二维轴向柱塞泵的制作方法

本实用新型涉及一种二维轴向柱塞泵，属于流体传动及控制领域中的液压泵及液压马达。

背景技术：

柱塞泵用柱塞和油缸体作为主要工作构件。当柱塞在缸体的柱塞孔中作往复运动时，由柱塞与缸体组成的密闭工作容积腔发生容积变化，完成吸、排油过程。根据柱塞在缸体中的不同排列形式，柱塞泵分为径向式和轴向式两大类。径向柱塞泵由于结构复杂、体积较大，在许多场合已经被轴向柱塞泵替代。轴向柱塞泵的柱塞中心线平行(或基本平行)于油缸体的轴线。此类泵的密封性好，具有工作压力高(额定工作压力一般可达32—40MPa)，在高压下仍能保持相当高的容积效率(一般在95％左右)及总效率(一般在90％以上)，容易实现变量以及单位功率的重量轻等优点；广泛运用于压力加工机械、起重运输设备、工程机械、船舶甲板机械、冶金机械、火炮和空间技术领域中，并可被作为高压及高压油源。

传统常见的轴向柱塞泵的工作原理：当传动轴带动缸体转动时，缸体会带动柱塞转动，通过改变柱塞和倾斜平面之间或与传动轴之间的角度，使得柱塞在柱塞腔内作直线往复运动。依靠柱塞在缸体孔内往复运动，使密封工作容腔容积发生变化来实现吸、压油。传统的轴向柱塞泵其内部相对运动的零件多，对材料材质、加工精度要求高，对油液污染敏感，加工、使用、维护的要求和成本较高，价格昂贵；缸体随传动轴一起转动，转动惯量大，导致启动、停止、调速的响应速度慢，不利于通过调速来控制泵的输出流量；缸体内摩擦副较多，高速转动下，缸体温升较快，配流盘、柱塞等零件的磨损直接影响泵的使用寿命和耐久性。除此之外，由于柱塞泵本身工作原理的限制，传动轴转动一周，每个柱塞只能实现一次吸油和一次排油，其排量受到了限制。

技术实现要素：

为了克服现有轴向柱塞泵存在的上述缺陷，本实用新型提供一种结构新颖紧凑、体积小、重量轻、传动简单、易调速、排量高、利用柱塞双自由度(旋转的同时能够轴向移动)的运动原理实现连续的吸排油的二维轴向柱塞泵。

本实用新型所述的二维轴向柱塞泵，其特征在于：包括用于进出油的第一缸体、用于与柱塞配流的第二缸体、柱塞组件、用于实现柱塞组件双自由度运动的驱动组件以及用于容纳柱塞组件的端盖，所述第一缸体与所述第二缸体的第一端密封固连，所述第二缸体的第二端与所述端盖密封固连；所述柱塞组件容纳在所述端盖的柱塞容腔内，并且所述柱塞组件与所述第二缸体转动连接；

所述第一缸体上设有一条低压进油道和一条高压出油道，其中所述低压进油道与所述供油箱连通、所述高压出油道与执行件连通；

所述第二缸体设有中心插孔、有两条用于与低压进油道连通的第一连通油道和两条用于与高压出油道连通的第二连通油道，所述中心插孔的头端嵌有用于堵住工艺孔的配合件，末端设有用于支撑柱塞组件的第一轴承；所述第一连通油道与所述低压进油道一一对应，所述第二连通油道与所述高压出油道一一对应；

所述柱塞组件包括柱塞、弹簧和弹簧座，所述柱塞依次分为用于与第二缸体的连通油道贯通的连通段、用于支撑弹簧的连接段以及用于与驱动组件固连的安装段，所述连通段设有一对用于与连通油道连通配合的沟槽，且所述沟槽只能与所述第一连通油道或者所述第二连通油道中的一种对应沟通；所述柱塞的连通段插入第二缸体的中心通孔，并且所述柱塞的连通段外壁与所述中心通孔内壁紧密贴合，所述连接段通过第一轴承与所述第二缸体转动连接，并且所述连通段上设置的沟槽恰好位于能与第一连通油道和第二连通油道沟通；所述弹簧套在所述柱塞的连接段，并且所述弹簧的一端与抵在第一轴承端面上的弹簧座固连，另一端抵在连接段与安装段形成的台阶面上；

