專(zhuān)利名稱(chēng)：低摩擦磨損的端面配流的純水液壓軸向柱塞泵或馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及液壓傳動(dòng)中的能量轉(zhuǎn)換裝置，尤其涉及一種低摩擦磨損的端面配流的純水液壓軸向柱塞泵或馬達(dá)。
技術(shù)背景純水液壓傳動(dòng)技術(shù)用過(guò)濾后的自然水(含海水和淡水)作為液壓介質(zhì)，具有清潔、無(wú)污染、無(wú)火災(zāi)危害等優(yōu)點(diǎn)。最近十年來(lái)，新型材料的發(fā)展、加工技術(shù)的進(jìn)步和新結(jié)構(gòu)的液壓元件研制成功，克服了早期水壓傳動(dòng)存在的諸如易腐蝕、易磨損、泄漏大、效率低等缺點(diǎn)，使純水液壓傳動(dòng)技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，開(kāi)始廣泛進(jìn)入食品、造紙、紡織、醫(yī)療器械、消防、冶金、采礦、原子能動(dòng)力廠(chǎng)、海洋開(kāi)發(fā)等工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。
純水液壓泵或馬達(dá)是純水液壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵動(dòng)力元件，其性能指標(biāo)直接決定了整個(gè)純水液壓系統(tǒng)的性能指標(biāo)。到目前為止，已開(kāi)發(fā)出來(lái)的純水液壓泵或馬達(dá)主要有三種代表結(jié)構(gòu)第一種是油水分離，閥配流軸向柱塞式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用平板閥配流，柱塞及缸孔在相對(duì)于主軸的圓周上呈軸向分布，依靠斜盤(pán)和中心彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。配流閥和缸孔浸沒(méi)在水中，其他主要摩擦副(如柱塞球頭和滑靴球窩、滑靴靴底和斜盤(pán)、軸承等)浸沒(méi)在油中。為防止油水串通，必須在柱塞和缸孔摩擦副上加密封將油水隔離。整個(gè)裝置壽命取決于密封圈的壽命。此種結(jié)構(gòu)是在純水液壓技術(shù)發(fā)展的初期，為了解決水潤(rùn)滑摩擦副材料短缺的難題而提出的一種過(guò)渡技術(shù)。
第二種是全水潤(rùn)滑，閥配流徑向柱塞式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用平板閥配流，柱塞及缸孔在相對(duì)于主軸的圓周上呈徑向均布，依靠主軸上的偏心輪和各柱塞根部的回程彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所有摩擦副均直接用水潤(rùn)滑和冷卻。這種結(jié)構(gòu)徑向尺寸大，整個(gè)裝置體積大，比功率小。
第三種是全水潤(rùn)滑，閥配流的軸向柱塞式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用平板閥配流，柱塞及缸孔在相對(duì)于主軸的圓周上呈軸向均布，工作時(shí)缸體不轉(zhuǎn)動(dòng)，而是使斜盤(pán)隨驅(qū)動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠斜盤(pán)和中心彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)不可用作液壓馬達(dá)，自吸能力較差，無(wú)級(jí)變量困難，轉(zhuǎn)速提高困難。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種低摩擦磨損的端面配流的純水液壓軸向柱塞泵或馬達(dá)，它利用過(guò)濾后的自然水(含淡水和海水)作為壓力工作介質(zhì)和潤(rùn)滑介質(zhì)，不再需要有任何其它潤(rùn)滑劑。