УДЛИНЕННЫЙ СКОЛЬЗЯЩИЙ БАШМАК ДЛЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ ЦИЛИНДРОВ ГИДРООБЪЕМНЫХ НАСОСОВ И МОТОРОВ Российский патент 2001 года по МПК F01B3/02 F04B1/20 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к гидрообъемным агрегатам аксиально-поршневого типа.

Гидрообъемные передачи содержат два или более гидрообъемных агрегата, в которых используются вращающиеся блоки цилиндров или подобные конструкции, которые соединены гидравлически. Один блок цилиндров, обычно называемый насосом, соединен с вращающимся входным валом, а другой блок цилиндров, называемый мотором, имеет вал отбора мощности. Эти блоки цилиндров или группы обычно представляют собой конструкцию с поршнями/наклонной шайбой или конструкцию с наклонным блоком цилиндров. Каждая из этих конструкций имеет определенные полезные отличительные признаки, но в то же время им обеим свойственны определенные конструкции и функциональные недостатки.

Отличительный признак как конструкций с наклонной шайбой, так и с наклонным блоком заключается в наличии шарового шарнирного соединения в зоне контакта поршня/скользящего башмака. Удлиненное плечо, которое проходит к расточке поршня и временами достигает ее, представляет собой отличительный признак только конструкций с наклонным блоком. Гидростатический подшипник-поверхность, которая скользит между скользящим башмаком и наклонной шайбой, представляет собой отличительный признак только конструкций с наклонной шайбой.

Известен гидрообъемный агрегат, включающий вращательный блок поршней, множество параллельных расточек под поршни, имеющих открытые торцы, расположенные по кругу в блоке, причем в каждой из расточек установлен с возможностью скольжения поршневой элемент, а каждый поршневой элемент имеет наружный конец, выполненный с возможностью прохождения за открытый торец расточки, углубление, имеющее закругленную донную часть в наружном конце каждого из поршней, скользящий башмак поршня, имеющий дуговое основание, заходящее с возможностью поворота в углубление, плечо, проходящее в наружном направлении от основания, при этом плечо на одном конце соединено с основанием и имеет на другом конце проходящую в боковом направлении плоскую поверхность, и наклонную шайбу, имеющую плоскую управляющую поверхность, находящуюся в соприкосновении с плоской поверхностью плеча, причем дуговое основание скользящего башмака поршня имеет шар, установленный в углублении с возможностью обеспечения подвижности (DE 4214765 A, 11.11.1993).

В известных конструкциях с наклонной шайбой имеют место значительные боковые нагрузки на поршни, приводящие к появлению повышенного трения между поршнями и расточками, которое неблагоприятно влияет на эффективность крутящего момента. Допустимы только малые углы наклонной шайбы, но они ограничивают выходную мощность. Точка нагружения вала (то есть "место приложения нагрузки") расположена по длине цилиндра в том месте, которое может быть разрушено в зоне контакта между блоком цилиндров и валом. При большей длине имеющихся цилиндров требуется более длинный вал, что приводит к прогибу вала, уменьшающему долговечность его подшипников.

Поэтому основная задача этого изобретения заключается в создании вращающегося цилиндра для гидрообъемной передачи с наклонной шайбой, который позволит значительно уменьшить давление на поверхность поршня между поршнями цилиндра и расточками под поршни и таким образом повысить эффективность крутящего момента машины, приводимой в действие посредством передачи.

Еще одна задача этого изобретения заключается в создании вращающего цилиндра для гидрообъемной передачи с наклонной шайбой, где могут быть получены большие углы наклонной шайбы для повышения выходной мощности и общего КПД машины.

Еще одна задача этого изобретения заключается в создании вращающегося цилиндра для гидрообъемных передач с наклонной шайбой, который позволяет переместить точку нагружения вала ближе к концу блока цилиндров со стороны плоского распределителя для повышения прочности зоны контакта между блоком цилиндров и валом, чтобы предотвратить повреждение зоны контакта.

