一种二维活塞输油泵的制作方法

本实用新型涉及一种二维活塞输油泵，属于燃油泵及马达技术领域。

背景技术：

输油泵的功能是从油箱输送一定流量和压力的燃油至喷油嘴，是一种将原动机的机械能转换成压力能的机械。现有机械式输油系统中的齿轮式、膜片式、叶片式以及活塞式输油泵都存在吸油性能差，效率低，结构比较复杂，尺寸重量相对较大等缺陷。

二维活塞输油泵是基于二维(2D)运动原理设计的新型结构的泵，它不仅简化了传统泵体的结构，还突破了摩擦副(无滑动摩擦副)对泵性能等方面的制约。专利US4854837A、US20040101426A1、US7887308B2和CN101387276中都公开了一种同时做往复运动和旋转运动的二维活塞泵。其中US4854837A通过转子(活塞)凸轮表面与定子(泵体)的凸轮表面限定配合结构实现转子的往复运动；US20040101426A1通过壳体上的限位销与转子外圆表面S型槽道的配合结构实现转子的往复运动；这两种形式的二维活塞泵运动副之间的摩擦都是滑动摩擦，在高速高压的情况下，该种结构会出现磨损严重和机械效率急剧降低。US7887308B2提出的转子是做双向左右摆动，使用了两个驱动实现了活塞的二维运动，这种结构不能高速化。CN101387276提出了一种固定滚轮与活动凸轮配合结构的二维活塞泵，能够实现泵的高压输出，但其进出油单向，使用进油单向阀和出油单向阀，转速受到限制且机械效率偏低。

专利CN105484962提出了一种二维双联轴向活塞泵，采用共轨式传动方式，实现二维活塞的往复和旋转。该专利共轨式传动结构设计复杂，加工困难，传动结构件的精度难以保证，进而影响泵芯之间整条传动链的传动效果，导致流量脉动未达到理想值；二维活塞尺寸较大，从而决定了泵芯转子的回转半径过大，质量较重，不利于泵的高速化；进出油口流道设计在泵体中，增加了泵体的加工难度和外形尺寸；关键密封部位依靠接触面配合的带密封使得泵的密封效果差，受环境温度影响大，影响泵的性能；共轨式活塞在高转速下活塞伸出杆和导轨接触面存在金属黏连现象，容易导致活塞卡死。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术不足，提供了一种具有结构紧凑、体积小重量轻、自吸性能好、效率高、流量连续均匀、适用于高速高压情况的二维活塞输油泵。

本实用新型的技术解决方案：一种二维活塞输油泵，包括：泵壳、左、右端盖、左泵芯、右泵芯、电机联轴器和中间联轴器，所述的左泵芯包括左缸体、左活塞、两组左传动轮组件、两组左滚轮组件和一对左凸轮，所述的右泵芯包括右缸体、右活塞、两组右滚轮组件和一对右凸轮；

所述的左缸体为圆台结构，圆台中心轴向加工中心通孔，左缸体端面加工若干对称分布的孔作为进油孔，外圆周面上径向中心位置开有环形油槽作为出油通道，在所述的中心通孔内圆周面中心径向加工2个进油窗口和2个排油窗口，进油窗口和排油窗口在圆周面上均匀且交错分布，其中进油窗口分别与进油孔e贯通，但未与环形油槽f贯穿，以此形成进油通道，油液从右端盖上的进油口吸入，经过进油孔和进油窗口的配流实现吸油，排油窗口贯通至出油通道的环形油槽f但未与进油孔e干涉贯穿，以此形成出油通道；

所述的每组左滚轮组件包括左滚轮轴和滚轮，左滚轮轴的两端分别安装有一对滚轮；所述的每组左传动组件包括左传动轮结构件和传动轮，传动轮通过左传动轮结构件端面的四根滚轮轴两两对称安装在左传动轮结构件上；所述的左活塞中间设置有台肩，台肩的两端面中心分别伸出活塞伸出杆，所述台肩的外圆周面上加工与左缸体的进油窗口和排油窗口对应的沟槽，在活塞旋转时，沟槽会与进油窗口或排油窗口发生间歇性沟通，实现吸排油配流功能；

