Аксиально-поршневая гидромашина

 

Изобретение может быть использовано в гидроприводах машин в качестве насоса или гидромотора. Цель изобретения - повышение объемного КПД снижение габаритов и массы гидромашины. Роторы (Р) 1, 2 со сферическими гнездами 12, 13 кинематически связаны между собой. Р 1 расположен с возможностью контакта с торцовым распределителем 14 и имеет рабочие камеры (К) 16 со стенками 17 переменной кривизны. К 16 размещены за гнездами 12 с шарнирно закрепленными шаровыми втулками 20 с поршнями 22. Консольные части поршней 22 расположены с зазором относительно стенок К 16. Оси вращения Р 1, 2 пересекаются на биссектрисе угла, образованного плоскостями, проходящими через центры гнезд 12, 13. Торцовый распределитель 25 контактирует с Р 2, снабженным рабочими К 27 со стенками 29 переменной кривизны. В гнездах 13 закреплены шаровые втулки 31. Поршни 22 выполнены в виде подпружиненных полых втулок с буртом 37. Пружины 38, 39 установлены между буртом 37 и втулками 20, 31, что уравновешивает осевые силы, действующие в процессе работы на Р 2, и позволяет отказаться от подшипникового узла. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 F 04 В 1 26 п1 i 56

9 ь(.{ьйь i : ! .г ., : й11.М

119, - ° А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTGPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Л гб

1б

zz г. ! б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4497217/25-29 (22) 24.10.88 (46) 30.08.90. Бюл. № 32 (71) Белорусский политехнический институт (72) А. В. Пронько, В. В. Яцкевич и В. Э. Янчевский (53) 621.659 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1476177, кл. F 04 В 1/26, 1988. (54) АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ ГИДРОМАШИНА (57) Изобретение м. б. использовано в гидроприводах машин в качестве насоса или гидромотора. Цель изобретения — повышение объемного КПД, снижение габаритов и массы гидромашины. Роторы (P) 1, 2 со сферическими гнездами 12, 13 кинематически связаны между собой. P 1 расположен с возможностью контакта с торцовым рас„„SU„„1588904 A 1

2 пределителем 14 и имеет рабочие камеры (К) 16 со стенками 17 переменной кривизны.

К 16 размещены за гнездами 12 с шарнирно закрепленными шаровыми втулками 20 с поршнями 22. Консольные части поршней 22 расположены с зазором относительно стенок К 16. Оси вращения P 1, 2 пересекаются на биссектрисе угла, образованного плоскостями, проходящими через центры гнезд 12

13. Торцовый распределитель 25 контактирует с P 2, снабженным рабочими К 27 со стенками 29 переменной кривизны. В гнездах 13 закреплены шаровые втулки 31. Поршни 22 выполнены в виде подпружиненных полых втулок с буртом 37. Пружины 38, 39 установлены между буртом 37 и втулками 20, 31, что уравновешивает осевые силы, действующие в процессе работы на P 2, и позволяет отказаться от подшипникового узла.

1 ил.

1588904

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к аксиально-поршневым гидромашинам, и может быть использовано в гидроприводах различных машин в качестве насоса или гидромотора.

Целью изобретения является повышение объемного КПД, снижение габаритов и массы гидромашины.

На чертеже изображена гидромашина. продольный разрез.

Гидромашина содержит роторы 1 н 2, кннематически связанные с помощью зубчатых венцов 3 и 4, закрепленных на них. Венцы 3 и 4 зацепляются между собой и образуют коническую зубчатую передачу. Один из роторов, например ротор 1, посредством закрепленного на нем зубчатого венца 3 зацепляется с конической шестерней 5 приводного вала 6, образуя с ним кинематическую пару. Зубчатые венцы 3 и 4, охватывающие роторы 1 и 2, установлены в подшипниках 7, которые размещены в расточках 8 и 9 корпусов 10 и 11 гидромашины. В роторах 1 и 2 выполнены сферические гнезда 12 и 13 соот ветстве н но.

Ротор 1 контактирует с торцовым распределителем 14, закрепленным в днище 15 корпуса 10 и снабжен рабочими камерами 16 со стенками 17 переменной кривизны, которые выполнены за сферическими гнездами 12

С торцовым распределителем 14 рабочие камеры 16 сообщаются посредством окон 18 для подвода и отвода рабочей жидкости.