Еще одна задача этого изобретения заключается в создании блока вращающихся цилиндров для гидрообъемных передач с наклонной шайбой, в котором точка приложения нагрузки находится ближе к концу блока цилиндров со стороны плоского распределителя и который позволяет уменьшить свободную длину поршня, что обеспечивает уменьшение общей длины машинного агрегата.

Еще одна задача этого изобретения заключается в создании вращающегося цилиндра для гидрообъемной передачи с наклонной шайбой, который позволит уменьшить длину вала что, в свою очередь, приведет к увеличению долговечности подшипников вала.

Поставленные задачи достигаются тем, что расстояние от центра шара до плоской поверхности больше диаметра поршневого элемента, а плечо имеет длину, достаточную для частичного прохождения в открытый торец расточки.

Кроме того, вал проходит в блок цилиндров и имеет ось вращения на продольной оси блока цилиндров, при этом вал оперативно соединен с блоком цилиндров для его вращения, причем блок цилиндров имеет точку сконцентрированных сил бокового нагружения в точке нагружения, определяемой пересечением оси вращения вала и прямой линии, проходящей между центрами шаров, при этом точка нагружения расположена в пределах блока цилиндров.

Кроме того, скользящие башмаки имеют Т-образную форму, а идущие в поперечном направлении плоские поверхности каждого скользящего башмака имеют площадь, значительно большую площади поперечного сечения, определяемой плоскостью, проходящей через центр шаров.

На фиг. 1 представлен продольный вид в сечении блока цилиндров согласно изобретению.

На фиг. 2 представлен схематический вид, подобный виду на фиг. 1, показывающий размерную взаимосвязь между длиной скользящего башмака и диаметром поршня.

На фиг. 3 представлен вид, подобный виду на фиг. 1, показывающий модифицированную форму изобретения.

Гидрообъемный агрегат содержит корпус 1, имеющий с одной стороны торцевую крышку 2, а с другой стороны центральное отверстие 3 с поверхностями 4, 5, 6, предназначенными для захождения в них обычных подшипников уплотнений и тому подобного. Вал 7 проходит в корпусе 1 через крепления к источнику или получателю вращательной энергии (не показан). Шлицы 9 на центральной части вала 7 служат для передачи энергии или вращения блоку цилиндров 10. В крышке 2 имеется опорное гнездо 11, в которое заходит внутренний конец вала 7. При необходимости совместно с опорным гнездом 11 могут быть использованы соответствующие подшипники (не показаны). На крышке 2 расположен обычный плоский распределитель 12, в котором имеются соответствующие окна (не показаны). Плоский распределитель 12 имеет центральное отверстие 13 для размещения в нем вала 7.

Блок цилиндров 10 имеет в своей центральной части шлицевую ступицу 14, предназначенную для захождения в нее со скольжением с целью сборки шлицев 9 на валу 7. Ступица 14 имеет наружный конец с заплечиком 15 уменьшенного наружного диаметра (фиг. 1). Взаимосвязь между шлицевой ступицей 14 и шлицами 9 позволяет валу 7 обычным образом вращать блок цилиндров 10.

Блок цилиндров 10 имеет большое количество цилиндрических расточек 16, каждая из которых имеет поршень 17, установленный внутри нее с возможностью скольжения. Длина расточек 16 больше длины поршней 17. Канал 18 у внутреннего конца каждой из расточек 17 служит для обеспечения возможности сообщения рабочей жидкости с донными частями расточек 16. Каналы 18 сообщены с соответствующими каналами в крышке 2 для подачи рабочей жидкости к расточкам 16 для поршней. В наружном конце каждого поршня 17 выполнено сферообразное гнездо 19.

Скользящие башмаки 20 состоят из шаровых частей 21, которые вставлены в гнезда 19 с возможностью поворота. Плечи 22 проходят от шаров 21 в наружном направлении и заканчиваются в скользящих элементах 23, которые имеют плоскую поверхность 24.