所述的一对左凸轮分别安装在左缸体的左右端面上，左活塞穿过左缸体的中心通孔和一对左凸轮，左滚轮轴安装在左传动轮结构件中，左活塞两端的活塞伸出杆通过左滚轮轴和左传动轮结构件分别固定连接一组左滚轮组件和左传动组件，左滚轮组件上的滚轮与左凸轮曲面贴合接触，并可在左凸轮上滚动；

所述的右缸体、右活塞、右滚轮组件和右凸轮结构与左缸体、左活塞、左传动轮组件和左凸轮相同，所述的一对右凸轮分别安装在右缸体的左右端面上，右活塞穿过右缸体的中心通孔和一对右凸轮，右活塞两端的活塞伸出杆通过右滚轮轴分别固定连接一组右滚轮组件，右滚轮组件上的滚轮与右凸轮曲面贴合接触，并可在右凸轮上滚动；

所述的电机联轴器和中间联轴器的一端为拨叉结构；所述的泵壳上加工与左右缸体上的环形油槽对应的出油环形通道，出油环形通道之间连通，并与泵壳上加工的出油口连通；所述的电机联轴器的拨叉安装在左端的左传动组件同一端面的两个传动轮之间的间隙中，中间联轴器的拨叉安装在右端的左传动组件同一端面的两个传动轮之间的间隙中，另一端与右活塞左端固连；所述的左右泵芯通过左右缸体上的台肩置于泵体中并通过左右端盖限位使其与泵壳紧固连接。

本实用新型在泵壳内加工连通的环形出油环形通道，与装入泵壳内的左、右泵芯形成密闭的出油通路，在左、右泵芯的缸体上加工进油孔流道，合理布局了油路，与现有的二维共轨式活塞输油泵相比，泵壳加工更加容易、结构更简单，使得泵壳能设计成薄壁结构，外形尺寸减小，减重明显，缸体在减重的同时泵的整体结构也变得更加紧凑；另外，这样紧凑的结构，同时避免现有二维共轨式活塞输油泵由于结构受限，大多只能采用过盈配合的密封结构，在缸体环形油槽左右侧分别开有对称的O形密封圈沟槽，通过安装O形密封圈的方式确保出油通道的密封性，能有效的提高泵的容积效率。

所述的左右泵芯在安装平面上有45°的相位差，依靠此相位差来实现两个泵芯输出的总流量连续均匀平稳。

本实用新型采用电机联轴器、左泵芯传动组件、中间联轴器、右泵芯活塞传动路线，结合电机联轴器和中间联轴器的拨叉结构与左泵芯传动组件的同一端面上的两个滚轮配合，起到连接传动作用，其中的一个滚轮用来传递上述联轴器拨叉的扭矩，另一个滚轮则用来限制上述联轴器拨叉在传动中的周向窜动，保证整个泵芯传动链的平稳性。采用本实用新型的传动形式，与共轨式传动方式相比，虽然在轴向长度上有所增加泵整体的传动链尺寸，但由于本实用新型缸体、活塞、泵壳在结构上的优化，其整个泵的轴向长度已经大大减少，因此，采用本实用新型传动方式对于优化过后的泵轴向长度并未有明显的影响；进一步，由于本实用新型传动结构简单，加工的精度大大提高，在装配时，更能容易的确保两个泵芯在错开45°相位差上的精度，使得泵的输出流量脉动能达到理论设计值。

所述的活塞伸出杆上开设有容纳油液污垢的纳垢孔，用来防止较大的异物卡死活塞，所述的纳垢孔在所述活塞伸出杆圆周面上呈螺旋分布，用来确保所述活塞伸出杆上每一个轴向截面处的带密封长度不至于过小，从而影响所述活塞伸出杆处的密封效果。

