn)運動的軸線重合，為轉(zhuǎn)閥的構(gòu)成并實現(xiàn)對缸體(即閥芯)配流提供了必要條件。閥套的結(jié)構(gòu)形式可參見圖1之b_b，兩側(cè)分別設(shè)置兩個相對的扇形溝槽，并分別引出閥套建立進、出油管線，在上下兩端，相對的扇形溝槽之間的間隔分別對應(yīng)于曲面滾道的兩個軸向極限位置，缸體(即閥芯)在閥套內(nèi)旋轉(zhuǎn)一周，單柱塞在缸體中進行一周往復(fù)運動，缸體端部圓周上的徑向流道口與兩個相對的扇形溝槽分別各聯(lián)通一次，完成進、出油。

扇形溝槽設(shè)置在閥芯(缸體)圓周方向的兩側(cè)，由于兩側(cè)扇形溝槽的油壓必定存在壓差，因此閥芯將受到高壓側(cè)扇形溝槽區(qū)域油液產(chǎn)生的壓力，推動閥芯偏向閥套的另一側(cè)同時也偏離其旋轉(zhuǎn)中心軸線，該推力將使轉(zhuǎn)閥閥芯、閥套這對摩擦副產(chǎn)生過度摩擦，當(dāng)兩側(cè)扇形溝槽油液壓差很高時會有嚴重后果，因此必須在其對側(cè)建立平衡力，以確立靜壓支承的基礎(chǔ)條件。圖1之c-c，即示意在其對側(cè)建立的油壓平衡溝槽，其軸向位置與扇形溝槽錯開一定距離，并經(jīng)由內(nèi)部通道與相對側(cè)的扇形溝槽聯(lián)通(參見圖2)。相等的圓周角、相等的槽寬可達到推力的平衡。

圖2是圖1中閥套及曲面滾道的展開圖，示意扇形溝槽、油壓平衡溝槽、曲面滾道廓線之間的關(guān)聯(lián)。需要說明的是，在圖1中，左端的閥套及曲面滾道(3)與右端的閥套及曲面滾道(16)，其結(jié)構(gòu)和功用是完全一樣的，裝配時扭轉(zhuǎn)180度對置，其間留有一定距離即形成曲面滾道槽。其閥套部分分別與左端的缸體(4)、右端的缸體(17)構(gòu)成配流轉(zhuǎn)閥。左端缸體上的閥口(5)與右端缸體上的閥口(18)，在位置上相差180度，是為了使從閥套上引出的管線，兩端進油管在一側(cè)而兩端出油管在另一側(cè)，避免交叉布線。從圖1中可看出，如果去掉左端的缸體及柱塞，只保留右端缸體及柱塞、橫向滾軸和曲面滾道槽，該柱塞泵仍然成立，其外形尺寸可更進一步減小，但代價是功率減小和輸出脈動增大。

一種轉(zhuǎn)閥配流單柱塞軸向柱塞泵，主要由閥套及曲面滾道、缸體、柱塞及橫向滾軸、軸向?qū)к壗M成，其特征在于：所述缸體、柱塞的幾何軸線與其旋轉(zhuǎn)運動的軸線重合，所述缸體的端部圓周上設(shè)置有進出油液的閥口，所述進出油液的閥口的位置與所述缸體上設(shè)置的所述軸向?qū)к壪鄬?yīng)在一直線上，所述閥套上設(shè)置有配流扇形腰槽及進出油液的閥套接口，所述配流扇形腰槽的位置與所述曲面滾道相對應(yīng)，其間兩個所述配流扇形腰槽間的切換間隔對應(yīng)于所述曲面滾道的軸向極限位置，所述缸體的端部作為所述轉(zhuǎn)閥的閥芯與相對應(yīng)的所述閥套構(gòu)成所述轉(zhuǎn)閥，所述閥套同時作為所述缸體進行旋轉(zhuǎn)運動的靜壓支承體，當(dāng)所述缸體在外部轉(zhuǎn)矩驅(qū)動下進行旋轉(zhuǎn)運動時，所述柱塞及橫向滾軸與所述曲面滾道、所述軸向?qū)к壪嗷プ饔?，令所述柱塞在所述缸體內(nèi)進行往復(fù)運動，所述轉(zhuǎn)閥適時配流，精確切換完成吸入和壓出油液的功能。

平衡，是設(shè)計師永恒的追求，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案中，橫向滾軸與曲面滾道、軸向?qū)к壷g的相互作用，其作用點都偏離中心軸線，因此所產(chǎn)生的力矩都需要有相應(yīng)的平衡力矩，設(shè)計才更趨完美。本發(fā)明對此提出進一步創(chuàng)新方案：

