Аксиально-поршневая гидромашина Советский патент 1990 года по МПК F04B1/24 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к объемным гидромашинам, и может быть использовано в гидроприводах различных машин в качестве насоса или гидромотора,

Цель изобретения - повышение долговечности за с гп уменьшения износа контактирующих поверхностей поршней и отверстий стопорной пластины и снижение неравномерности вращения блока цилинд- ров.

На фиг.1 представлена аксиально-поршневая гидромашина, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг,1; на фиг.З - различные положения поршня; на фиг,4 - расчетная схема для определения конструктивных размеров расточек стопорной пластины крепления шаровых втулок.

Гидромашина содержит установленный в корпусе 1 приводной фланцевый вал 2, опи- рающийся на подшипники 3, В сферических гнездах 4 приводного фланцевого вала 2 с помощью пластины 5 шарнирно закреплены цилиндрические поршни б и цапфа 7, Блок цилиндров 8 жестко установлен на цапфе 7 и центрируется относительно сферического распределителя 9, на который он опирается. Со стороны вала 2 на блоке ци- лмндров 8 закреплена стопорная пластина 10, предназначенная для крепления шаро- вых втулок 11, которые устанавливаются в сферические гнезда 12, выполненные в блоке цилиндров 8 и стопорной пластине 10, Консольные части 13 поршней 6 расположены в блоке цилиндров 8 за шаровыми втул- ками 1Л в рабочих камерах14 выполненных со стенками 15 переменной кривизны, с зазором 16 относительно этих стенок, В стопорной пластине 10 крепления шаровых втулок 11 соосно сферическим гнездам 12 выполнены конические расточки 17 с расширением в сторону приводного фланцевого вала 2, Угол о. при вершине конуса, образующего коническую поверхность расточки 17, выбирается из следующих зависимостей.

Непараллельность осей поршней 6 и оси блока цилиндров 8 обусловлена тем, что проекция окружности центров Oi и1арни- ров крепления поршней 6 к приводному ва- лу 2-на плоскость, проходящую через центры 02 шаровых втулок 11, представляет собой зллипс. При этом угол Д наклона оси поршня б к оси блока цилиндров 8 зависит от положения поршня б относительно последнего.

На фиг,3 (вверху) представлена расчетная схема для случая, когда поршень б максимально вдвинут в отверстие шаровой

5 0 5 0

0 5

втулки 11. Угол наклона оси поршня б к оси блока цилиндров 8 в этом случае из треугольника OOiB

BOi ri cos у,

OB n sin у,

где О - центр окружности, на которой расположены центры Oi шарниров крепления поршней б;

Oi - центр шарнира крепления поршня б к фланцу приводного вала 2;

В - проекция центра Oi на ось блока цилиндров 8;

п - радиус окружности расположения центров Oi шарниров крепления поршияй

б;

у- угол между осями приводного вала

2 и блока цилиндров 8,

Из треугольника OiOaC

Г2 - Г1 cos у,.

arctg - . ,/ ,(1)

где 02 центр шаровой втулки 11;

С - проекция центра Oi на плоскость, проходящую через центры 02 шарниров блока цилиндров 8;

Г2 - радиус окружности расположения центров 02 шаровых втулок 11 на блоке цилиндров 8,

Н - расстояние между центрами окружностей сферических шарниров приводного вала 2 и блока цилиндров 8,

На фиг.З (в центре) представлена расчетная схема для случая, когда поршень б занимает среднее положение относительно шаровой втулки 11, Угол для этого случая из.треугольника D0i02:

аГ1 - Г2,„ч

/fe arctg-|q-,(2)

где D - проекция центра 02 шаровой втулки 11 на отрезок OOi,

На фиг,3 (внизу) представлена схема, на которой поршень б максимально выдвинут из отверстия шаровой втулки 11, Угол Ззлля этого случая из треугольника OEOi

EOi ri cosy,

OE Г1 sin у,

где E - проекция центра Oi шарнира крепления поршня б на ось блока цилиндров 8,

.Из треугольника OiF02 П - Г1 cos у

5ПС

arctg

(3)

Н -ЬГ1 siny

где F - проекция центра Oi на ось, проходящую через центр 02 шаровой втулки 11 параллельно оси блока цилиндров 8,

Угол а при вершине конуса, образующего коническую поверхность расточек 17, выполняется равным удвоенному значению максимального из приведенных углов, т.е.