本实用新型活塞在泵所需排量一定的情况下，与二维共轨式活塞输油泵相比，活塞尺寸形状更小，有利于高速化；工作时，活塞台肩上的沟槽与缸体上的进油或排油窗口发生沟通，实现油液的配流：容积逐渐变大的腔室始终都会通过上述活塞沟槽与上述缸体上贯通至吸油通道小孔的进油窗口沟通从而从油箱吸油；容积逐渐变小的腔室始终都会通过上述活塞沟槽与上述缸体上贯通至环形槽的排油窗口沟通从而将油液排出。

所述的两个左凸轮或两个右凸轮相对安装，并且在安装位置上呈90°错开布置。

所述的左右凸轮均呈圆柱体，为等加速或等减速抛物线，左右凸轮要具有相同曲面变化规律，所述的圆柱体的顶面具有向外凸起的弧形曲面，并且所述的弧形曲面的最低点两端的圆柱体上对称设置有与缸体连接的安装孔；所述的圆柱体的中心开设有与活塞伸出杆配合的通孔，通孔上安装有铜环；所述凸轮的圆柱体圆周方向开有环形沟槽，安装有O形密封圈。

所述的左右活塞表面上开设有均匀布置的与缸体上进油和排油窗口对应的沟槽，并且沟槽的槽口位置在圆周方向相互错开布置；沟槽与缸体上开置的均匀分布的进油和排油窗口相互配对沟通，所述活塞沟槽的宽度与所述缸体上的进油和排油窗口的宽度是一致的。

所述的左右缸体的环形油槽左右两侧分别开有对称的O形密封圈沟槽，通过安装O形密封圈的方式确保出油通道的密封性，能有效的提高泵的容积效率。

所述的左凸轮、活塞左端和缸体共同围合的空间构成左腔室，所述的右凸轮、活塞右端和缸体共同围合的空间构成右腔室，所述左、右凸轮上安装的O形密封圈使得左、右腔室的密封性大大提高，提高了泵的吸排油效率。左腔室与右腔室的容积随活塞的往复运动交错变化；当活塞从最左端往最右端轴向运动时，左腔室容积逐渐变大，右腔室容积逐渐变小；同理，当活塞从最右端往最左端轴向运动时，右腔室容积逐渐变大，左腔室容积逐渐变小。

进一步的，所述的电机联轴器通过挡圈安装在开有通孔的左端盖上；所述的左端盖与电机联轴器之间安装用于密封和减少联轴器与端盖的摩擦力作用的油封、铜片和轴承；所述的电机联轴器的左端开有与电机配合的矩形键槽。

所述的左、右端盖上开设有用于放置O形密封圈的环形槽。

所述的左右凸轮分别通过定位销固定在缸体上。

所述的传动轮组件的传动轮和滚轮组件的滚轮分别由轮套、滚动轴承、定位销和锁紧垫片构成。

本实用新型的工作原理：

左、右泵芯的活塞与滚轮组件、传动轮组件通过定位销固连在一起，电机通过电机联轴器将扭矩传递到传动轮组件上的滚轮，带动传动轮组件转动，同时与其固连的滚轮组件在凸轮上滚动；传动轮组件促使活塞在纵向发生旋转运动，在凸轮上滚动的滚轮组件又促使活塞在轴上发生往复运动，依靠上述活塞的两个自由度上的运动，并通过活塞沟槽和缸体上进出油窗口通道的配合实现泵芯的连续输油工作。同理，中间联轴器将电机输出的扭矩通过左泵芯活塞的转动传递到右泵芯上，带动右泵芯转动。左、右泵芯在电机的带动下，同时能够吸排油工作，左、右泵芯之间又存在45°的相位差，两个泵芯的瞬时流量在同一时刻不相同，但合流的总流量始终保持不变。