В сферических гнездах 12 ротора 1 посредством стопорной пластины 19 шарнирно закреплены шаровые втулки 20 с центральными отверстиями 21. Каждый поршень 22 одним своим концом 23 установлен в отверстие 21 соответствующей ему шаровой втулки 20 так, что его консольная часть 24 расположена в рабочей камере 16 ротора 1 с зазором относительно ее стенок 17. Оси вращения роторов 1 и 2 пересекаются на биссектрисе угла у, образованного плоскостями, проходящими через центры сферических гнезд 12 и 13 роторов 1 и 2.

Ротор 2 контактирует с дополнительным торцовым распределителем 25, закрепленным в днище 26 корпуса 11. Рабочие камеры 27 ротора 2 сообщаются с торцовым распределителем 25 посредством окон 28 дпя подвода и отвода рабочей жидкости. Впускные и выпускные каналы распределителей 14 и 25 (не показаны) выполнены симметричными относительно плоскости разъема корпусов 10 и 11 гидромашины. Дополнительные рабочие камеры 27 со стенками 29 переменной кривизны выполнены в роторе 2 за сферическими гнездами 13. Они аналогичны рабочим камерам 16 ротора 1. В сферических гнездах 13 ротора 2 посредством стопорной пластины 30 шарнирно закреплены шаровые втулки 31 с це нтральн ыми отверсти ями 32 аналогичные шаровым втулкам 20 ротора 1.

Стопорные пластины 19 и 30 фиксируются относительно роторов 1 и 2 соответственно посредством крележных элементов ЗЗ н буртов 34, выполнейных на зубчатых венцах 3 и 4.

Поршни 22 выполнены в виде полых втулок. Каждый поршень 22 вторым своим концом 35 установлен в отверстие 32 соответствующей ему шаровой втулки 31 так, что его консольная часть 36 расположена в рабочей камере 27 ротора 2 с зазором относительно ее стенок 29. Кроме того, каждый поршень 22 снабжен в центральной части буртом 37, который подпирается с двух сторон одинаковымй Ьружинами 38 и 39, охватывающими поршни 22 со стороны шаровых втулок 20 и 31. Своими вторыми концами пружины 38 и 39 опираются на втулки 40 и 41, установленные на сферические поверхности шаровых втулок 20 и 31. Так как параметры пружин 38 и 39 одинаковы, осевые усилия, возникающие с каждой стороны поршня 22, будут взаимно уравновешиваться. При этом бурт 37 каждого поршня 22 будет располагаться на одинаковом расстоянии от опорных плоскостей обеих втулок 40 и 41, расположенных со стороны роторов 1 и 2, т. е. бурты 37 всех поршней 22 будут лежать в плоскости симметрии гидромашины и, в частности, в плоскости разъема ее корпусов 10 и 11.

Гидромашина в режиме гидромотора работает следующим образом.

Рабочая жидкость из магистрали высо3Q кого давления через впускные каналы торцовых распределителей 14 и 25 и далее через соответствующие окна 18 и 28 в днигцах 15 и 26 роторов 1 и 2 поступает в рабочие камеры 16 и 27, Стенки 17 и 29 рабочих камер 16 и 27, шаровые втулки 20 и 31, а также

35 консольные части 24 и 36 поршней 22 нагружаются давлением рабочей жидкости. Так как впускные и выпускные каналы (не показаны) обоих распределителей 14 и 25 выполнены симметричными относительно плоскости симметрии гидромашины, обе консольные части 24 и 36 каждого поршня 22 нагружаются одинаковыми осевыми усилиями, т. е. внешние силы, действующие на поршни 22 со стороны рабочей жидкости, взаимно уравновешиваются. При этом поршни 22

45 выполняют только функцию герметизации рабочих камер 16 и 27 и не передают íà охватывающие их шаровые втулки 20 и 31 никаких усилий, т. е. поршневая группа в рассматриваемой гидромашине разгружена от действия сил от давления рабочей жидкости.