根據(jù)前面所述的轉(zhuǎn)閥配流單柱塞軸向柱塞泵，其特征在于：所述柱塞及橫向滾軸變化為十字滾軸，即在所述柱塞的另一側(cè)與其橫向滾軸對稱位置增設(shè)另一橫向滾軸，與所述柱塞呈十字形直角交叉，即所述十字滾軸，所述曲面滾道的曲面形狀變化為以其中心軸線為對稱軸的旋轉(zhuǎn)對稱曲面，該曲面的邊沿廓線見圖3，其與所述柱塞、所述十字滾軸之間的相互作用關(guān)系是，所述柱塞連帶所述缸體以自身軸線旋轉(zhuǎn)180度，所述十字滾軸的兩端滾動體始終與所述曲面滾道的曲面接觸并相互作用，使所述柱塞同時作軸向往復(fù)運動一周，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)180度則所述柱塞同時再作軸向往復(fù)運動一周，并回復(fù)起始狀態(tài)，所述十字滾軸的兩端滾動體與所述曲面滾道的旋轉(zhuǎn)對稱曲面相互作用，所產(chǎn)生的力是相互平衡的，共同的合力推動所述柱塞作軸向運動而不會產(chǎn)生附加傾覆力矩。

由于所述柱塞連帶所述缸體旋轉(zhuǎn)360度，所述柱塞同時作軸向往復(fù)運動兩周，因而所述轉(zhuǎn)閥的配流流道需要調(diào)整，需要由缸體旋轉(zhuǎn)360度，其間兩次切換進、出油流道改變?yōu)樗拇吻袚Q。如圖3所示，兩端的閥套內(nèi)壁均設(shè)置有四個配流扇形腰槽，且兩兩相對，每一配流扇形腰槽都有引出接口，分別為a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8.其外管連接方式是：a1連接a5并引出進、出油管，a2連接a6并引出另一進、出油管，a3連接a7，a4連接a8。配流扇形腰槽之間的間隔即是切換改變流道的位置，與曲面滾道的廓線相對應(yīng)(見圖4)，以限定柱塞在其軸向運動的極限位置時轉(zhuǎn)閥切換改變流道。轉(zhuǎn)閥閥芯即左端的缸體(2-1)、右端的缸體(2-8)，端部的流道配置方式是：右端的缸體(2-8)端部，有右端缸體上的閥口(2-9)，該閥口是兩個開在缸體端部缸壁圓周上、同一直徑上對置的流道口(見圖4之c_c)，該閥口其中心線與軸向?qū)к?2-6)以及十字滾軸及雙頭柱塞(2-4)上十字滾軸的中心軸線處在同一平面上，而左端缸體上的閥口(2-2)其中心線(見圖4之b_b)垂直于前述平面。這一設(shè)計可達到閥芯(即缸體)所承受的由油壓所產(chǎn)生的徑向推力在旋轉(zhuǎn)運動中的每一瞬時都達到平衡，必要時還可以增設(shè)一道較窄較淺環(huán)形的與高壓配流扇形腰槽聯(lián)通的靜壓支承環(huán)，從而獲得更好的靜壓支承效果。

以上表述都局限在“泵”的范疇，這是因為單柱塞軸向柱塞泵作為一種液壓元件不具備“可逆性”的所有條件，然而，以相同的設(shè)計思路，以大體相似的結(jié)構(gòu)，仍可以找到其有限的逆向運用的機會。根據(jù)前述轉(zhuǎn)閥配流單柱塞曲面滾道軸向柱塞泵，特征是：所述位于兩端的配流轉(zhuǎn)閥簡化為位于兩端的旋轉(zhuǎn)接頭，油液可經(jīng)由右油管接頭(3-7)，右端的缸體上的旋轉(zhuǎn)接頭流道口(3-13)進、出右端的缸體(3-12)，左端以相同的結(jié)構(gòu)，同樣的方式工作，從而驅(qū)動活塞往復(fù)運動，所述曲面滾道變化為雙頭螺旋曲面滾道，所述活塞在往復(fù)運動中，其上之所述十字滾軸與軸向?qū)к?3-10)、雙頭螺旋曲面滾道壁(3-5)相互作用，所產(chǎn)生的擺動轉(zhuǎn)矩通過所述缸體由固連在所述缸體上的軸輸出，于是成為一種單柱塞雙頭螺旋曲面滾道擺動馬達。這樣一種單柱塞雙頭螺旋曲面滾道擺動馬達，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、軸向輸出扭矩的特點，更重要的是其擺動幅度可大于360度，以至n圈，且可設(shè)計改變雙頭螺旋曲面滾道的形狀，達到令其在擺動的全程中有不同的速度和扭矩的效果。

