Аксиально-поршневая гидромашина

 

Изобретение может быть использовано в гидроприводах в качестве насоса или гидромотора. Цель изобретения - повышение надежности, долговечности и объемного КПД аксиально-поршневой гидромашины за счет повышения надежности механизма центрирования поршней, улучшения условий работы поршневой группы и снижения вредного объема. В сферических гнездах 11, 12, выполненных в кинематически связанных между собой роторах 1, 2, шарнирно закреплены шаровые втулки 15, 16 с размещенными в их отверстиях 17, 18 двусторонними поршнями 19 с центрирующим буртом 22 в центральной части. Оси вращения роторов 1, 2 пересекаются на биссектрисе угла, образованного плоскостями, проходящими через центры гнезд 11, 12. Между роторами 1, 2 размещен центрирующий элемент 23 с осью вращения, параллельной осям поршней 19, и снабженный в центральной части кольцевым пазом 24. Паз 24 охватывает бурты 22 с возможностью их радиального перемещения в пазу 24. Торцы 25, 26 поршней 19 выполнены сферическими, длина их цилиндрической части выполнена равной максимальной расстоянию между центрами втулок 15, 16. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (зги F 04 В 1/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

) ) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

iw

16

r8

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4709043/29 . (22) 23,06.89 (46) 07,08.91. Бюл. М 29 (71) Белорусский политехнический институт (72) А.В.Пронько (53) 621,651(088.8) (56) Ав орское свидетельство СССР

N 1588904, кл. F 04 В 1/26, 1988. (54) АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ ГИДРОМАШИНА (57)Изобретение может быть использовано в гидроприводах в качестве насоса или гидромотора. Цель изобретения — повышение надежности, долговечности и обьемного

КПД аксиально-поршневой гидромашины за счет повышения надежности механизма центрирования поршней, улучшения условий работы поршневой группы и снижения вредного объема, В сферических гнездах 11.,5U „„1668720 А1 и 12, выполненных в кинематически связанных между собой роторах 1 и 2, шарнирно закреплены шаровые втулки 15 и 16 с размещенными в их отверстиях 17 и 18 двусторонними поршнями 19 с центрирующим буртом 22 в центральной части. Оси вращения роторов 1 и 2 пересекаются на биссектрисе угла, образованного плоскостями, проходящими через центры гнезд 11 и 12.

Между роторами 1 и 2 размещен центрирующий элемент 23 с осью вращения, параллельной осям поршней 19, и снабженный в центральной части кольцевым пазом 24. Паз

24 охватывает бурты 22 с возможностью их радиального перемещения в пазу 24. Торцы

25 и 26 поршней 19 выполнены сферическими, длина их цилиндрической части выполнена равной максимальному расстоянию между центрами втулок 15,16. 3 з,п. ф-лы, 6 ил.

1668720

10

20

40 ческих гнезд роторов.

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

Целью изобретения является повышение надежности, долговечности и объемного КПД гидромашины за счет повышения надежности механизма центрирования поршней, улучшения условий работы поршневой группы и снижения величины вредного объема.

На фиг.1 представлена гидромашина с центрирующим элементом ввиде оси,,продольный разрез; на фиг.2 — гидромашина с центрирующим элементом в виде сквозного вала, продольный разрез; на фиг.3 — сечение А — А на фиг.1; на фиг,4- сечение Б — Б на фиг,1, нэ фиг,5 — схема расположения сферических гнезд; на фиг.6 — схема положения окон подвода и отвода рабочей жидкости, Гидромашина содержит два кинематически связанных между собой ротора 1 и 2, установленные в расточках 3 и 4 корпусов 5 и 6 соответственно. Роторы 1 и 2 контактируют с торцовыми распределителями 7 и 8, закрепленными в корпусах 5 и 6, и снабжены окнами 9 и 10 для подвода и отвода рабочей жидкости, Окна 9 и.10 сообщаются со сферическими гнездами 11 и 12, выполненными в роторах 1 и 2, В сферических гнездах 11 и 12 посредством стопорных пластин 13 и 14 шарнирно закреплены шаровые втулки 15 и 16 с центральными отверстиями 17 и 18 соответственно. Каждый поршень 19 выполнен двусторонним и размещен своими концами 20 и 21 в отверстиях 17 и 18 шаровых втулок 15 и 16. В центральной части на наружной поверхности каждый поршень 19 снабжен центрирующим буртом 22. Оси вращения роторов 1 и

2 пересекаются на биссектрисе угла у, образованного плоскостями, проходящими через центры сферических гнезд 11 и 12 роторов 1 и 2. Между роторами 1 и 2 размещен общий для всех поршней 19 центрирующий элемент 23 с осью вращения, параллельной осям поршней 19. В центральной части центрирующий элемент 23 снабжен кольцевым пазом 24, который охватывает центрирующие бурты 22 поршней

19 с зазором в осевом и радиальном направлениях, обеспечивающим радиальное перемещение буртов 22 отноСительно паза 24.