所述驱动组件包括联轴节、滚轮轴、曲面凸轮导轨和滚动组件，所述柱塞的安装段通过联轴节与外部的驱动电机固连；所述滚轮轴与所述柱塞的安装段固连，并且所述滚轮轴的两端分别对称安装滚动组件；所述曲面凸轮导轨嵌入所述端盖内，所述曲面凸轮的其中一端面作为供滚动组件沿其表面滚动的光滑滚动曲面，所述光滑滚动曲面对称分布，且滚动组件运动到光滑滚动曲面的最低点时，所述第一连通油道与所述柱塞的沟槽连通，实现柱塞泵吸油过程；滚动组件运动到光滑滚动曲面的最高点时，所述第二连通油道与所述柱塞的沟槽连通，实现柱塞泵排油过程。

所述第二缸体设有两条第一连通油道和两条第二连通油道，所述第一连通油道与所述第二连通油道均沿所述第二缸体轴向设置，并且所述第一连通油道外端、所述第二连通油道外端分别与所述低压进油通道、所述高压出油通道连通，所述第一连通油道的内端、所述第二连通油道的内端通过沿第二缸体径向设置的十字型连通油道贯通，所述十字型连通油道的中心位于所述中心通孔的中心轴上，且十字型连通油道的每条支路均与所述第一连通油道或者所述第二连通油道连通，每条支路的内端与所述中心通孔连通，支路的外端延伸至第二缸体的外部，并且每条支路的外端配有一套由钢球和密封销构成的密封件。

所述高压出油道和所述低压进油道均为Π型油道，所述高压出油道和所述低压进油道呈90°夹角，其中Π型油道的横向通道一端延伸至第一缸体的外部，形成相应的低压进油口或高压出油口，而其中低压进油道的两条竖流道分别与对应的所述第一连通油道配合贯通；高压出油道的两条竖流道分别与对应的所述第二连通油道配合贯通。

所述柱塞为二级台阶轴，其中所述连通段、所述连接段以及所述安装段的外径渐增；连通段的端部设有两个沿其轴向对称布置的矩形沟槽；所述安装段设有用于卡入滚轮轴的第一U型凹槽，且第一U型凹槽的壁面对应设有定位销通孔。

所述滚轮轴通过定位销组件与所述柱塞的安装段固连，所述定位销组件包括第一定位销、第一滚针轴承以及用于限制第一滚针轴承轴向移动的轴用钢丝挡圈，所述第一定位销中部与柱塞安装部和滚轮轴的中部固连，所述第一定位销贯穿定位销通孔后套接第一滚针轴承；所述轴用钢丝挡圈套在第一定位销末端的第一环形槽内。

所述联轴节包括用于卡入柱塞安装段的第一安装部和用于与外界驱动电机连接的第二安装部，所述第一安装部设有第二U型凹槽和第三U型凹槽，所述柱塞的安装段插入所述第二U型凹槽内，并且所述第一滚针轴承卡在所述第三U型凹槽处；所述第二安装部为带有矩形键槽的圆柱，所述第二安装部插入所述曲面凸轮导轨的中心孔，并与之紧密配合；外部的驱动电机的输出轴插入所述矩形键槽,其中所述曲面凸轮导轨的侧壁设有用于插入定位销的定位销插孔。

所述滚动组件包括第二滚针轴承、第二轴承以及带有中心台阶通孔的圆台式滚轮套，滚轮轴的两端部对称的从内向外依次安装第二滚针轴承、圆台式滚轮套和第二轴承，所述第二轴承卡在所述中心台阶通孔处，实现所述圆台式滚轮套与所述滚轮轴的紧密配合；所述滚轮轴的末端设有第二环形槽，并且所述第二环形槽内嵌有用于限制第二轴承轴向移动的弹性挡圈。

所述曲面凸轮导轨为圆柱体，所述曲面凸轮导轨通过第二定位销与所述端盖固连，并且曲面凸轮导轨的朝向柱塞一侧的端面为滚动面，滚动面为对称的光滑弧形曲面，且所述光滑弧形曲面设有两个最高点和两个最低点；所述曲面凸轮导轨与所述联轴节的第二安装部之间安装用于密封和减少摩擦的J形骨架油封和深沟球轴承。

第一轴承以及第二轴承均为推力球轴承。

第一缸体的接触端面开设有4个环形密封槽和一个总环形密封槽，其中四个环形密封槽设置在所述高压出油道和所述低压进油道处，一个总环形密封槽设置圈在第一缸体的接触端面外圈，并将高压出油道和所述低压进油道圈在总环形密封槽内；端盖的接触端面设有用于嵌入密封圈的端盖环形密封槽。