50 Давление рабочей жидкости воздействует на открытые в рабочих камерах 16 и 27 участки поверхностей шаровых втулок 20 и 31 и прижимает их к стопорным пластинам 19 и 30. Суммарное усилие на каждой шаровой втулке 20 или 31 условно можно

55 представить как сумму трех сил — осевой, радиальной и та нгенциальной. Осевые усилия на шаровых втулках 20 и 31 передаются на стопорные пластины 19 и 30 и восприни1588904

45

55 маются крепежными элементами 33, а также буртами 34 зубчатых венцов 3 и 4, которые обеспечивают в процессе работы гидромашины герметичность в сопряжении шаровых втулок 20 и 31 с поверхностями соответствующих им сферических гнезд 12 и 13 роторов 1 и 2. Радиальные усилия, возникающие на роторах 1 и 2, воспринимаются подшипниками 7.

Тангенциальные составляющие усилий на шаровых втулках 20 и 31 создают на роторах 1 и 2 крутящие моменты, при этом крутящий момент с ротора 2 посредством зубчатого венца 4 передается на зубчатый венец 3, суммируется с моментом, возникающим на роторе 1, и передается на коническую шестерню 5, связанную с приводным валом 6. Если суммарный крутящий момент на приводном валу 6 превышает момент сопротивления нагрузки, приводной вал 6 начинает вращаться, что вызывает синхронное вращение роторов 1 и 2 относительно корпусов 10 и 11 и связанных с ними торцовых распределителей 14 и 25.

Так как торцы всех поршней 22 равноудалены от плоскости симметрии гидромашины, а плоскости, проходящие через центры сферических гнезд 12 и 13 роторов 1 и 2, наклонены по отношению к последней на угол у/2 каждая, при вращении роторов 1 и 2 концы 23 и 35 каждого поршня 22 совершают в отверстиях 21 и 32 соответствующих им шаровых втулок 20 и 31 возвратно-поступательное движение.

В процессе работы гидромашины силы трения, возникающие при перемещении обоих концов каждого поршня 22, в отверстиях

21 и 32 шаровых втулок 20 и 31 могут быть различны, что обуславливается неточностью изготовления шаровых втулок 20 и 31 и поршней 22. В этом случае пружины 38 и 39, поджимая с обеих сторон бурты 37 поршней 22, препятствуют их осевому перемещению относительно корпусов 10 и 11 гидромашины, т. е. удерживают бурты 37 в плоскости симметрии гидромашины. Усилия сжатых пружин 38 и 39 посредством втулок 40 и 41 передаются на шаровые втулки 20 и 31, частично уравновешивая осевые силы, действующие на стопорные пластины 19 и 30 и уменьшая тем самым нагрузки на крепежные элементы ЗЗ и бурты 34 зубчатых венцов 3 и 4.

При вращении роторов 1 и 2 жидкость, поступающая в те рабочие камеры 16 и 27, из которых поршни,22 выдвигаются, вытесняется из них в сливную магистраль при движении поршней 22 в обратном направлении.

Проходное сечение окон 18 и 28 роторов 1 и 2 принимается с таким условием, чтобы осевые силы, действующие на шаровые втулки 20 и 31 со стороны рабочей жидкости и со стороны пружин 38 и 39, силы, действующие на роторы 1 и 2 со стороны зубчатых венцов 3 и 4 и со стороны торцовых распределителей 14 и 25, а также силы, действую10

35 гцие на поверхности 17 и 29 рабочих камер 16 и 27, взаимно уравновешивались, При этом роторы 1 и 2 будут разгружены от действия осевых сил, что позволяет. отказаться от подшипникового узла, воспринимающего в известных устройствах указанные силы.

В процессе работы гидромашины концы 23 и 35 поршней 22 совершают относительно роторов 1 и 2 сложные движения, которые складываются из вращательного, в результате которого образующие поршней 22 описывают конические поверхности с углом при вершине конуса у, и возвратнопоступательного движений. При этом наиболее рациональной. формой рабочих камер 16 и 27 будет усеченный конус, так как при любой другой форме возрастает величина вредного объема, а также силы, действующие на шаровые втулки 20 и Çl со стороны рабочей жидкости, т. е. контактные напряжения в паре шаровая втулка — стопорная пластина.