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是它包括由左端蓋、右端蓋、殼體組成的外殼，外殼內(nèi)的缸體軸承孔裝有缸體，缸體同一圓周上均布有與缸體軸線(xiàn)平行的奇數(shù)個(gè)缸孔，柱塞滑靴組件中的柱塞置于缸孔內(nèi)，與柱塞構(gòu)成柱塞副，缸體一端裝有止推盤(pán)，置于缸體中心孔中的彈簧的一端經(jīng)壓緊塑料棒將止推盤(pán)壓在配流盤(pán)上，中心彈簧另一端通過(guò)缸體、缸體外的球鉸、球鉸外的回程盤(pán)將每個(gè)柱塞滑靴組件中的滑靴壓在斜盤(pán)上，驅(qū)動(dòng)或輸出軸的一端穿過(guò)左端蓋中心的滑動(dòng)軸承插入缸體中心，與缸體牢固結(jié)合，每個(gè)配流套一端相應(yīng)地裝入一個(gè)缸孔中，配流套的另一端裝入止推盤(pán)上相應(yīng)的孔中，配流套兩端都有O形橡膠密封圈，止推盤(pán)相對(duì)于缸體浮動(dòng)，在右端蓋中心裝有配流支柱，配流支柱和定位銷(xiāo)將配流盤(pán)固定在右端蓋上，另外兩個(gè)定位銷(xiāo)將斜盤(pán)固定在左端蓋上，滑動(dòng)軸承和缸體軸承內(nèi)均開(kāi)有導(dǎo)水溝槽。
柱塞滑靴組件的柱塞置于缸孔內(nèi)，缸孔內(nèi)壁牢固結(jié)合有一層增強(qiáng)塑料，該增強(qiáng)塑料層和金屬的柱塞構(gòu)成柱塞副。
所說(shuō)的滑靴包括金屬材料制成的半圓形基體，在基體球窩內(nèi)、基體圓柱面外、基體側(cè)面覆蓋增強(qiáng)塑料層，覆蓋有增強(qiáng)塑料層的球窩與柱塞的球頭構(gòu)成球窩副，覆蓋有增強(qiáng)塑料層的基體圓柱面裝入回程盤(pán)的孔中，覆蓋有增強(qiáng)塑料的側(cè)面與斜盤(pán)構(gòu)成滑靴副。
所說(shuō)的回程盤(pán)包括多孔的圓形金屬基體，在基體中心孔內(nèi)表面緊密結(jié)合的增強(qiáng)塑料層，增強(qiáng)塑料層與球鉸構(gòu)成球鉸副。
所說(shuō)的配流盤(pán)包括圓盤(pán)形的金屬基體，在基體外表面緊密結(jié)合的增強(qiáng)塑料層，增強(qiáng)塑料層的側(cè)面與止推盤(pán)構(gòu)成配流副。
本實(shí)用新型具有的有益的效果是采用配流盤(pán)端面配流，靠斜盤(pán)和中心彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所有摩擦副均直接用水潤(rùn)滑、冷卻，徑向尺寸小，體積小，重量輕，比功率大。
本實(shí)用新型采用半軸式結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)或輸出軸的一端插入缸體中心，與缸體牢固結(jié)合，缸體由缸體外的缸體軸承支撐。這樣缸體與驅(qū)動(dòng)或輸出軸的同心度高，缸體運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。驅(qū)動(dòng)或輸出軸的長(zhǎng)度短，軸的形變小。泵或馬達(dá)的軸向尺寸小，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊。
配流套與缸孔和止推盤(pán)都有一定的徑向間隙，使止推盤(pán)相對(duì)于缸體可以浮動(dòng)。浮動(dòng)端面配流可以自動(dòng)補(bǔ)償零件加工和安裝的誤差。配流套兩端都有O形橡膠密封圈，確保高壓水不從配流套的徑向間隙中泄漏。
左滑動(dòng)軸承安裝于左端蓋內(nèi)，支撐驅(qū)動(dòng)或輸出軸；缸體軸承安裝于殼體內(nèi)，支撐缸體。這樣驅(qū)動(dòng)或輸出軸基本不受彎矩的作用，只承受扭矩，從而減少了軸的磨損，延長(zhǎng)了軸的使用壽命。
主要摩擦副配對(duì)材料均為不銹金屬材料與增強(qiáng)塑料，既保證了純水液壓軸向柱塞泵或馬達(dá)中零部件的耐腐蝕性、強(qiáng)度、韌性和剛度，又保證了各摩擦副的自潤(rùn)滑、耐磨損、減震等摩擦學(xué)特性，能夠有效地避免在高速、重載、水潤(rùn)滑的情況下摩擦副的粘著磨損、腐蝕磨損和卡死等現(xiàn)象，有效提高了工作可靠性和使用壽命。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為柱塞滑靴組件的放大圖；圖3為回程盤(pán)的放大圖；圖4為配流盤(pán)的放大圖。