工作原理如下：驱动电机转动时，通过联轴节、第一滚针轴承和销轴把扭矩传递给柱塞。圆锥滚轮装在滚轮轴上并且滚轮轴与柱塞固连。弹簧的右端与柱塞固连，左端通过弹簧座压在推力轴承上。柱塞在转动的同时带动滚轮轴旋转，滚轮在弹簧力的作用下压在凸轮导轨上，凸轮导轨压在端盖上。由于凸轮导轨的作用迫使柱塞在旋转的同时也做往复直线运动。缸体上圆周均布四个窗口并且内部开有流道，两个为高压窗口与之相连的是高压油道，两个为低压窗口与之相连的是低压油道。进出油口缸体上开有吸油口和排油口，并且内部有高压油道和低压油道分别与缸体上的高低压油道相连通形成高低压油路。柱塞端部对称布置两个油槽，当滚轮运动到导轨的最高点时，容腔体积减小压力升高，容腔通过柱塞上的两个油槽与高压窗口连通，在容腔内的油液通过高压窗口流入高压油道并从排油口排出。当滚轮运动到导轨的最低点时，容腔体积变大，腔体内形成负压，此时容腔通过柱塞上的两个油槽与低压窗口连通，在油箱里的油液通过吸油口流入低压油道，流经低压窗口和柱塞上的油槽进入容腔。电机每旋转一周，腔体完成两次排油和两次吸油。

本实用新型的有益效果是：

1)提出了轴与柱塞一体化设计，将整体结构大大简化，利用柱塞的旋转和滑动的双运动自由度(2D)结构替代了传统轴向柱塞泵的配油盘结构，来实现连续吸排油功能，而且往复运动一次，吸排油各一次，较传统轴向柱塞泵多一次。

2)较传统柱塞泵的多摩擦副结构，本实用新型只有一对摩擦副，使得效率得到很大提高。

3)实现了微型化，在保证流量的前提下，成本得到大大降低。

4)柱塞上的矩形沟槽与缸体上的窗口发生沟通，容积逐渐变大的腔室通过沟通的矩形沟槽和窗口从油箱吸油，容积逐渐减小的腔室通过沟通的沟槽和窗口将腔内油液排出；柱塞连续不断往复运动使左右腔室的体积不断的交错变化，实现连续的吸油和排油。

附图说明

图1为本实用新型的二维轴向柱塞泵的结构示意图。

图2为本实用新型的联轴节爆炸图。

图3a为本实用新型的柱塞示意图。

图3b为图3a中的A-A截面图。

图4为本实用新型的柱塞运动到最右端时，柱塞上的沟槽未和第二缸体上的窗口油道发生沟通的截面示意图。

图5为本实用新型的柱塞转动并往左端开始移动，柱塞上的沟槽分别与缸体上的油道沟通的截面示意图。

图6为本实用新型的进出油口缸体与缸体吸油通道剖面图。

图7为图6的A-A剖视图。

图8为本实用新型的进出油口缸体与缸体排油通道剖面图。

图9为图8的B-B剖视图。

图10为本实用新型的曲面凸轮导轨的结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型

参照附图：

实施例1本实用新型所述的二维轴向柱塞泵，包括用于进出油的第一缸体1、用于与柱塞配流的第二缸体4、柱塞组件5、用于实现柱塞组件双自由度运动的驱动组件6以及用于容纳柱塞组件的端盖7，所述第一缸体1与所述第二缸体4的第一端密封固连，所述第二缸体4的第二端与所述端盖7密封固连；所述柱塞组件5容纳在所述端盖7的柱塞容腔内，并且所述柱塞组件5与所述第二缸体4转动连接；

所述第一缸体1上设有一条低压进油道11和一条高压出油道12，其中所述低压进油道11与所述供油箱连通、所述高压出油道12与执行件连通；

所述第二缸体4设有中心插孔41、有两条用于与低压进油道11连通的第一连通油道(42，43)和两条用于与高压出油道12连通的第二连通油道(44，45)，所述中心插孔41的头端嵌有用于堵住工艺孔的配合件9(配合件为内六角螺塞)，末端设有用于支撑柱塞组件5的第一轴承8；所述第一连通油道(42，43)与所述低压进油道11一一对应，所述第二连通油道(44，45)与所述高压出油道12一一对应；