Торцы 25.и 26 поршней 19 выполнены сферическими. Радиус сферы, образующей торцы 25 и 26, принимаются из условия эквидистантности их поверхностей поверхностям сферических гнезд 11 и 12 роторов 1 и

2 в положении, когда поршни 19 максимально вдвинуты в отверстия 17 и 18 шаровых втулок 15 и 16, т,е. в верхней мертвой точке.

Т.е. радиус торцов 25 и 26 должен быть меньше радиуса наружной поверхности шаровых втулок 15 и 16 на величину зазора между торцами 25 и 26 поршней 19 и поверхностями сферических гнезд 11 и 12 в верхней мертвой точке.

Тем самым обеспечивается равномерный зазор между торцами 25 и 26 поршней

19 и поверхностями сферических гнезд 11 и

12 роторов 1 и 2 при максимально вдвинутом положении поршней 19 в отверстиях 17 и 18 шаровых втулок 15 и 16, а следовательно, минимальный вредный объем, не вытесняемый поршнями 19.

Длина цилиндрической части поршней

19 выполняется равной максимальному расстоянию между центрами шаровых втулок

15 и 16, охватывающих концы 20 и 21 поршней 19. находящихся в нижней мертвой точке, т.е. максимально выдвинутых из отверстий 17 и 18 шаровых втулок 15 и 16.

Для исключения контакта сферических торцов 25 и 26 поршней 19 с поверхностями сферических гнезд 11 и 12 в положениях, близких к верхней мертвой точке, т.е. когда концы 20 и 21 поршней 19 максимально выдвинуты в отверстия 17 и 18 охватывающих их шаровых втулок 15 и 16, угол у между осями роторов 1 и 2 принимаются с условием, чтобы ход каждого конца 20 и 21 поршня 19 относительно шаровой втулки 15 или 16 соответственно был меньшим половины длины отверстий 17 и 18. у < 2агсз п(2D ños(àãñçln, " )), ошв где у — угол между осями роторов:

d .в. — диаметр наружной поверхности шаровой втулки; дп — диаметр поршней;

0- диаметр окружности центров сфериГеометрические параметры окон 9 и 10 для подвода и отвода рабочей жидкости в роторах 1 и 2 принимаются таким образом, чтобы наружная поверхность шаровых втулок 15 и 16 не пересекала кромку окон 9 и

10 в сферических гнездах 11 и 12. При этом вся наружная поверхность шаровых втулок

15 и 16 охватывается поверхностью сферических гнезд 11 и 12 при любом угле между осями роторов 1 и 2; не превышающем величину у гн (О + d ssln(arcsln — — y/2) ) /2. оп ошв

r> fD + d asln(arcsln — — у/2) ) /2, Оп

° шв

1668720

50

55 где гв — наибольшее расстояние между осями роторов 1 и 2 и кромками окон 9 и 10 в сферических гнездах 11 и 12 соответственно(радиус окружности, описанной по кром.кам окон 9 и 10 в сферических гнездах 11 и

12);

r8 — наименьшее расстояние между осями роторов 1 и 2 и кромкой окон 9 и 10 в сферических гнездах 11 и 12 соответственно(радиус окружности, вписанной в кромки окон 9 и 10).

Центрирующий элемент 23 может иметь несколько вариантов конструктивного исполнения, На фиг.1 представлен вариант, в котором центрирующий элемент 23 выполнен в виде оси, снабженной на концах сферическими цапфами 27 и 28. Последние размещены в центральных сферических гнездах 29 и 30 роторов 1 и 2 соответственно. Силовой контакт в парах цапфа — гнездо обеспечивается пружиной 31.

Роторы 1 и 2 охватываются зубчатыми венцами 32 и 33; эацепляющими между собой и обеспечивающими тем самым кинематическую связь между роторами 1 и 2, Один из роторов (например, ротор 1) снабжен хвостовиком 34, выполняющим функцию ведущего или ведомого вала в зависимости от режима работы гидромащины.