Объем конуса определяется выражением где V — объем конуса;

h — его высота; г — радиус основания.

Радиус основания можно выразить через высотч:

r=h tgj/2, где у — угол при вершине конуса.

Тогда V= (h tgy/2) ° л.

Учитывая, что угол у между осями роторов в предлагаемом устройстве и в гидромашине-прототипе одинаков, угол 7 при вершине конуса, образующего боковые поверхности рабочих камер в обеих гидромашинах, также одинаков. Последнее выражение применительно к рассматриваемым двум гидромашинам можно привести к виду:

V=a . hç где а — -@

Отсюда следует, что объем рабочих камер при одном и том же угле наклона у между осями роторов зависит от хода поршней в них, при этом зависимость имеет вид параболы 3-го порядка.

В устройстве уменьшается высота усеченного конуса, образующего боковую поверхность каждой рабочей камеры. При этом его высота составляет только часть высоты h полного конуса, описываемого образующей поршня, а соотношение высот зависит от диаметра поршня и угла у и колеблется в широких пределах. Если среднее значение высоты рабочих камер составляет половину высоты h конуса, описываемого образующей поршня, то при уменьшении хода конца

1588904

Формула изобретения

Составитель H. Костина

Редактор М. Бандура Техред A. Кравчук Корректор С. Шевкун

Заказ 2523 Тираж 501 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Рау шская наб., д. 4/5

Производственно-нздательскнй комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 поршня относительно ротора в 2 раза высота конуса, описываемого образующей поршня, уменьшится на 25 — ЗОЯ и согласно выражению V=-а h объем рабочей камеры снизится на 40 — 50Я, а так как гидромашина содержит в 2 раза больше рабочих камер, то суммарный их объем уменьшится на 20 — 25Я.

Учитывая, что уменьшение объема рабочих камер происходит при постоянных рабочих объемах за счет уменьшения величины вредного пространства, которое составляет до150о объема рабочих камер гидромашины то при снижении объема рабочих камер на

201 — 25Я снижение величины вредного объем1а составит 40 — 50Я.

В результате выполнения во втором роторе гидромашины рабочих камер, сообщающ11хся с торцовым распределителем, и устано!Вки в его сферических гнездах шаровых втулок, в отверстиях которых своими вторЫми концами размещаются поршни, выполненные двухсторонними и снабженные в центральной части буртами, контактирующ11ми с двумя пружинами, установленными со, стороны шаровых втулок обоих роторов, взаимно уравновешиваются осевые силы, действующие в процессе работы на второй ротор гидромашины, что позволяет отказаться от подшипникового узла с упорными подшнпниками. Кроме того, уменьшается осевой габарит первого ротора, так как уменьшается высота его рабочих камер. В результате этого снижаются габариты и вес гидромашины. За счет того, что в два раза уменьшается ход одного конца поршня относительно соответствующего ему ротора, суммарный объем рабочих камер гидромашины уменьшается на 20 — 25Я, а величина вредного объема на 40 — 5ОЯ, в результате чего повышается объемный КПД.

Аксиально-поршневая гидромашина, содержащая два кинематически связанных между собой ротора со сферическими гнездами, один из которых расположен с возможностью контакта с торцовым распределителем и имеет рабочие камеры со стенками переменной кривизны, размещенные за сферическими гнездами с шарнирно закрепленными шаровыми втулками с поршнями, при

15 этом консольные части поршней расположены с зазором относительно стенок рабочих камер, а оси вращения обоих роторов пересекаются на биссектрисе угла, образованного плоскостями, проходящими через центры сферических гнезд, отличающаяся тем, что, с целью повышения объемного КПД, снижения габаритов и массы, она снабжена дополнительным торцовым распределителем, установленным с возможностью контакта с вторым ротором, снабженным дополни25 тельными рабочими камерами со стенками переменной кривизны, в сферических гнездах закреплены шаровые втулки, а поршни выполнены в виде подпружиненных полых втулок с буртом, выполненным в их центральной части на наружной поверхности, и установлены в шаровых втулках, причем консольная часть поршней второго ротора расположена в рабочих камерах с зазором относительно их стенок, а пружины утановлены между буртом и шаровыми втулками.