Устройство центрирования качающейся шайбы для аксиально-поршневого гидравлического агрегата переменной производительности Советский патент 1993 года по МПК F04B1/20 

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к устройствам центрирования механизма качающейся шайбы аксиально-поршневой гидромашины.

Цель изобретения - повышение надежности.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез гидравлической установки, снабженной выполненным в соответствии с настоящим изобретением устройством принудительного центрирования и удерживания механизма качающейся шайбы; на фиг. 2 - разрез, иллюстрирующий устройство принудительного центрирования и удерживания и его взаимодействие с механизмом качающейся шайбы консольного типа; на фиг, 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - схематический рисунок, иллюстрирующий взаимодействие

устройства центрирования с механизмом качающейся шайбы по мере перемещений этого механизма от своей центрированной позиции; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 6.; Аксиально-поршневой гидравлический агрегат переменной производительности включает в себя корпус 1 и торцевую крышку 2. Внутри корпуса 1 располагается вращающийся блок цилиндра 3, снабженный большим количеством скользящих в осевом направлении поршней 4, которые располагаются внутри этого блока 3, Каждый поршень 4 снабжен .опорным башмаком 5, .который входит в рабочее зацепление с передней кулачковой поверхностью 6 механизма качающейся шайбы 7 консольного

00

о ю

00

о

ы

типа. Механизм качающейся шайбы 7 установлен в двух полукруглых роликовых подшипниках 8, что дает ему возможность совершать наклоняемое движение вокруг поперечной оси 9 этого механизма, причем 5 сама эта ось будет перпендикулярна оси 10 блока цилиндра 3.

Агрегат имеет устройство ввода сигнала регулирования рабочего объема цилиндра 11, которое состоит из двух сервоцилиндров Ю 12 (на рисунке показан только один), которые воздействуют на штифт 13 с целью по- .следующего перемещения рычага управления 14, снабженного центральным штифтом 15. Болт 16 обеспечивает заклини- 15 вание рычага 14 в конусообразной канавке 17 на одной боковой стороне механизма качающейся шайбы 7. После прикрепления плеча рычага 14 к боковой,стороне механизма качающейся шайбы 7 рычаг управления 20 14 следует наклонному или вращающемуся движению механизма качающейся шайбы 7 в пределах его подшипников 8. Механизм качающейся шайбы 7 фактически является частью цилиндра, в котором центр враще- 25 ния механизма качающейся шайбы 7 является осью 9 механизма качающейся шайбы 7, которая располагается несколько опереди лицевой поверхности механизма качающейся шайбы, образующей кулачковую 30 поверхность 6 для башмака 5 поршня 4. Таким образом, поворотное или вращательное движение механизма качающейся шайбы 7 будет также иметь своим конечным результатом идентичное поворотное или 35 вращательное движение рычага управления 14 вокруг оси 9 поворота механизма качающейся шайбы 7. Центральный штифт 15 располагается как можно ближе к оси поворота 9, чтобы исключить вероятность помех со 40 стороны других частей и блоков гидравлической установки, например со стороны опорной поверхности башмака 5 поршня 4 или со стороны удерживающего элемента опорной части. Таким образом, штифт 15, нахо- 45 дясь в основном на оси 9, будет иметь незначительное перемещение, вызываемое вращательным или поворотным движением рычага управления 14 после того, как на штифт 13 сервомеханизма будет подан 50 входной сигнал управления. Механизм ввода сигнала управления в данном случае не играет какой-либо важной роли, он может быть ручным или электрическим и совсем не обязательно гидравлическим (в последнем 55 случае сигнал подается сервоцилиидрами 12).