圖中1 鍵，2 驅(qū)動(dòng)或輸出軸，3 擋板，4 軸封，5 滑動(dòng)軸承，6 左端蓋，7殼體，8 斜盤(pán)，9 滑靴，10 柱塞，11 中心彈簧，12 O形橡膠密封圈，13 配流套，14 止推盤(pán)，15 配流盤(pán)，16 右端蓋，17 配流盤(pán)支柱，18 定位銷(xiāo)，19 壓緊塑棒，20 缸體，21 缸體軸承，22 球鉸，23 回程盤(pán)。
具體實(shí)施方式
如圖1至圖4所示，本實(shí)用新型包括由一個(gè)外殼(包括左端蓋6，右端蓋16，殼體7)和一個(gè)安裝于殼內(nèi)可旋轉(zhuǎn)的缸體20組成。缸體20同一圓周上均勻分布與缸體20軸線(xiàn)平行的缸孔，柱塞滑靴組件的柱塞10置于缸孔內(nèi)，缸孔內(nèi)壁牢固結(jié)合有增強(qiáng)塑料，它和不銹金屬材料制成的柱塞10配成柱塞副。缸體20右邊是止推盤(pán)14。置于缸體20中心的中心彈簧11通過(guò)缸體，球鉸22和回程盤(pán)23將每個(gè)柱塞滑靴組件之滑靴9與斜盤(pán)8壓緊。中心彈簧11的另一端通過(guò)壓緊塑料棒19將止推盤(pán)14壓向配流盤(pán)15。止推盤(pán)14和配流盤(pán)15構(gòu)成一對(duì)摩擦副——配流副。配流套13將缸體20和止推盤(pán)14連接起來(lái)，并使止推盤(pán)14隨缸體20一起轉(zhuǎn)動(dòng)。配流套13一端裝入缸孔中，另一端裝入止推盤(pán)14上相應(yīng)的孔中。配流套13與缸孔20和止推盤(pán)14都有一定的徑向間隙，使止推盤(pán)14相對(duì)于缸體20可以浮動(dòng)。配流套13兩端都有O形橡膠密封圈12，確保高壓水不從配流套的徑向間隙中泄漏。配流支柱17和定位銷(xiāo)18將配流盤(pán)15固定在右端蓋16上。驅(qū)動(dòng)或輸出軸2的一端穿過(guò)左端蓋6中心的滑動(dòng)軸承5，軸端有鍵槽，安裝鍵1；另一端插入缸體20中心，與缸體20牢固接合。兩個(gè)定位銷(xiāo)18將斜盤(pán)8固定在左端蓋6上。軸2由滑動(dòng)軸承5支承，缸體20缸體軸承21支承，滑動(dòng)軸承5和缸體軸承21內(nèi)均開(kāi)有若干條導(dǎo)水溝槽，將水引入起潤(rùn)滑和冷卻作用。缸體軸承21的導(dǎo)水溝槽還連通了左右兩邊的水腔。軸端密封依靠骨架式軸封4完成，骨架式軸封4外面是擋板3。
本實(shí)用新型作為泵使用時(shí)，泵水過(guò)程是這樣的驅(qū)動(dòng)軸2帶動(dòng)缸體20，止推盤(pán)14，柱塞滑靴組件旋轉(zhuǎn)，中心彈簧11通過(guò)缸體20，球鉸22和回程盤(pán)23將作用力平均施加到每個(gè)滑靴9上，以保證滑靴9的靴底始終緊貼在斜盤(pán)8斜面上滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)柱塞10在缸孔中不斷的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)柱塞10向左運(yùn)動(dòng)到左極限位置時(shí)，止推盤(pán)14上相應(yīng)的腰形窗被配流盤(pán)15全遮蓋，缸孔中形成封閉。隨著驅(qū)動(dòng)軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)，滑靴9在彈簧力的作用下緊貼在斜盤(pán)8上滑動(dòng)，帶動(dòng)柱塞10向右運(yùn)動(dòng)，使缸孔的封閉容積減小，水壓力上升，然后止推盤(pán)14的腰形窗和配流盤(pán)15的高壓腰形窗連通，缸孔中的高壓水被柱塞10不斷排出，經(jīng)過(guò)配流盤(pán)15的高壓腰形窗到達(dá)泵的出口，實(shí)現(xiàn)了泵的排水過(guò)程。當(dāng)柱塞10運(yùn)動(dòng)到其右極限位置時(shí)，缸孔的容積不能再增大，此時(shí)止推盤(pán)14上相應(yīng)的腰形窗也被配流盤(pán)15全遮蓋，缸孔中又一次形成封閉，隨著驅(qū)動(dòng)軸2繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，缸孔封閉容積增加，水壓力降低，然后止推盤(pán)14的腰形窗和配流盤(pán)15的低壓腰形窗連通，低壓水從泵的入口經(jīng)過(guò)配流盤(pán)15不斷進(jìn)入缸孔中，完成泵的吸水過(guò)程。隨著驅(qū)動(dòng)軸2的旋轉(zhuǎn)，每個(gè)缸孔將不斷的吸排水，且多個(gè)柱塞10按一定的先后次序各自獨(dú)立的完成吸排水工作，每個(gè)柱塞10排出的高壓水在泵的出口有序的疊加，從而泵出流量連續(xù)均勻的高壓水。