Во втором варианте исполнения (фиг,2) центрирующий элемент 23 выполнен в виде сквозного вала, проходящего через центральные отверстия 35 и 36, выполненные в роторах 1 и 2 соответственно. B центральной части сквозной вал (центрирующий элемент) 23 снабжен двумя зубчатыми венцами

37 и 38, размещенными с торцовым зазором относительно друг друга с образованием кольцевого паза 24. В центральных отверстиях .35 и 36 роторов 1 и 2 закреплены зубчатые венцы 39 и 40. зацепляющиеся с зубчатыми венцами 37 и 38 вала 23. Этим обеспечивается, с одной стороны, кинематическая связь роторов 1 и 2 друг с другом и, с другой стороны, связь роторов 1 и 2 с валом 23 гидромашины. Вариант по фиг.2 со сквозным валом 23 позволяет соединить две и более гидромашины в единый блок.

В одном из вариантов исполнения (фиг,2) поршни 19 выполнены полыми и герметично закрыты с торцов сферическими крышками 41 и 42. Образованная таким образом внутренняя полость 43 в поршнях 19 сообщается с внутренней полостью гидромашины 44 посредством сквозных каналов

45, выполненных в стенках поршней 19.

Гидромашина в режиме гидромотора работает следующим образом.

Рабочая жидкость иэ магистрали высокого давления через впускные каналы (не показаны) торцовых распределителей 7 и 8 подводится к соответствующим окнам 9 и 10 роторов 1 и 2. Сферические торцы 25 и 26 (фиг.1) или сферические крышки 41 и 42 (фиг,2) поршней 19, поверхности отверстий

17 и 18 шаровых втулок 15 и 16, а так же поверхности сферических гнезд 11 и 12 нагружаются давлением рабочей жидкости, Учитывая, что на оба торца 25 и 26 (фиг.1) или крышки 41 и 42 (фиг.2) каждого поршня

f9 действует одинаковое давление рабочей жидкости либо рабочее давление, либо давление слива, что обусловлено симметричным расположением впускных и выпускных каналов торцовых распределителей 7 и 8 относительно плоскости симметрии гидромашины, поршни 19 находятся в уравновешенном состоянии. При этом их функция заключается только в герметизации рабочих камер, образованных торцами 25 или 26, либо крышками 41 и 42 по фиг.2, отверстиями 17 или 18 и сферическими гнездами 11 или 12. Таким образом, шаровые втулки 15 и 16, охватывающие концы 20 и 21 поршней

19, а также кольцевой паэ 24, охватывающий центрирующие бурты 22, разгружены от осевых сил, действующих на торцы поршней 19, и воспринимают только незначительные неуравновешенные силы трения, возникающие в парах поршень — шаровая втулка, а также центробежные силы, возникающие при вращении поршней 19. Силы от давления рабочей жидкости на поверхности отверстий 17 и 18 шаровых втулок 15 и 16 также взаимно уравновешиваются. Учитывая, что вся наружная поверхность каждой шаровой втулки 15 и 16 постоянно контактирует с соответствующей поверхностью охватывающей ее сферического гнезда 11 или

12, на шаровые втулки 15 и 16 действуют только незначительные неуравновешенные силы от давления жидкости в зазоре. между их наружной поверхностью и сферическим гнездом 11 и 12. Эти силы воспринимаются стопорными пластинами 13 и 14, обеспечивающими герметичность рабочих полостей гидромашины в процессе работы.

Поверхность сферических гнезд 11 и 12, не контактирующая с наружной поверхностью шаровых втулок 15 и 16 и, следовательно, контактирующая с рабочей жидкостью, воспринимает со стороны последней рас-, пределенную нагрузку, Эта нагрузка может быть представлена в виде суммы трех сил: радиальной, действующей перпендикулярно оси каждого ротора 1 и 2; осевой, действующей параллельно оси каждого ротора 1 и 2; тангенциальной, действующей по касательной к окружности центров сферических гнезд 11 и 12. Суммарный вращающийся