附圖說明：

圖1是轉(zhuǎn)閥配流單柱塞軸向柱塞泵

圖2是圖1中閥套及曲面滾道的展開圖

圖3是具有十字滾軸的轉(zhuǎn)閥配流單柱塞軸向柱塞泵

圖4是圖3中閥套及曲面滾道的展開圖

圖5是單柱塞雙頭螺旋曲面滾道擺動馬達

圖6是具體實施方式示意圖

其中：1.左端蓋2.推力軸承3.左端的閥套及曲面滾道4.左端的缸體

5.左端缸體上的閥口6.密封件7.外殼8.定位環(huán)9.滑塊

10.橫向滾軸11.軸承12.軸向?qū)к?3.曲面滾道廓線示意

14.轉(zhuǎn)動間隙15.雙頭柱塞16.右端的閥套及曲面滾道

17.右端的缸體18.右端缸體上的閥口19.右端蓋

20.配流扇形腰槽21.閥套接口22.油壓平衡溝槽

2-1.左端的缸體2-2.左端缸體上的閥口

2-3.左端的閥套及曲面滾道2-4.十字滾軸及雙頭柱塞

2-5.曲面滾道廓線示意2-6.軸向?qū)к?/p>

2-7.右端的閥套及曲面滾道2-8.右端的缸體

2-9.右端缸體上的閥口2-10.左端閥套內(nèi)壁上的配流扇形腰槽

2-11.右端閥套內(nèi)壁上的配流扇形腰槽

a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7，a8均為連通配流扇形腰槽的接口。

3-1左端蓋3-2左油管接頭3-3外殼3-4十字滾軸

3-5雙頭螺旋曲面滾道壁3-6右端雙頭螺旋曲面滾道體

3-7右油管接頭3-8密封槽及密封件3-9左端雙頭螺旋曲面滾道體

3-10軸向?qū)к?-11雙頭柱塞3-12右端的缸體

3-13右端的缸體上的旋轉(zhuǎn)接頭流道口

4-1電機4-2轉(zhuǎn)閥配流單柱塞軸向柱塞泵

4-3液壓傳動管線4-4執(zhí)行器件

具體實施方式：

本發(fā)明所呈述的轉(zhuǎn)閥配流單柱塞曲面滾道軸向柱塞泵，以及衍生而得的單柱塞雙頭螺旋曲面滾道擺動馬達，均屬于液壓技術(shù)的基礎(chǔ)元器件，所涉應(yīng)用的范圍較廣，具體實施方式就是推出有獨特技術(shù)優(yōu)勢的產(chǎn)品以供市埸選擇。當(dāng)前，智能機器人產(chǎn)業(yè)正在進入爆發(fā)期，中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型浪潮對機器人應(yīng)用有著巨大需求，而機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展正成為我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主攻方向。本發(fā)明最大的特點在于其結(jié)構(gòu)簡單，極有利于小型化、微型化，且能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高壓而獲得高功率密度，充分彰顯液壓傳動技術(shù)的優(yōu)勢，而這一優(yōu)勢正是進入機器人產(chǎn)業(yè)的入埸券，期待具體實施本發(fā)明能為產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出貢獻。

圖6即是本發(fā)明具體實施方式示意簡圖，圖中：電機(4_1)可以是伺服電機、步進電機、直流電機等，電機(4_1)與轉(zhuǎn)閥配流單柱塞軸向柱塞泵(4_2)直接聯(lián)接，驅(qū)動柱塞泵(4_2)，液壓傳動管線(4_3)聯(lián)接柱塞泵(4_2)與執(zhí)行器件(4_4)，形成一簡單的閉式液壓回路。這可以視為一個液壓傳動模塊，無論是從體積尺寸、傳動便捷靈活、功率密度等多方面評估，都將優(yōu)于現(xiàn)在較普遍采用的電機、減速機模式，而執(zhí)行器件(4_4)選用對稱雙活塞桿液壓缸(4_4a)時可作為一個關(guān)節(jié)屈伸模塊，選用單柱塞雙頭螺旋曲面滾道擺動馬達(4_4b)時則可作為一個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動模塊。其“控制與反饋”當(dāng)歸并到人工智能的“指令與感知”系統(tǒng)。