本實(shí)用新型作為馬達(dá)使用時(shí)，工作過(guò)程為泵工作過(guò)程的逆過(guò)程。
本實(shí)用新型的所有摩擦副均直接采用水潤(rùn)滑和冷卻，包括缸孔和柱塞10，柱塞球頭和滑靴球窩，滑靴靴底與斜盤(pán)8，止推盤(pán)14與配流盤(pán)15，驅(qū)動(dòng)或輸出軸2與左滑動(dòng)軸承5，缸體20與缸體軸承21，球鉸22與回程盤(pán)23等。具體是這樣實(shí)現(xiàn)的缸孔和柱塞10之間有一定間隙，靠此間隙實(shí)現(xiàn)密封。在排水過(guò)程中，缸孔中是高壓水，在缸孔和柱塞10密封間隙兩端形成高低壓力差，使得缸孔中的高壓水通過(guò)密封間隙泄漏到低壓的殼體內(nèi)。此部分泄漏水在間隙中的壓力是依次減小的，有相當(dāng)?shù)某休d能力，對(duì)于缸孔和柱塞10摩擦副來(lái)說(shuō)，起到了支撐，潤(rùn)滑，冷卻作用。
缸孔中的高壓水還通過(guò)柱塞中心孔，柱塞球頭中心孔到達(dá)柱塞球頭與滑靴球窩摩擦副，起潤(rùn)滑作用；再通過(guò)滑靴中心孔到達(dá)滑靴9靴底與斜盤(pán)摩擦副，形成靜壓支承。
左滑動(dòng)軸承5和缸體軸承21內(nèi)均開(kāi)有多條導(dǎo)水溝槽，將殼體內(nèi)的水引入其中，對(duì)兩對(duì)軸承副起到潤(rùn)滑和冷卻作用。
本實(shí)用新型的主要摩擦副均采用不銹金屬材料配增強(qiáng)塑料，這種配對(duì)具有耐腐蝕、耐磨損和自潤(rùn)滑的特性，可有效保證在水潤(rùn)滑條件下獲得足夠的可靠性和使用壽命。具體情況如下軸承副有兩個(gè)左滑動(dòng)軸承5和驅(qū)動(dòng)或輸出軸2、缸體滑動(dòng)軸承21和缸體20，兩個(gè)滑動(dòng)軸承均完全采用增強(qiáng)塑料制作，軸2和缸體20為不銹金屬材料。球鉸副是球鉸22和回程盤(pán)23，其中球鉸22為不銹金屬材料，回程盤(pán)23包含兩部分，第一部分是不銹金屬材料的基體23.1，第二部分是在基體內(nèi)牢固結(jié)合的一個(gè)增強(qiáng)塑料的球窩23.2，它與球鉸22配合構(gòu)成球鉸副。缸體20也包含兩部分，第一部分是不銹金屬材料的基體，第二部分是在缸體基體的缸孔之內(nèi)牢固結(jié)合的增強(qiáng)塑料，它與不銹金屬材料的柱塞組成柱塞副?；?也分兩部分，第一部分是不銹金屬材料基體9.1，第二部分是在其球窩處和與斜盤(pán)接觸的端面包覆的增強(qiáng)塑料9.2，它與柱塞10的球頭形成球窩副，與斜盤(pán)8的斜面形成滑靴副。配流盤(pán)15中間是金屬基體15.1，外表面包覆增強(qiáng)塑料15.2，與不銹金屬材料的止推盤(pán)14構(gòu)成配流副。
總之，本實(shí)用新型所用的主要摩擦副配對(duì)材料均為不銹金屬材料與增強(qiáng)塑料，既保證了純水液壓泵或馬達(dá)中零部件的耐腐蝕性、強(qiáng)度、韌性和剛度，又保證了各摩擦副的自潤(rùn)滑、耐磨損、減震等摩擦學(xué)特性，能夠有效地避免在高速、重載、水潤(rùn)滑的情況下摩擦副的粘著磨損、腐蝕磨損和卡死等現(xiàn)象，有效提高了工作可靠性和使用壽命。
權(quán)利要求1.一種低摩擦磨損的端面配流的純水液壓軸向柱塞泵或馬達(dá)，其特征在于它包括由左端蓋(6)、右端蓋(16)、殼體(7)組成的外殼，外殼內(nèi)的缸體軸承(21)內(nèi)裝有缸體(20)，缸體(20)同一圓周上均布有與缸體(20)軸線(xiàn)平行的奇數(shù)個(gè)缸孔，柱塞滑靴組件中的柱塞(10)置于缸孔內(nèi)，缸體(20)一端裝有止推盤(pán)(14)，置于缸體(20)中心孔中的彈簧(11)的一端經(jīng)壓緊塑料棒(19)將止推盤(pán)(14)壓在配流盤(pán)(15)上，中心彈簧(11)另一端通過(guò)缸體(20)、缸體外的球鉸(22)、球鉸外的回程盤(pán)(23)將每個(gè)柱塞滑靴組件中的滑靴(9)壓在斜盤(pán)(8)上，驅(qū)動(dòng)或輸出軸(2)的一端穿過(guò)左端蓋(6)中心的滑動(dòng)軸