« 2/ 1макс. .

Если а 2/ 1макс., то поршень 6 в положении, которому соответствует максимальный угол наклона его оси к оси блока цилиндров 8, будет контактировать не с поверхностью расточки 17, а с ее наружной кромкой, при этом угол наклона оси поршня 6 должен бытьменьшеуЗ|макс. Учитывая, что заданным значениям п, Г2, Н иу соответствует определенное значение /Зыакс.. то уменьшение указанного угла возможно только за счет нарушения кинематики гидромашины. При этом происходит либо деформация поршней 6 и поломка шарниров их крепления к приводному валу 2, либо смятие поверхности расточек 17,

Если а 2/3|макс., то поршень 6 в положении, соответствующем максимальному углу)3|макс. наклона его оси к оси блока цилиндров 8, будет контактировать с внутренней кромкой расточки 17, а не с ее поверхностью. В этом случае в паре поршень - расточка будет точечный контакт, для которого характерны высокие контактные напряжения в сопряженных поверхностях. Это приводит к ускоренному износу сопряженных поверхностей расточек и поршней и к ухудшению характеристик гидромашины.

Оптимальное значение угла а при вершине конуса, образующего расточки 17, определяется из соотношений (1), (2) и (3) следующим образом.

уб1з при любых значениях п, Г2, Н и у , что следует из соотношений (1) и (3). Таким образом, а уЗз , так как в противном случае угол а был бы меньше удвоенного значения максимального из углов/3i.

уЗг / . При этом ySi. В этом случае с поверхностью расточки 17 будет контактировать один поршень, максимально вдвинутый в отверстие шаровой втулки 11 (фиг.З, вверху).

у& ,a . . В этом случае с поверхностью расточки 17 одновременно контактируют два поршня 6, занимающие промежуточное положение относительно шаровых втулок 11 (фиг.З, в центре).

/3l , т.е. а 2 2 fh . В этом случае с поверхностью расточек 17 контактируют одновременно три поршня 6, занимающие относительно шаровых втулок 11 положения, соответствующие углам /3i и fh (фиг.З, вверху и в центре).

Последний случай наиболее благоприятен, так как обеспечивает наименьшую неравномерность относительной угловой скорости и ускорения вращения блока цилиндров 8. Следовательно, оптимальное значение угла а при вершине конуса, образующего поверхность расточки 17. определяется системой выражений

г7 - 2 яггта . Г2 - Г1 cos у а - 2 arag . ,

п -Г2

а 2 arctg

Н

При заданных значениях Г2, Н и у (определяющих рабочий обьем гидромашины)

приведенная система выражений решается путем определения величины п - радиуса окружности центров Oi шарниров крепления поршней 6 на фланцевом валу 2.

Для обеспечения линейчатого контакта

между поршнем 6 и поверхностью расточки 17 при (2 2 /Зыакс необходимо выполнить следующее условие:

расстояние между центром О2 сферы, образующей сферическое гнездо 12 стопорной пластины 10. и вершиной Оз конуса, образующего поверхность расточки 17. со- осной указанному гнезду 12, должно равняться

dn

h

2 З1п/ 1макс

где dn - диаметр поршней 6; h - расстояние между центром 02 сферы, образующей сферическое гнездо 12. и вершиной Оз конуса, образующего расточку 17.

Несоблюдение приведенного условия будет иметь результат, аналогичный случаю, когда а 2-/Зыакс.

Таким образом, в предлагаемой гидромашине один поршень контактирует с поверхностью соответствующей ему расточки. Гидромашина в режиме насоса работает следующим образом.

