Удлиненный скользящий башмак для вращающихся цилиндров гидрообъемных насосов и моторов - RU2166097C2
Код документа: RU2166097C2
Чертежи
Описание
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 25o 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 25o.
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.
Реферат
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.
