АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ ГИДРОМАШИНА С ПРИВОДНЫМ НАКЛОННЫМ ДИСКОМ
AXIAL PISTON HYDRAULIC MACHINE WITH DRIVEN INCLINED DISK

Изобретение относится к области машиностроительной гидравлики, в частности к аксиально-поршневым насосам, и может быть использовано как в мобильных, так и в промышленных гидросистемах.
Известно устройство аксиально-поршневой гидромашины, содержащей блок цилиндров с поршнями, закрепленными в упорном диске (см. Прокофьев В.Н. Основы теории и конструирования объемных гидропередач. Высшая школа. 1968; стр. 176-179). В гидромашине упорный диск связан с ведущим валом при помощи обычного асинхронного кардана. Недостатком указанной машины является то, что одиночный кардан, имея асинхронность, приводит к большей неравномерности подачи и снижает надежность.
Известна также аксиально-поршневая гидромашина (см. патент РФ №2272176, кл. F04B 1/20, 2006 г.), содержащая корпус с размещенными в нем крышками с подшипниковыми опорами, в которых установлен вал, передающий вращение через шлицы блоку цилиндров, взаимодействующему со сферическим торцевым распределителем, а также через шлицы вал соединен с кулаком, который вместе с наклонным диском, шариками и сепаратором образуют шарнир равных угловых скоростей (ШРУС), расположенные в цилиндрических расточках блока цилиндров большие головки вытеснителей, малые сферические головки вытеснителей закреплены в наклонном диске. Уплотняющая часть головки выполнена в виде бочкообразной втулки, которая закреплена на несущей части вытеснителя и уплотнена относительно несущей части.
Выполнение вытеснителя раздельно из бочкообразной втулки и шатуна приводит к увеличению зазора в соединении под действием периодически изменяющихся нагрузок. Это приведет к усиливающимся ударам втулки о шатун и распорное кольцо, что, в конечном счете, скажется на появлении утечек в стыке втулка-шатун, на неполном заполнении жидкостью рабочих камер, на снижении объемного КПД гидромашины, снижении КПД в целом и надежности.
Конусообразная поверхность, на которой находятся оси расточек в блоке цилиндров, ограничивает возможный угол наклона упорного диска, что ухудшает удельные показатели гидромашины.
Изобретение направлено на повышение надежности и КПД, а также оптимизацию производственного процесса изготовления гидромашины.
Технический результат - повышение надежности и КПД гидромашины.
Поставленная задача решается и технический результат достигается за счет того, что аксиально-поршневая гидромашина содержит корпус с размещенными в нем передней и задней крышками с подшипниковыми опорами, в которых установлен вал, передающий вращение через шлицы блоку цилиндров, взаимодействующему со сферическим торцевым распределителем, а также через шлицы вал соединен с кулаком, который вместе с наклонным диском, шариками и сепаратором образуют шарнир равных угловых скоростей, расположенные в цилиндрических расточках блока цилиндров большие головки вытеснителей, снабженные поршневыми кольцами, установленными в пазах, малые сферические головки вытеснителей закреплены в наклонном диске, при этом новым является то, что она снабжена поворотной люлькой, установленной на подшипниковых опорах, размещенных в корпусе, выполненном цилиндрическим, при этом в люльке на радиально-упорном подшипнике размещен наклонный диск, большая головка каждого вытеснителя выполнена сферической, причем шлицы передающие вращение блоку цилиндров выполнены бочкообразными и отдельно от шлицов кулака.
А также за счет того, что поршневые кольца образованы двумя половинками.
А также за счет того, что в центре задней крышки выполнено сквозное осевое отверстие с возможностью установки в нем проходного вала.
Уплотнение рабочих камер производится поршневыми кольцами. Они изготовлены под диаметр расточек в блоке цилиндров и установлены в пазах большей сферической головки за счет того, что уплотнительные кольца образованы двумя половинками (что упрощает монтаж), технически полученными из поршневого кольца.