Центральный штифт 15 крепится к угловому кронштейну 18, который смещается в

аксиальном направлении пружиной 19, установленной в углублении 20 торцевой крышки 2. Аксиальное смещающее усилие подается через кронштейн 18, штифт 15, рычаг 14 и болт 16 и верхней стороне механизма качающейся шайбы 7 (см. фиг. 1). Это и создает удерживающее усилие на механизме качающейся шайбы 7, смещая его по отношению к верхней части двух роликовых подшипников 8. Совершенно очевидно, что выравнивающие или центрирующие особенности настоящего изобретения можно использовать не только в механизме качающейся шайбы консольного типа 7, что и показано на рисунках, но и в равной степени их можно использовать и применительно к механизмам качающейся шайбы других ти- ПОЁ. Если же используется механизм качающейся шайбы консольного типа, тогда выполненное в соответствии с настоящим изобретением устройство центрирования прикладывает удерживающее усилие на противоположную сторону механизма качающейся шайбы 7, которое будет взаимодей- ствовать с удерживающим усилием пружины 19 с целью удерживания механизма качающейся шайбы 7 на своем рабочем месте, т.е. правильно установленным в подшипниках 8.

На нижней стороне корпуса (см, фиг. 1) расположена боковая крышка 21, на которой и установлено устройство центрирования. Это устройство центрирования состоит из кулачка 22, который фактически может перемещаться вдоль оси 23 кулачка 22, расположенной параллельно оси 10 блока цилиндра 3. Кулачок 22 включает в себя опорную часть 24, снабженную парой монтажных прорезей 25 и 26, расположенных вокруг монтажных штырей 27 и 28 соответственно. Кроме того, кулачок 22 снабжен Т-образным поперечным элементом или просто поперечиной 29, имеющей два крыла, которые простираются перпендикулярно оси 23 кулачка 22. На внешних концах поперечины 29 находится пара закругленных контактных точек 30 и 31, которые пред- назначены для зацепления с передней поверхностью качающейся шайбы 7. Две контактные точки 30 и 31 находятся в плоскости, перпендикулярной оси 23 кулачка 22. Хотя контактные точки 30 и 31 входят в рабочее зацепление с двумя из четырех углов механизма качающейся шайбы с прямоугольными лицевыми поверхностями, однако механизм качающейся шайбы консольного типа может также снабжаться двумя- утолщениями - выступами 32 и 33 (один из них показан на фиг. 1 и 2). Эти выступы отходят наружу от качающейся шайбы 7 с последующим образованием плоской поверхности, которая зацепляется контактными точками 30 и 31. На поперечине 29 и на противоположной стороне относительно контактных точек 30 и 31 располагаются угловые части 34 и 35, которые соединяются с помощью заклепок с гнездами пружин 36 и 37. Каждое из гнезд пружины образует монтажную .опору для внешней пружины 38 и дополнительной внутренней пружины 39, Пружины 38 и 39 могут упираться непосред- ственно в лицевую поверхность торцевой крышки 2 (см. фиг. 2), или могут устанавливаться в углублениях 40 и 41, образованных в торцевой крышке 2 (см. фиг. 2). Предпочтительно одно из этих углублений, напри- мер 41, выполнять более глубоким по сравнению с углублением 40 по следующим причинам.

Пружины 38, а также дополнительные пружины 39, если они используются, обес- печивают приложение аксиального смещающегося усилия в правую сторону, т.е. на кулачковый элемент 22 (см. фиг. 1, 2 и 4), чтобы гарантировать рабочее зацепление, по меньшей мере, одной из контактных то- чек 30 или 31 с механизмом качающейся шайбы 7. Поскольку ось 23 кулачка 22 будет параллельна оси 10 блока цилиндра 3, поэтому кулачковый элемент 22 может перемещаться вправо до тех пор, пока обе контактные точки 30 и 31 не войдут в рабочее зацепление с механизмом качакщейся шайбы 7; в этот момент плоская кулачковая поверхность б механизма качающейся шайбы 7, на которой располагаются башмаки 5 поршня 4, будет перпендикулярна блоку цилиндра 3, При этих условиях, которые в данном случае называются условием нулевого рабочего объема цилиндра или условием нулевого вытеснения жидкости, вращение блока цилиндра не будет образовывать поток, если гидравлическое устройство представлено насосом, и образуется нулевая производительность крутящего момента, если гидравлическая установка представле- на мотором.