1668720 момент, преодолевая момент сопротивле- чего вала гидромашины позволяет выполния со стороны нагрузки, приводит роторы нить его сквозным. что обеспечивает воз1и2в и 2 во вращение, Синхронное вращение можность Соединения в единый блок двух и роторов 1 и 2 обеспечивается в зависимости более гидромашин. от исполнения гидромашины, либо зубчаты- 5 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ми венцами 32 и 33, зацепляющимися друг 1,Аксиально-поршневая гидромашина, с другом (фиг.1), либо зубчатыми венцами 39 содержащая два кинематически связанных и 40, зацепляющимися с венцами 37 и 38 между собой ротора с окнами для подвода и соответственно. Вращение от роторов 1 и 2 отвода рабочей жидкости и сферическими передается либо на хвостовик 34 ротора 1 10 гнездами, в которых шарнирно закреплены (фиг.1), либо на сквозной вал 23 (фиг.2), ко- шаровые втулки с размещенными в их отторые выполняют функцию ведомого вала верстиях двусторонними поршнями с центпри работе гидромашины в режиме гидро- рирующим буртом в центральной части, мотора, причем оси вращения роторов пересекаютПри вращении роторов 1 и 2 вместе с 15 ся на биссектрисе угла, образованного плопоршнями 19 их концы 20 и 21 сохраняют скостями, проходящими через центры их неизменное положение относительно пло- сферическихгнезд,отличающаяся тем, скости симметрии гидромашины, совпадаю- что, с целью повышения надежности, долгощей с плоскостью разъема ее корпусов 5 и вечности и объемного КПД за счет повыше6. Функцию удержания поршней 19 s задан- 20 ния надежности механизма центрирования ном положении выполняет при этом кольце- поршней, улучшения условий работы поршвой паз 24 центрирующего элемента 23, невой группы и снижения вредного объема, охватывающий бурты 22, Учитывая, что меж- между роторами размещен центрирующий ду осями вращения роторов 1 и 2 имеется элемент с осью вращения, параллельной угол у при их вращении концы 20 и 21 25 осям поршней, и снабженный в центральпоршней 19 совершают относительно от- нойчасти кольцевым пазом,охватывающим верстий 17 и 18 охватывающих их шаровых центрирующие бурты поршней с воэможновтулок 15 и 16 возвратно-поступательное стью их радиального перемещения в кольдвижение. В результате жидкость, воздей- цевом пазу, торцы поршней выполнены ствуя с рабочим давлением на сферические 30 сферическими, а длина их цилиндрической гнезда 11 и 12 и поворачивая роторы 1 и 2 части выполнена равной максимальному вокругосей,вытесняя всливнуюмагистраль расстоянию между центрами, охватываюприобратномдвижении концов20и21 пор- щими оба конца шаровых втулок, при этом шней 19. угол между осями роторов определяется иэ

Таким образом, надежность и долго- 35 выражения вечность гидромашины повышается за счет применения общего для всех поршу 2csi(2> cos(aicsind Ä, ней центрирующего элемента, снабжен- где d>.B — диаметр наружной поверхности ного кол ьцевым пазом, охватывающим шаровой втулки; центрирующие бурты. При таком центриро- 40 d„— диаметр поршней; вании каждый поршень занимает симмет- - 0-диаметрокружности центровсферирическое положение относительно обеих ческих гнезд роторов, а окна для подвода и роторов независимо от величины действую- отвода рабочей жидкости в роторах выполщей на него неуравновец,енной осевой си- нены с соблюдением условий лы, что исключает соударение торцов 45 (1 С п поршней с роторами, снижает пульсацию rp 2(0 + бшвз1п(агсз1п — d" "— У/2)), ошв давления и вибрации деталей гидромаши- 4 ны. За счет отсутствия рабочих камер неци- г> — (О + d+>sin(arcsln —" — y/2)).

2 ошв

- линдрической формы и выполнения то ов о ениЯ тоРцов где rн — наибольшее расстояние межд

1поршней сферическими повышен ее обь- 50 . м жду емный КП и упрощена технология изготов50 осью ротора и кромкой окна для подвода и ления. Сквозные каналы, выполненные в полых поршнях, закрытых сферическими крышками, способствуют э ек1ивном отг - наименьшее расстояние межд жду ую эффек1 "в"ому от осью ротора и кромкой окна для подвода и воду тепла от поршневой rp ппы, что л ч- 55

py o улу - 55 отвода рабочей жидкости в сферическом шает условия ее работы. снижает гнезде идромашина по и., о т л и ч а ю щ аровых втулках, т.е. повышает надежность и я с я тем, что центрирующий элемент выдолговечность гидромашины. Совмещение полнен а виде оси,.снабженной на концах функций центрирующего элемента и рабо1668720

10

0 сферическими цапфами, установленными в центральные сферические гнезда, выполненные в роторах.

3. Гидромашина по п.1, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что центрирующий элемент выполнен в виде сквозного вала, проходящего через центральные отверстия роторов и снабженного двумя зубчатыми венцами. об. разующими кольцевой паэ и зацепляющймися с двумя зубчатыми венцами, закрепленными в центральных отверстиях роторов.

4. Гидромашина по пп.1-3, о т л и ч а ю5 щ а я с я тем, что поршни выполнены полыми со сферическими крышками на торцах, а в стенках поршней выполнены сквозные каналы.

1668720

1668720

Я fO

Фиг. д

Составитель Н.Костина

Редактор Н.Лазаренко Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О.Ципле

Заказ 2642 Тираж 354 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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