Аксиально-поршневая гидромашина имеет возможность установки проходного вала, позволяющий последовательно устанавливать несколько гидромашин на один вал отбора мощности ДВС. Это позволит осуществлять безредукторный (прямой) привод насосов, ступенчатое объемное регулирование, за счет разгрузки части гидронасосов и существенно минимизировать габариты силовой установки.
На фиг.1 изображена аксиально-поршневая гидромашина (вертикальный разрез).
На фиг.2 - аксиально-поршневая гидромашина (горизонтальный разрез).
На фиг.3 - поперечный разрез шарнира равных угловых скоростей.
На фиг.4 - схема контакта шариков шарнира равных угловых скоростей в расточках кулака и наклонного диска.
Аксиально-поршневая гидромашина состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором расположены передняя крышка 2 и задняя крышка 3. В передней крышке 2 закреплен радиально-упорный подшипник 4. В задней крышке 3 находится игольчатый подшипник 5, а также выполнены каналы всасывания 6 и нагнетания 7. Подшипники 4 и 5 служат опорами для приводного вала 8, на котором выполнены бочкообразные шлицы 9 для самоустановки блока цилиндров 10 и шлицы 11 для кулака 12 ШРУСа. На задней крышке 3 закреплен при помощи штифтов 13 и внешней обоймы игольчатого подшипника 5 сферический распределитель 14. Блок цилиндров 10 прижат к сферическому распределителю при помощи блока тарельчатых шайб 15 и распорного кольца 16. В цилиндрическом корпусе 1 закреплены радиальные подшипники 17 и 18, на которых держится поворотная люлька 19. В поворотной люльке 19 на подшипнике 20 закреплен наклонный диск 21, в которой находятся сферические головки вытеснителей 22. Наклонный диск 21, шарики 23, сепаратор 24 и кулак 12 вместе составляют шарнир равных угловых скоростей.
1
3
1
2
4
2
2
1
Шестишариковый карданный шарнир с делительными канавками (типа «Бирфильд», фиг.3). На кулаке 12, поверхность которого выполнена по сфере радиуса R (центр О), выфрезеровано шесть канавок. Канавки кулака имеют переменную глубину, так как они нарезаны по радиусу R (центр O смещен относительно центра шарнира О на расстояние «а»). Внутренняя поверхность наклонного диска 21 выполнена по сфере радиуса R (центр О), также имеет шесть канавок переменной глубины, нарезанных по радиусу R (центр О смещен относительно центра шарнира О также на расстояние а). Сепаратор 24, в котором размещены шарики 23, имеет наружную и внутреннюю поверхности, выполненные по сфере радиусов соответственно R и R. В положении, когда угол наклона диска 21 равен нулю (γ=0°), шарики находятся в плоскости, перпендикулярной оси вала 11, проходящей через центр шарнира.
При наклоне диска 21 на угол γ нижний шарик выталкивается из сужающего пространства канавок вправо, а верхний шарик перемещается сепаратором 24 в расширяющееся пространство канавок влево. Центры шариков 23 всегда находятся на пересечении осей канавок. Это обеспечивает их расположение в биссекторной плоскости, что является условием синхронного вращения вала 11 и диска 21. Во избежание заклинивания шариков 23 угол, под которым пересекаются оси канавок, не должен быть менее 11°20′. Профиль сечения канавок выполнен не по дуге окружности, а по эллипсу (фиг.4). Благодаря этому силы взаимодействия стенки канавки и шарика составляют с вертикалью угол 45°, что предохраняет кромки канавок от смятия и скалывания. Отсутствие делительного рычажка позволяет этому шарниру работать при угле между валом 11 и наклонным диском 21 γ=45°. Благодаря этому, гидромашина обладает высокими удельными показателями. КПД шарнира при малых углах выше 0,99, а при γ=30°-0,97. Сравнительно большие потери в шарнире объясняются тем, что наряду с трением качения для него характерно трение скольжения. Ресурс современных шарниров этого типа составляет примерно 5000 ч.