На фиг. 4 механизм качающейся шайбы 7 и кулачковый элемент 22 показаны сплошными линиями, когда гидравлическое уст- ройство находится в позиции нулевого рабочего объема цилиндра. Однако, если механизм качающейся шайбы 7 наклоняется против часовой стрелки вокруг оси 9 в результате срабатывания сервоцилиндра 12 или какого-либо иного входного устройства, тогда верхняя часть передней лицевой поверхности шайбы 7,которая входит в рабочее зацепление с контактной точкой 30, заставляет кулачок 22 перемещаться влево

относительно смещения верхней и нижней пружин 38 и 39. Эта левая позиция представлена контактной точкой 42. Поскольку весь кулачковый элемент 22 перемещается влево, то нижняя контактная точка 43 уже больше не находится в рабочем зацеплении с нижней частью механизма качающейся шайбы 7, который уже наклонился в правую сторону. Вращение механизма качающейся шайбы по часовой стрелке (в случае реверсивного режима срабатывания) вынуждает нижнюю часть механизма качающейся шайбы 7 вновь перемещать кулачок 22 в левую сторону, однако в этом случае нижняя контактная точка 43 больше уже не находится в зацеплении с механизмом качающейся шайбы 7. Если механизм качающейся шайбы 7 находится либо в позиции вращения по часовой стрелке, либо в позиции вращения против часовой стрелки {в соответствии с описанной выше процедурой), тогда кулачок 22 все еще будет смещаться в правую сторону в результате действия пружин 38 и 39, чтобы гарантировать смещение механизма качающейся шайбы 7 по направлению к центрирующей позиции. Другими словами,. если в механизм качающейся шайбы 7 не подаются никакие сигналы управления по вводу, тогда кулачковая поверхность башмака 5 поршня 4 будет перпендикулярна оси 10 блока цилиндра 3.

В этой центрированной или нейтральной позиции обе контактные точки 30 и 31 входят в рабочее зацепление с передней поверхностью механизма качающейся шай- . бы 7 и гарантируют принудительное удерживание этого механизма 7 в позиции нулевого рабочего объема цилиндра. Поскольку контактные точки 30 и 31 будут пер- пендикулярны оси 23 кулачка 22 и центральной линии 10 и поскольку обе они являются частью кулачка 22, который может перемещаться лишь вдоль оси 23, поэтому в данном случае невозможно относительное движение между контактными точками 30 и 31. Следовательно, механизм качающейся шайбы 7 принудительно центрируется в позиции нулевого рабочего объема цилиндра. Если по какой-то причине один комплект пружин имеет иное усилие смещения по сравнению с другим комплектом пружин, то , это все равно не может вызвать наклонение кулачка 22 вокруг оси 23, однажды установленной.

Поскольку кулачковый элемент 22 перемещается только вдоль оси 23 и не совершает никаких наклонных движений, то было разработано несколько вариантов регулировки оси 23 кулачка 22 с целью лучшего соответствия производственным допускам

