Аксиально-поршневая гидромашина

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s F 04 В 1/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф

Ьв (21) 4423062/25-29 (22) 10.05.88 (46) 07.09.90.Бюл. N 33 (71) Белорусский политехнический институт (72) А,B.Ïðîíüêî (53) 621.651(088.8) (56) Заявка Ф РГ ¹ 3617037, кл. F 01 В 3/00, 1986. (54) АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ ГИДРОМАШИНА (57) 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 стопорÄÄ5UÄÄ 1590634 А1 ной 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.

1590634

Изобретение относится к машиностроению, в частности к обьемным гидромашинам, и может быть использовано в гидроприводах различных машин в качестве насоса или гидромотора, 5

Цель изобретения — повышение долговечности за с .т уменьшения износа контактирующих поверхностей поршней и отверстий стопорной пластины и снижение неравномерности вращения блока цилинд- 10 ров.

На фиг.1 представлена аксиальна-поршневая гидромашина. продольный разрез; на фиг.2 — сечение А-А на фиг.1; на фиг.3— различные положения поршня; на фиг.4 — 15 расчетная схема для определения конструктивных размеров расточек стопорной пластины крепления шаровых втулок.

Гидромашина содержит установленный в корпусе 1 приводной фланцевый вал 2, опи- 20 рающийся на подшипники 3, В сферических гнездах 4 приводного фланцевого вала 2 с помощью пластины 5 шарнирно закреплены цилиндрические поршни 6 и цапфа 7, Блок цилиндров 8 жестко установлен на 25 цапфе 7 и центрируется относительно сферического распределителя 9, на который он опирается, Со стороны вала 2 на блоке цилиндров 8 закреплена стопорная пластина

10, предназначенная для крепления шаро- 30 вых втулок 11, которые устанавл IBBK)TCR в сферические гнезда 12, выполненные в блоке цилиндров 8 и стопорной пластине 10.

Консольные части t3 поршней б расположены в блоке цилиндров 8 за шаровыми втул- 35 ками 1-1 в рабочих камерах 14„выполненных со стенками 15 переменной кривизнь,, с зазором 16 относительно этих стенок. В стопорной пластине 10 крепления шаровых втулок 11 соосно сферическим гнездам 12 40 выполнены конические расточки 17 с расширением в сторону приводного фланцевого вала 2. Угол а при вершине конуса, образующего коническую поверхность расточки 17, выбирается иэ следующих эависи- 45 мостей.

Непараллельность осей поршней 6 и оси блока цилиндров 8 обусловлена тем, что проекция окружности центров 01 шарниров крепления поршней 6 к приводному ва- 50 лу 2 на плоскость, проходящую через центры Oz шаровых втулок 11, представляет собой эллипс. При этом угол/3; наклона оси поршня 6 к оси блока цилиндров 8 зависит от положения поршня 6 относительно 55 последнего.

На фиг.З (вверху) представлена расчетная схема для случая, когда поршень 6 максимально вдвинут в отверстие шаровой втулки 11, Угол /31 наклона оси поршня 6 к оси блока цилиндров 8 в этом случае из треугольника 001В

ВО = r> cos y.

ОВ = г1 sinó, где Π— центр окружности, на которой расположены центры Oi шарниров крепления поршней 6;

01 — центр шарнира крепления поршня

6 к фланцу приводного вала 2;

 — проекция центра 01 на ось блока цилиндров 8;

r1 — радиус окружности расположения центров 01 шарниров крепления поршней

6; у — угол между осями приводного вала

2 и блока цилиндров 8, Из треугольника 0102С

Н вЂ” r> . sin у где 02 — центр шаровой втулки 11;

С вЂ” проекция центра 01 на плоскость, проходящую через центры 02 шарниров блока цилиндров 8;

rg — радиус окружности расположения центров Ор шаровых втулок 11 на блоке цилиндров 8, Н вЂ” расстояние между центрами окружностей сферических шарниров приводного вала 2 и блока цилиндров 8, На фиг.3 (в центре) представлена расчетная схема для случая, когда поршень 6 занимает среднее положение относительно шаровой втулки 11. Угол Д для этого случая из.треугольника DOiOp, /4 = агст9 (2) где D проекция центра 02 шаровой втулки

11 на отрезок 001.

На фиг,3 (внизу) представлена схема, на которой поршень 6 максимально выдвинут из отверстия шаровой втулки 11. Угол

Д для этого случая из треугольника ОЕО1

ЕО =- r> cosy, 0E =r< siny, где Š— проекция центра 0 шарнира крепления поршня 6 на ось блока цилиндров 8.

Из треугольника 0>F02 где F — проекция центра 01 на ось, проходящую через центр Oz шаровой втулки 11 параллельно оси блока цилиндров 8.

Угол а при вершине конуса, образующего коническую поверхность расточек 17, выполняется равным удвоенному значению максимального иэ приведенных углов, т.е, о. 2 Р !макс.