При возникновении на приводном

фланцевом валу 2 крутящего момента он начинает вращаться в подшипниках 3- При этом поршни 6. шарнирно связанные с валом 2,опираясь на поверхность конических расточек 17 стопорной пластины 10. жестко

скрепленной с блоком цилиндров 8. приводят последний во вращение. Так как между осями блока цилиндров 8 и вала 2 имеется угол у,поршни 6 совершают относительно шаровых втулок 11 и рабочих камер 15 возвратно-поступательное движение. За один оборот вала 2 каждый поршень б совершает один двойной ход. При выдвижении последних из шаровых втулок 11 рабочая жидкость через соответствующие окна распределителя 9 засасывается в освобождаемый в рабочих камерах 15 обьем. Безотрывную работу поршней 6 на ходе всасывания обеспечивает пластина 5, прижимающая при этом поршни 6 к сферическим гнездам 4 вала 2. При

вдвижении поршней 6 в шаровые втулки 11 жидкость из рабочих камер 15 через распределитель 9 вытесняется в напорную магистраль. Усилие от давления рабочей жидкости, возникающее при этом на открытых в рабо- чих камерах 15 частях шаровых втулок 17. прижимает последние к сферическим гнездам 12 и воспринимается крепежными элементами 18 стопорной пластины 10. Цапфа 7 предотвращает отрыв блока цилиндров 8 от распределителя 9 под действием центробежных сил поршней б и боковых сил от давления рабочей жидкости на шаровые втулки 11.

В процессе работы гидромашины угол /3| наклона оси поршня 6 к оси блока цилиндров 8 периодически изменяется. В области, близкой к максимальному значению угла /5 |макс .поршень 6 вступает в контакт с конусной поверхностью расточки 17 и на части своего хода осуществляет ведение блока цилиндров 8. Отрыв поршня 6 от поверхности расточки 17 происходит после то- го. как угол наклона оси другого поршня 6 превысит угол наклона оси первого поршня 6. Дальнейшее ведение блока цилиндров 8 осуществляется следующим поршнем в. Таким образом, имеет место эстафетное ведение блока цилиндров 8 поршнями 6.

За один оборот вала 2 каждый поршень 6 участвует в процессе ведения блока цилиндров 8:

1раз, если а ,

2раза, если а ,

3раза, если а 2/3i .

Чём уже интервал значений угла. при которых поршень 6 контактирует с поверхностью расточки 17, т.е. осуществляет веде- ине блока цилиндров 8 при вращении вала 2, тем меньше неравномерность вращения блока цилиндров 8. При этом асинхронность во вращении приводного вала 2 и блока цилиндров 8 уменьшается с увеличением количества контактов поршня 6 с поверхностью расточки 17 за один оборот приводного вала 2, Следовательно, при « 2 ft 2Дг неравномерность вращения блока цилиндров 8 будет наименьшей.

Формула изобретения Аксиально-поршневая гидромашина, содержащая установленные в корпусе приводной фланцевый вал. в сферических гнездах которого посредством пластины шарнирно закреплена цапфа с установленными на ней стопорной пластиной и блоком цилиндров, и цилиндрические поршни, размещенные в его рабочих камерах и в расточках стопорной пластины, отличающая- с я тем, что. с целью повышения долговечности за счет уменьшения износа контактирующих поверхностей поршней и отверстий стопорной пластины и снижения неравномерности вращения блока цилиндров, в нем и в стопорной пластине выполнены сферические гнезда, в которых установлены шаровые втулки под поршни, установленные с зазором в рабочих камерах, выполненных со стенками переменной кривизны, а расточки стопорной пластины выполнены коническими.

Изобретение может быть использовано в гидроприводах различных машин, используемых в качестве насоса или гидромотора. Цель изобретения - повышение долговечности аксиально-поршневой гидромашины за счет уменьшения износа контактирующих поверхностей поршней и отверстий стопорной пластины (П) и снижения неравномерности вращения блока цилиндров. В сферических гнездах 4 приводного фланцевого вала 2 посредством П 5 шарнирно закреплена цапфа 7. На цапфе 7 установлены стопорная П 10 и блок цилиндров (БЦ) 8. Цилиндрические поршни 6 размещены в рабочих камерах 14 БЦ 8 и расточках 17 П 10. В БЦ 8 и П 10 выполнены сферические гнезда 12, в к-рых установлены шаровые втулки 11 под поршни 6, установленные с зазором в камерах 14. Камеры 14 выполнены со стенками 15 переменной кривизны, расточки 17 - коническими соосно гнездам 12. Контактируя с расточками 17, поршни 6 осуществляют ведение БЦ 8, что позволяет снизить конструктивную и технологическую сложность гидромашины. 4 ил.

7S

17

Л

1Z