и гарантирования такого положения, при котором ось кулачка 23 будет параллельной центральной линии 10 гидравлического устройства. Монтажные штыри 27 и 28 имеют диаметр, который в основном равен ширине монтажных прорезей 25 и 26, благодаря чему кромки прорезей 25 и 26 будут зацеплять обе стороны штырей. Монтажные штыри 27 и 28 имеют утолщенные головки 44 и 45, соответственно, которые улавливают или задерживают аксиальный элемент 24 напротив внутренней поверхности боковой крышки 21 после того, как будут затянуты гайки 46 на тех частях монтажных штырей, которые снабжены резьбой. Однако центральная часть 47 одного из штырей 27 (см. фиг. 3) будет эксцентричной по отношению к штырю 27, что сделано для того, чтобы вращение штыря 27 могло перемещать опорную часть кулачка 24 вертикально (см. фиг. 2) после того, как эксцентричная часть 47 войдет в рабочее зацепление с монтажной прорезью 25. Следовательно, даже если штыри 27 и 28 не находятся в строго параллельном центрировании с центральной линией 10, то и в этом случае вращение штыря 27 будет регулировать положение оси кулачка 23 до тех пор, пока между осью кулачка 23 и центральной линией 10 не будет достигнута параллельная зависимость. После достижения такой параллельной зависимости или отношения можно быть уверенным в том, что контактные точки 30 и 31 кулачка 22 будут принудительно устанавливать качающуюся шайбу 7 в состояние нулевого рабочего объема цилиндра, если в механизм качающейся шайбы 7 не будет подаваться никаких внешних регулирующих или управляющих усилий. Для нужной регулировки эксцентрика 47 монтажный штырь 27 снабжен прорезью 48, которую можно использовать для вращения штыря 27, для чего необходимо предварительно ослабить стопорную гайку AQ. Внешний конец штыря 27 должен быть утопленным по отношению к внешней поверхности в боковой крышке 21. (см. фиг.ф.; Хотя эксцентрик 47 необходим только для едкого из монтажных штырей 27 или 28 (для регулировки оси 23 кулачка 22), однако оба монтажных штыря 27 и 28 могут снабжаться эксцентрическими частями для облегчения процедуры регулировки оси кулачка 23.

На фиг. 6 и 7 показан еще .один вариант изобретения для регулировки оси 23 кулачка 22, Несмотря на то, что на этих рисунках боковая крышка 21 выполнена круглой, однако могут использоваться и другие формы этой крышки. И тем не менее следует иметь в виду, что круглая крышка имеет определенные преимущества перед другими формами, особенно если монтажные болты боковой крышки 49 проходят через изгибающие прорези 50, расположенные на

круглой боковой плите 21. За счет ослабления болтов боковой крышки 49 можно чуть повернуть эту боковую крышку по часовой или против часовой стрелки относительно корпуса 1. Боковая крышка 21 может быть

снабжена внутренними кромками 51, которые образуют прорези, захватывающие опорную часть 24 кулачка 22. Следовательно, по мере вращения боковой крышки 21 ось 23 кулачка 22 будет регулироваться до

тех пор, пока она не будет параллельна оси 10. За счет использования этого механизма регулировки положения боковой крышки 49 можно отказаться от необходимости снабжать монтажные штыри 27 эксцентриком

47, так как нет никакой необходимости иметь двойной механизм регулировки. Следовательно, снабженные резьбой монтажные штыри 27, вместе с их гайками 46, можно заменить заклепками. Поскольку

кромки 51 образуют прорези, которые захватывают опорную часть 24 или выступ кулачка 22, то прорези для штырей 25 и 26 будут чуть шире диаметра штырей 27 и 28, что гарантирует правильную установку всех

прочих деталей, которые должны крепить эти штыри.

На фиг. 5, которая представляет собой поперечный разрез через гидравлическую установку, показано компактное экономящее месторасположение i кулачкового элемента 22 относительно прямоугольной внутренней полости 52 корпуса 1. в которой располагается блок вращающегося цилиндра 3. Как уже отмечали выше, кулачковый

элемент 22 удерживается напротив боковой крышки 21 с помощью монтажных штырей 27 и 28 и их утолщенных головок 44 и 45. На фиг. 6 показано использование кромок 51 для захвата опорной части 24 кулачка 22.