Наклонная шайба 25 установлена в корпусе 1 и имеет центральное отверстие 26 для захождения вала 7 и, если требуется, для углового перемещения наклонной шайбы внутри корпуса 1 с достаточным зазором, так чтобы не происходило столкновения с валом 7. Центральное отверстие 26 имеет периферийную сужающуюся стенку 27, которая служит для дополнительного углового расположения наклонной шайбы по отношению и валу 7 без его касания. Наклонная шайба 25 представляет собой сплошную конструкцию и имеет внутреннюю плоскую поверхность 28, которая входит в соприкосновение с плоской поверхностью 24 на скользящем башмаке 20.

Следует заметить, что скользящие башмаки 20 в зависимости от углового положения наклонной шайбы 25 способны проходить в расточки 16 цилиндров, главным образом, из-за длины плеч 22, которые представляют собой часть скользящих башмаков. Такая конструктивная схема позволяет наклонной шайбе 25 занимать большее угловое положение по отношению к валу 7, чем в других случаях. Кроме того, такая конструктивная схема приводит к получению блока цилиндров 10 меньшей длины, чем в других случаях. Помимо этого, точка 29 приложения нагрузки, которая представляет собой точку максимальной концентрации поперечных или боковых сил внутри устройства, перемещена в направлении ближе к плоскому распределителю 12 внутри корпуса блока цилиндров 10. Это приводит к получению конструктивно улучшенного блока цилиндров по сравнению с тем случаем, когда точка приложения нагрузки дальше удалена от плоского распределителя 12.

Позицией 30 обозначена центральная ось корпуса 1, блока 10 и вала 7. Позицией 31 обозначена центральная ось расточек 16 и поршней 17. Линия 32 представляет собой воображаемую линию между центрами шаров 21. Точка 29 приложения нагрузки расположена внутри блока 10 и находится на пересечении линии 32 и оси 30.

Посредством большей централизации сил бокового нагружения между валом 7 и блоком цилиндров 10 (посредством перемещения точки 30 приложения нагрузки далее в блок цилиндра 10, как описано выше) достигается значительное уменьшение поверхностного давления на поршни 17. Это приводит к меньшему трению между поршнями и расточками 16.

Большие углы наклонной шайбы, которые достигаются посредством этой конструкции, как описано выше, повышают выходную мощность и общий коэффициент полезного действия передачи. Кроме того, большие углы наклонной шайбы обеспечивают для моторов с переменным рабочим объемом большее отношение максимального хода к минимальному ходу. Это преимущество может быть обеспечено как для насосов, так и для моторов.

Дополнительно преимущество перемещения точки 29 приложения нагрузки далее по корпусу блока цилиндров 10 заключается в том, что этим увеличивается прочность контактной поверхности между шлицевой ступицей 14 блока цилиндров и шлицами 9 вала 7. В этом состоит весьма важное усовершенствование согласно изобретению, поскольку эта контактная поверхность в известных устройствах подвержена разрушению.

Положение точки 29 приложения нагрузки, которое описано выше, в сочетании с уменьшением свободной длины поршня приводит к появлению значительных потенциальных возможностей для уменьшения общей длины агрегата нераздельного исполнения. В моделях согласно этому изобретению показано, что общая длина блока цилиндров может быть уменьшена до 1,5 дюйма (38,1 мм). Посредством такого уменьшения длины длина вала 7 также уменьшается. Этим уменьшается возможность отклонения вала, что, в свою очередь, может повысить долговечность подшипников, удерживающих вал.

На фиг. 3 представлена конструкция, похожая на ту, которая показана на фиг. 1. На ступице 30 согласно фиг. 3 исключен заплечик 15, показанный на ступице 14 согласно фиг. 1. Это вызвано тем, что плечи 22 скользящих башмаков 20 на фиг. 3 длиннее, чем на фиг. 1. Этим обеспечивается возможность смещения наклонной шайбы 24 согласно фиг. 3 под большим углом по отношению к оси 30, за счет чего точка 29 приложения нагрузки на фиг. 3 перемещена ближе к плоскому распределителю 13, чем место 30 на фиг. 1. В том случае, когда точка приложения нагрузки расположена "глубже" в блоке цилиндров, как показано на фиг. 3, заплечик 15 может быть исключен.