承(5)插入缸體(20)中心，與缸體(20)牢固結(jié)合，每個(gè)配流套(13)一端相應(yīng)地裝入一個(gè)缸孔中，配流套(13)的另一端裝入止推盤(pán)(14)上相應(yīng)的孔中，配流套(13)兩端都有O形橡膠密封圈(12)，止推盤(pán)(14)相對(duì)于缸體(20)浮動(dòng)，在右端蓋(16)中心裝有配流支柱(17)，配流支柱(17)和定位銷(xiāo)(18)將配流盤(pán)(15)固定在右端蓋(16)上，另外兩個(gè)定位銷(xiāo)(18)將斜盤(pán)(8)固定在左端蓋(6)上，增強(qiáng)塑料制成的滑動(dòng)軸承(5)和缸體軸承(21)內(nèi)均開(kāi)有導(dǎo)水溝槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低摩擦磨損的端面配流的純水液壓軸向柱塞泵或馬達(dá)，其特征在于柱塞滑靴組件的柱塞(10)置于缸孔內(nèi)，缸孔內(nèi)壁牢固結(jié)合有一層增強(qiáng)塑料，該增強(qiáng)塑料層和金屬的柱塞(10)構(gòu)成柱塞副。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低摩擦磨損的端面配流的純水液壓軸向柱塞泵或馬達(dá)，其特征在于所說(shuō)的滑靴(9)包括金屬材料制成的半圓形基體(9.1)，在基體(9.1)球窩內(nèi)、基體圓柱面外、基體側(cè)面覆蓋增強(qiáng)塑料層(9.2)，覆蓋有增強(qiáng)塑料層的球窩與柱塞(10)的球頭構(gòu)成球窩副，覆蓋有增強(qiáng)塑料層的基體圓柱面裝入回程盤(pán)(23)的孔中，覆蓋有增強(qiáng)塑料的側(cè)面與斜盤(pán)(8)構(gòu)成滑靴副。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低摩擦磨損的端面配流的純水液壓軸向柱塞泵或馬達(dá)，其特征在于所說(shuō)的回程盤(pán)(23)包括多孔的圓形金屬基體(23.1)，在基體(23.1)中心孔內(nèi)表面緊密結(jié)合的增強(qiáng)塑料層(23.2)，增強(qiáng)塑料層(23.2)與球鉸(22)構(gòu)成球鉸副。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低摩擦磨損的端面配流的純水液壓軸向柱塞泵或馬達(dá)，其特征在于所說(shuō)的配流盤(pán)(15)包括圓盤(pán)形的金屬基體(15.1)，在基體(15.1)外表面緊密結(jié)合的增強(qiáng)塑料層(15.2)，增強(qiáng)塑料層(15.2)的側(cè)面與止推盤(pán)(14)構(gòu)成配流副。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種低摩擦磨損的端面配流的純水液壓軸向柱塞泵或馬達(dá)，它以過(guò)濾后的自然水(含淡水和海水)為工作介質(zhì)，它主要由一個(gè)外殼和安裝于外殼內(nèi)可旋轉(zhuǎn)的缸體組成。缸體同一圓周上均布有與驅(qū)動(dòng)或輸出軸平行的奇數(shù)個(gè)缸孔，柱塞滑靴組件中的柱塞置于缸孔內(nèi)，缸孔的另一頭安裝一個(gè)配流套，配流套的另一端裝入止推盤(pán)上相應(yīng)的孔中，止推盤(pán)相對(duì)于缸體浮動(dòng)，自動(dòng)補(bǔ)償零件加工和安裝的誤差，中心彈簧的一端經(jīng)壓緊塑料棒將止推盤(pán)壓在配流盤(pán)上，另一端通過(guò)缸體、球鉸、回程盤(pán)將滑靴壓在斜盤(pán)上，驅(qū)動(dòng)或輸出軸與缸體牢固結(jié)合。本實(shí)用新型所有摩擦副均直接用水潤(rùn)滑、冷卻，徑向尺寸小，體積小，重量輕，比功率大。
文檔編號(hào)F04B1/12GK2667193SQ20032012294
公開(kāi)日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2003年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月26日
發(fā)明者周華, 楊華勇, 龔國(guó)芳 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)