1590634

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. Обра55

ЕСЛИ а < 2P !макс., 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 5 кромкой, при этом угол наклона оси поршня

6должен быть меньшеРь„кс. Учитывая, что заданным значениям г1, rz, Н и у соответствует определенное значение PiM>vс., то уменьшение укаэанного 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 > 2Р шм„с,, то поршень 6 в положении, соответствующем максимальному углу В макс. наклона его оси к оси блока цилиндров 8, будет контактировать с внутренней кромкой расточки 17, а не с ее по- 20 верхностью. В этом случае в паре поршень — расточка будет точечный контакт, для которого характерны высокие контактные напряжения в сопряженных поверхностях.

Это приводит к ускоренному износу сопря- 25 женных поверхностей расточек и поршней и к ухудшению характеристик гидромашины.

Оптимальное значение угла а при вершине конуса, образующего расточки 17, on-. 30 ределяется из соотношений (1), (2) и (3) следующим образом. р1 >ps при любых значениях г1, r2, Н и у, что следует из соотношений (1) и (3).

Таким образом, а 2 фз, так как в противном случае угол а был бы меньше удвоенного значения максимального из углов Д, р1 >/5. При этом а=2 р1. В этом случае с поверхностью расточки 17 будет кон- „ тактировать один поршень, максимально вдвинутый в отверстие шаровой втулки 11 (фиг.3, вверху).

Д >/31, а = 2 pz . В этом случае с поверхностью расточки 17 одновременно кон- 45 тактируют два поршня 6, занимающие промежуточное положение относительно шаровых втулок 11 (фиг.3, в центре).

/31 =Д,, т.е.а=2 р1 =2 /Ь, В этом случае с поверхностью расточек 17 контак- 50 тируют одновременно три поршня 6, занимающие относительно шаровых втулок 11 положения, соответствующие углам Р1 и

Д (фиг.3, вверху и в центре). зующего поверхность расточки 17. определяется системой выражений

- 2 -1:- -!- -.

Н вЂ” r1 sin y а = 2 arctg

Г1 Г2

Н

При заданных значениях г2, Н и у (определяющих рабочий объем гидромашины) приведенная система выражений решается путем определения величины r1 — радиуса окружности центров 01 шарниров крепления поршней 6 нэ фланцевом валу 2.

Для обеспечения линейчатого контакта между поршнем 6 и поверхностью расточки

17 ПрИ а = 2 91мкс НЕОбХОдИМО ВЫПОЛнить следующее условие: расстояние между центром 02 сферы, образующей сферическое гнездо 12 GTonopной пластины 10, и вершиной Оз конуса, образующего поверхность расточки 17, соосной указанному гнезду 12, должно равняться где d> — диаметр поршней 6; и — 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 . ф1макс .

Таким образом, в предлагаемой гидромашине один поршень контактирует с поверхностью соответствующей ему расточки.

Гидромашина в режиме насоса работает следующим образом, При возникновении на приводном флэнцевом 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 кэк 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. 3а один оборот вала 2 каждый поршень 6 совершает один двой ой ход. При выдвижении последних из шаровых втулок 11 рабочая жидкость через соответствующие окна распределителя 9 засасывается в освобождаемый в рабочих камерах 15 объем. Безотрывную работу поршней 6 на ходе всэсывания обеспечивает пластина 5, прижимающая при этом поршни 6 к сферическим гнездам 4 вала 2. При

1590634 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 рабочих камерах 15.частях шаровых втулок 17, прижимает последние к сферическим гнездам 12 и воспринимается крепежными элементами 18 стопорной пластины t0. Цапфа

7 предотвращает отрыв блока цилиндров 8 от распределителя 9 под действием центробежных сил поршней 6 и боковых сил от давления рабочей жидкости на шаровые втулки 11.

8 процессе работы гидромашины угол ф наклона оси поршня 6 к оси блока цилиндров 8 периодически изменяется. В области, близкой к максимальному значению угла Р макс,поршень 6 вступает в контакт с конусной поверхностью расточки 17 и на части своего хода осуществляет ведение блока цилиндров 8. Отрыв поршня 6 or 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 6. Таким образом, имеет место эстафетное ведение блока цилиндров 8 поршнями 6.

За один оборот sana 2 каждый поршень

6 участвует в процессе ведения блока цилиндров 8:

1 раэ, если a=2P>, 2 раза, если а = 2@, 3 раза, если а= 2ф1 = 2

Чем уже интервал значений угла Р, при которых поршень 6 контактирует с поверхностью расточки 17, т,е, осуществляет ведеине блока цилиндров 8 при вращении вала

5 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

10 расточки 17 за один оборот приводного вала 2, Следовательно. при а = 2 P> = 2Д неравномерность вращения блока цилиндров 8 будет наименьшей.

15 Формула изобретения

Аксиально-поршневая гидромашина, содержащая установленные в корпусе приводной фланцевый вал, в сферических гнез.дах которого посредством пластины

20 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, о т л и ч а ю щ а я25 с я тем, что, с целью повышения долговечности за счет уменьшения износа контактирующих поверхностей поршней и отверстий стопорной пластины и снижения неравно. мерности вращения блока цилиндров, в нем

30 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 рас35 точки стопорной пластины выполнены коническими.

1590б34

1f

Составитель Н. Костина

Редактор Л, Зайцева Техред М.Моргентал Корректор О, Кравцова

Заказ 2620 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101