Кулачок 22 может устанавливаться чуть утопленным в прорези, образованной кромками 51 боковой крышки 21. На фиг. 1, 2 и 4 опорная часть 24 кулачка 22 утоплена во внутренней поверхности боковой крышки

21, боковая крышка 21 без прорезей будет иметь меньшую толщину. В любом варианте изобретения опорная часть 24 кулачка 22 располагается вдоль поперечной центральной оси 53 корпуса 1 в той точке, где между

блоком вращающегося цилиндра 3 и боковой крышкой 21 имеется небольшой зазор или пространство. И тем не менее, посколь-. ку опорная часть 24 кулачка 22 плоская, то она занимает очень незначительное про странство. Крылья поперечины 29 изогнуты

внутрь, поскольку эти крылья удлиняются наружу от поперечной центральной оси 53 корпуса 1. Так как зазор между вращающимся блоком цилиндра 3 и углами полости корпуса 52 будет намного больше, чем радиальный зазор вдоль поперечной центральной оси 53, то это дает нам возможность расположить пружины 38 и 39, диаметр которых намного больше ширины опорной части 24 кулачка 22, по углам, где имеется значительно больший зазор. Несмотря на то, что описанная конструкция является наиболее удобной сточки зрения образования необходимого зазора, однако могут быть и другие конструкции, в которых используются две пружины, расположенные ближе к поперечной центральной линии 53, Можно использовать и одну пружину на оси кулачка 22, хотя это связано с необходимостью увеличить ширину корпуса 1.

Пружины 38 и 39 обеспечивают не только усилие смещения для кулачкового элемента 22 с последующим образованием центрирующего усилия для механизма качающейся шайбы 7, но они также обеспечивают образование усилий, которые можно использовать для удерживания механизма качающейся шайбы 7 как раз напротив нижнего подшипника 8 (см. фиг. 1). Как уже отмечалось выше, при рассмотрении удерживающей функции верхней пружины 19, описанная выше процедура особенно важна в случае использования механизма качающейся шайбы консольного типа. В случае использования центрирующего кулачка 22, расположенного на одной стороне блока цилиндра 3, и устройства регулирования 11, расположенного на противоположной стороне блока цилиндра 3, то следует сказать, что центрирующие пружины 38 и 39 вместе ,с пружиной управления или регулирования 19 образуют аксиальные смещающие усилия на обеих сторонах механизма качающейся шайбы консольного типа 7, необходимые для удерживания этого механизма в надежной позиции напротив обоих подшипников 8.

Следует также иметь в виду, что пружины 38 и-39 на одной стороне кулачкового элемента 22 имеют в основном ту же длину, что и пружины 38 и 39 на другой стороне кулачкового элемента 22, но установленные в углубление 40 с глубиной в Di} которая отличается, от глубины Da углубления 41, что сделано для того, чтобы гарантировать иное предварительное натяжение пружин на одной стороне кулачка 22 по сравнению с предварительным Натяжением пружин на другой стороне. Это различное предварительное натяжение пружин образует и передает на кулачок 22 в нейтральной позиции чуть вращательное опрокидывающее воздействие, чтобы одна сторона прор.езей 25 и 26 принудительно зацепляла противопо- 5 ложные стороны монтажных штырей 27 и 28 (см. фиг, 2) или чтобы опорная часть 24 кулачка 22 зацепляла по диагонали противоположные кромки 51 прорезей, образованных на вращательной боковой

0 крышке 21 (см. фиг. 6), Это гарантирует такое положение, при котором любой производственный зазор между прорезями и штырями (см. фиг. 2) или между опорной частью 24 кулачка 22 и кромками 51 (см. фиг.

5 6) будет устремляться в случае нахождения кулачка 22 в своей нейтральной позиции. Таким образом, после однократного выполнения регулировки по установлению оси 23 кулачка 22 в параллельную зависимость с

0 осью 10 отпадает необходимость в каких-либо дальнейших регулировках, а все люфты устраняются в центрирующем устройстве сразу же после того, как механизм качающейся шайбы будет установлен в свою по5 зицию нулевого рабочего объема цилиндра. Необходимо также иметь в виду, что поскольку пружины 28 и 39 не входят в не.пос- редствеиное рабочее зацепление с механизмом качающейся шайбы 7, прину0 дительное центрирование механизма качающейся шайбы 7 осуществляют только контактные точки кулачка 30 и 31, то в данном случае нет никаких проблем с мертвым ходом, как и в случае использования пру5 жинных систем известных конструкций. Более того, в соответстви-м с настоящим изобретением любое изменение в характеристиках пружин во время их практического использования или неправильная регули0 ровка пружины в момент изготовления гидравлической установки не будут вызывать отклонения механизма качающейся шайбы от его позиции нулевого рабочего объема цилиндра. Фактически выполненная в соот5 ветствии с настоящим изобретением конст-. рукция не требует никаких регулировок пружины даже в случае проведения ремонта или замены пружины,