所述柱塞组件5包括柱塞51、弹簧座52和弹簧53，所述柱塞51依次分为用于与第二缸体的连通油道贯通的连通段、用于支撑弹簧的连接段以及用于与驱动组件固连的安装段，所述连通段设有一对用于与连通油道连通配合的沟槽(511，512)，且所述沟槽只能与所述第一连通油道或者所述第二连通油道中的一种对应沟通；所述柱塞51的连通段插入第二缸体4的中心通孔41，并且所述柱塞的连通段外壁与所述中心通孔内壁紧密贴合，所述连接段通过第一轴承8与所述第二缸体4转动连接，并且所述连通段上设置的沟槽恰好位于能与第一连通油道(42，43)和第二连通油道(44，45)沟通；所述弹簧53套在所述柱塞51的连接段，并且所述弹簧53的一端与抵在第一轴承8端面上的弹簧座52固连，另一端抵在连接段与安装段形成的台阶面上；

所述驱动组件6包括联轴节62、滚轮轴63、曲面凸轮导轨64和滚动组件65，所述柱塞51的安装段通过联轴节62与外部的驱动电机固连；所述滚轮轴63与所述柱塞51的安装段固连，并且所述滚轮轴63的两端分别对称安装滚动组件65；所述曲面凸轮导轨64嵌入所述端盖7内，所述曲面凸轮导轨64的其中一端面作为供滚动组件65沿其表面滚动的光滑滚动曲面641，所述光滑滚动曲面641对称分布，且滚动组件65运动到光滑滚动曲面641的最低点时，所述第一连通油道(42，43)与所述柱塞的沟槽(511，512)连通，实现柱塞泵吸油过程；滚动组件65运动到光滑滚动曲面641的最高点时，所述第二连通油道(44，45)与所述柱塞的沟槽(511，512)连通，实现柱塞泵排油过程。

所述第二缸体4设有两条第一连通油道(42，43)和两条第二连通油道(44，45)，所述第一连通油道(42，43)与所述第二连通油道(44，45)均沿所述第二缸体4轴向设置，并且所述第一连通油道(42，43)外端、所述第二连通油道(44，45)外端分别与所述低压进油通道11、所述高压出油通道连通12，所述第一连通油道(42，43)的内端、所述第二连通油道(44，45)的内端通过沿第二缸体径向设置的十字型连通油道46贯通，所述十字型连通油道46的中心位于所述中心通孔41的中心轴上，且十字型连通油道46的每条支路均与所述第一连通油道(42，43)或者所述第二连通油道(44，45)连通，每条支路的内端与所述中心通孔41连通，支路的外端延伸至第二缸体4的外部，并且每条支路的外端配有一套由钢球101和销轴102构成的密封件10。

所述高压出油道12和所述低压进油道11均为型油道，所述高压出油道12和所述低压进油道11呈90°夹角，其中型油道的横向通道一端延伸至第一缸体1的外部，形成相应的低压进油口或高压出油口，而其中低压进油道11的两条竖流道分别与对应的所述第一连通油道(42，43)配合贯通；高压出油道12的两条竖流道分别与对应的所述第二连通油道(44，45)配合贯通。

所述柱塞51为二级台阶轴，其中所述连通段、所述连接段以及所述安装段的外径渐增；连通段的端部设有两个沿其轴向对称布置的矩形沟槽(511，512)；所述安装段设有用于卡入滚轮轴63的第一U型凹槽513，且第一U型凹槽513的壁面对应设有定位销通孔514。

所述滚轮轴63通过定位销组件13与所述柱塞51的安装段固连，所述定位销组件13包括第一定位销131、第一滚针轴承132以及用于限制第一滚针轴承132轴向移动的轴用钢丝挡圈133，所述第一定位销131中部与柱塞51安装部和滚轮轴63的中部固连，所述第一定位销131贯穿定位销通孔514后套接第一滚针轴承132；所述轴用钢丝挡圈133套在第一定位销131末端的第一环形槽内。

所述联轴节62包括用于卡入柱塞51安装段的第一安装部和用于与外界驱动电机连接的第二安装部，所述第一安装部设有第二U型凹槽621和第三U型凹槽622，所述柱塞51的安装段插入所述第二U型凹槽621内，并且所述第一滚针轴承132卡在所述第三U型凹槽622处；所述第二安装部为带有矩形键槽的圆柱，所述第二安装部插入所述曲面凸轮导轨64的中心孔，并与之紧密配合；外部的驱动电机的输出轴插入所述矩形键槽,其中所述曲面凸轮导轨64的侧壁设有用于插入定位销的定位销插孔643。