Устройство согласно фиг. 1 и 3 обеспечивает возможность получения большего диапазона наклона наклонной шайбы по отношению к оси 30, чем обеспечивается больший диапазон скоростей. Прежде наклон наклонной шайбы порядка 25^o мог быть достигнут только посредством дорогостоящего устройства с наклонным блоком цилиндров. Конструкция согласно фиг. 1 обеспечивает возможность большего наклона наклонной шайбы, а конструкция согласно фиг. 3 обеспечивает наклон, весьма близкий к 25^o.

На фиг. 2 показано предпочтительное в отношении размеров соотношение между диаметром поршней 17 и эффективной длиной скользящих башмаков 20 при измерении от геометрического центра шаров 21 до плоской поверхности 24. Длина L скользящего башмака 20 больше диаметра D поршня.

Устройство предназначено для использования в области гидромашиностроения, в объемных агрегатах аксиально-поршневого типа. Блок цилиндров для гидрообъемной передачи имеет вращаемый корпус для поршней с множеством расточек под поршни, расположенные в корпусе по окружности. В каждой расточке с возможностью скольжения установлен поршневой элемент. Каждый из поршневых элементов имеет наружный конец, который выходит из открытого торца расточки. Углубление или гнездо имеет в наружном конце каждого из поршней закругленную донную часть. Скользящий башмак поршня, содержащий дугообразное основание (шар), с возможностью вращения установлен в гнезде. Плечо проходит в наружном направлении от шара и на другом конце имеет проходящую в боковом направлении плоскую поверхность. Плоская поверхность с возможностью скольжения входит в соприкосновение с наклонной шайбой, имеющей плоскую управляющую поверхность. Расстояние L от центра шара до плоской поверхности больше диаметра D поршневого элемента. Устройство позволит значительно уменьшить давление на поверхность поршня между поршнями цилиндра и расточками под поршни и таким образом повысить эффективность крутящего момента машины, приводимой в действие посредством передачи. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Гидрообъемный агрегат, включающий вращательный блок поршней, множество параллельных расточек под поршни, имеющих открытые торцы, расположенные по кругу в блоке, причем в каждой из расточек установлен с возможностью скольжения поршневой элемент, а каждый поршневой элемент имеет наружный конец, выполненный с возможностью прохождения за открытый торец расточки, углубление, имеющее закругленную донную часть в наружном конце каждого из поршней, скользящий башмак поршня, имеющий дуговое основание, заходящее с возможностью поворота в углубление, плечо, проходящее в наружном направлении от основания, при этом плечо на одном конце соединено с основанием и имеет на другом конце проходящую в боковом направлении плоскую поверхность, и наклонную шайбу, имеющую плоскую управляющую поверхность, находящуюся в соприкосновении с плоской поверхностью плеча, причем дуговое основание скользящего башмака поршня имеет шар, установленный в углублении с возможностью обеспечения подвижности, отличающийся тем, что расстояние от центра шара до плоской поверхности больше диаметра поршневого элемента, а плечо имеет длину, достаточную для частичного прохождения в открытый торец расточки. 2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что вал проходит в блок цилиндров и имеет ось вращения на продольной оси блока цилиндров, при этом вал оперативно соединен с блоком цилиндров для его вращения, причем блок цилиндров имеет точку сконцентрированных сил бокового нагружения в точке нагружения, определяемой пересечением оси вращения вала и прямой линии, проходящей между центрами шаров, при этом точка нагружения расположена в пределах блока цилиндров. 3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что скользящие башмаки имеют Т-образную форму. 4. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что проходящие в поперечном направлении плоские поверхности каждого скользящего башмака имеют площадь, значительно большую площади поперечного сечения, определяемой плоскостью, проходящей через центр шаров. 5. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что длина поршневого элемента меньше длины расточек. 6. Агрегат по п.2, отличающийся тем, что блок цилиндров имеет наружный торец, находящийся по существу в плоской поверхности, а точка нагружения расположена в пределах блока цилиндров внутри наружного торца.