0 Другим преимуществом настоящей конструкции является то, что устройство центрирования механизма качающейся шайбы располагается на боковой крышке корпуса, что значительно облегчает процесс сборки

5 и установки вращающего блока и механизма качающейся шайбы внутри корпуса, так как эти процедуры будут выполняться только с одной стороны корпуса. Следовательно, в данном случае устраняются многократные процедуры по сборке боковых крышек или

по довольно сложной сборке пружины сервомеханизма.

Формул а изо бретени я

1. Устройство центрирования качающейся шайбы для аксиально-поршневого гидравлического агрегата переменной производительности, содержащего блок цилиндров с поршнями, установленный в корпусе с возможностью вращения относительно центральной оси агрегата, качающуюся шайбу, имеющую возможность наклона относительно ее оси, перпендикулярной цен- .тральной оси, и определяющую положение поршней в осевом направлении внутри цилиндров, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, устройство снабжено подвижным в осевом направлении подпружиненным кулачком, имеющим выступ и Т-образную поперечину с двумя точками контакта на противоположных сторонах для взаимодействия с качающейся шайбой, причем обе точки контакта постоянно находятся в соприкосновении с качающейся шайбой в ее нейтральном положении, и установочным средством для выступа кулачка, обеспечивающим возможность его осевого перемещения под действием пружин с ограничением его перпендикулярного перемещения,

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что точки контакта выполнены на равном расстоянии от оси кулачка, причем расстояние от каждой точки контакта до оси кулачка равно радиусу блока цилиндров.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что установочные средства выступа кулачка включают в себя одно вращательное установочное устройство, обеспечиваю- щее подстройку оси кулачка в положение, параллельное центральной оси агрегата,

4. Устройство по п. 3, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что вращательное устройство выполнено в виде круглой вращающейся кор- пусной пластины, удерживающей кулачок,

5. Устройство по п, 3, отличаю щее- с я тем, что вращательное установочное устройство снабжено вращательным пальцем с эксцентриком, установленным в прорезь, выполненную в выступе кулачка.

6. Устройство поп. 1, отличаю щее- с я тем, что кулачок содержит две пружины, входящие в зацепление с поперечиной, расположенные каждая на одной стороне от оси кулачка для смещения его к качающейся шайбе.

7. Устройство по п. 3, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что каждая из пружин выполнена в виде спиральных пружин одинаковой длины и жесткости, установленных в углублениях корпуса, выполненных с различной глубиной.

8. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что для непрерывного смещения по

направлению к качающейся шайбе оно снабжено дополнительной пружиной, расположенной по другую сторону от центральной оси, относительно подпружиненного кулачка,

Л-/1

W

wr

bs

1

IZ

/И

X27

/ад

Сущность изобретения: блок цилиндров с поршнями установлен в корпусе с возможностью вращения относительно центральной оси агрегата. Качающаяся шайба имеет возможность наклона относительно своей оси, перпендикулярной центральной оси, и определяет положение поршней внутри цилиндров. Подвижный в осевом направлении подпружиненный кулачок «меет выступ и Т-образную поперечину с двумя точками контакта на противоположных сторонах для взаимодействия с качающейся шайбой. Обе точки контакта постоянно находятся в соприкосновении с шайбой в ее нейтральном Положении. Установочное средство для вы- - ступа кулачка обеспечивает возможность ; его осевого перемещения под действием пружин с ограничением перпендикулярности перемещения, 7 з.п, ф-лы, 7 ил,

te.3