所述滚动组件65包括第二滚针轴承651、第二轴承652以及带有中心台阶通孔的圆台式滚轮套653，滚轮轴63的两端部对称的从内向外依次安装第二滚针轴承651、圆台式滚轮套653和第二轴承652，所述第二轴承652卡在所述中心台阶通孔处，实现所述圆台式滚轮套653与所述滚轮轴63的紧密配合；所述滚轮轴63的末端设有第二环形槽，并且所述第二环形槽内嵌有用于限制第二轴承652轴向移动的弹性挡圈654。

所述曲面凸轮导轨64为圆柱体，所述曲面凸轮导轨64通过第二定位销13与所述端盖7固连，并且曲面凸轮导轨64的朝向柱塞一侧的端面为滚动面，滚动面为对称的光滑弧形曲面，且所述光滑弧形曲面设有两个最高点和两个最低点；所述曲面凸轮导轨64与所述联轴节62的第二安装部之间安装用于密封和减少摩擦的J形骨架油封和深沟球轴承。

第一轴承8以及第二轴承652均为推力球轴承。

第一缸体1的接触端面开设有4个环形密封槽2和一个总环形密封槽3，其中四个环形密封槽2设置在所述高压出油道(44，45)和所述低压进油道(42，43)处，一个总环形密封槽3设置圈在第一缸体的接触端面外圈，并将高压出油道和所述低压进油道圈在总环形密封槽内；端盖7的接触端面设有用于嵌入密封圈的端盖环形密封槽。

工作原理如下：驱动电机转动时，通过联轴节64、第一滚针轴承132和第一定位销131把驱动电机的扭矩传递给柱塞51。圆台滚轮套653装在滚轮轴63上并且滚轮轴63与柱塞51固连。弹簧53的右端与柱塞51固连，左端通过弹簧座52压在第一轴承8上。柱塞51在转动的同时带动滚轮轴63旋转，圆台滚轮套653在弹簧力的作用下压在曲面凸轮导轨64上，曲面凸轮导轨64压在端盖7上。由于曲面凸轮导轨64的作用迫使柱塞51在旋转的同时也做往复直线运动。第二缸体4上圆周均布四条连通流道，两个为第一连通流道(42，43)，与之相连的是低压进油道11，两个为第二连通流道(44，45)，与之相连的是高压出油道12，第一缸体1上开有低压进油口和高压出油口，并且内部的低压出油道11和高压进油道12分别与第二缸体4上的第一连通流道(42，43)、第二连通流道(44，45)相连通形成高低压油路。柱塞51端部对称布置两个沟槽(511、512)，当圆台滚轮套653运动到曲面凸轮导轨64的最高点时，容腔体积减小压力升高，容腔通过柱塞51上的两个沟槽(511、512)与第二连通油道(44、45)连通，在容腔内的油液通过第二连通流道(44、45)流入高压出油道12并从高压出油口排出。当圆台滚轮套653运动到导轨的最低点时，容腔体积变大，腔体内形成负压，此时容腔通过柱塞51上的两个沟槽(511、512)与第一连通流道(42、43)连通，在油箱里的油液通过低压进油口流入低压进油道11，流经第一连通流道(42、43)和柱塞51上的沟槽(511、512)进入容腔。电机每旋转一周，腔体完成两次排油和两次吸油。

本实施例中，如图3a至图5所示，柱塞51上的两个矩形的沟槽(511、512)，其槽口位置对称错开，即沟槽511槽口与沟槽512槽口方向相反。第二缸体4上与沟槽(511、512)相对应的第一连通流道(42、43)和第二连通油道(44、45)，其中第一连通流道(42、43)通过开在进出油口缸体内部Π型的低压进油道11的竖油道(111、112)相互贯通，第二连通油道(44、45)通过开在进出油口缸体内部Π型的高压出油道12的竖油道(121、122)相互贯通。

如图4和图5所示，柱塞逆时针转动，第一连通流道(42、43)和第二连通油道(44、45)是缸体上的窗口通道，低压进油道11的竖油道(111、112)为吸油通道，第二连通油道(44、45)为排油通道。沟槽(511、512)为柱塞51上的矩形沟槽。

图4为柱塞运动到最右端时，此时柱塞51上的矩形沟槽(511、512)未和缸体上的低压进油道11的竖油道(111、112)、高压出油道12的竖油道(121、122)发生沟通。

当柱塞转动的同时往左端开始移动，如图5所示，柱塞上的矩形沟槽(511、512)分别与缸体上的第二连通油道(44、45)沟通，容积逐渐变小的腔室将腔内的油通过第二连通油道(44、45)将油液挤出。

当柱塞继续转动，则柱塞开始往右运动，腔室开始通过沟通低压进油道11的竖油道(111、112)，第一连通流道(42、43)从油箱吸油。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。