本实用新型与现有技术相比的有益效果：

(1)本实用新型特殊的传动及油路设计，使得泵体、缸体的结构优化、加工简化，减重明显，有利于泵的小型化；

(2)本实用新型特殊的油路设计，使得密封结构得以实现，使活塞的回转半径变小，结合传动方式的优化，使得本实用新型转速比现有结构有了显著增加，转速能达到10000RPM(转每分钟)以上，而现有的结构一般在5000RPM(转每分钟)以下；

(3)本实用新型特殊的活塞结构设计，与现有的二维共轨式活塞输油泵相较，在保证二维活塞有效吸排油面积相同的前提下，本实用新型活塞结构的回转半径变小，减重效果明显以及“回中”作用，有利于活塞泵的高速化和小型化；

(4)本实用新型泵芯之间的传动部分不再采用共轨式的结构方案，通过采用中间联轴器的方式来连接两个泵芯，简化了结构，在降低加工难度的同时能更加容易的确保两个泵芯之间能错开45°的精度要求，使得泵的流量脉动性能更容易达到理论设计值；

(5)本实用新型采用活塞伸出杆上开设纳垢孔和凸轮圆柱体内孔安装铜环的结构方式，能有效的解决活塞和凸轮接触面在高速转动时的金属黏连现象，防止活塞的卡死；

(6)本实用新型的特殊结构实现了泵芯缸体、凸轮圆柱体的O形密封圈的密封方式，替代了现有二维共轨式活塞输油泵两个接触面紧配带密封的方式，大大提高了泵的密封性，从而提高了泵的效率。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型左泵芯结构示意图；

图3为本实用新型右泵芯结构示意图；

图4为本实用新型左滚轮组件示意图；

图5为本实用新型左传动轮组件示意图；

图6为本实用新型左凸轮结构示意图；

图7为本实用新型左缸体结构示意图(以矩形进油窗口和排油窗口为例)；

图8为本实用新型左活塞结构示意图(与图7对应，以矩形沟槽为例)；

图9为本实用新型电机联轴器结构示意图；

图10本实用新型中间联轴器结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实例及附图对本实用新型进行详细说明。

本实用新型如图1所示，包括左端盖1、右端盖11、左泵芯、右泵芯、电机联轴器2、中间联轴器9和泵壳15。左泵芯和右泵芯通过泵芯上设计的台肩(缸体)置于泵壳15中并通过左端盖1、右端盖11限位使其与泵壳15紧固连接，左、右泵芯之间则通过中间联轴器9传动连接；泵壳15内开有两道环形的出油环形通道151，两条出油环形通道151过工艺孔贯通，并与加工在泵壳15上的出油口152连通，工艺孔通过螺堵14密封，泵壳15上的出油环形通道与装入泵壳15内的左、右泵芯形成密闭的出油通路，泵壳15的两端通过螺栓12固定安装有左、右端盖1、11，左端盖1左端安装电机联轴器2，右端盖11右端加工进油口111。

左泵芯如图2所示，包括左缸体8、左活塞23，左滚轮组件、传动轮组件和左凸轮7。左缸体8如图7所示，轴向中心处开通孔，用来安装左活塞23，通孔尺寸大小与左活塞23最大台肩直径尺寸相配合；左缸体8端面上开有圆周分布的八个与中心通孔平行的进油孔e，八个进油孔e呈扇形对称分布，作为进油口吸油的沟通通道。左缸体8在径向中心位置开有环形油槽f，与泵壳15中的出油环形通道151配对形成密闭出油通道，左缸体8的环形油槽f左右侧分别开有对称的O形密封圈沟槽，安装有O形密封圈24确保出油通道的密封性。左缸体8中心通孔径向中心处开有四个均分部分的矩形窗口a、b、c、d，其中矩形窗口a、c为排油窗口，贯通至左缸体8的环形油槽f处但未与圆周方向上的八个进油孔e干涉贯穿，另一组矩形窗口b、d为进油窗口，则分别与对称分布的八个进油孔e中居于中间位置的两个小通孔贯通，但未与左缸体8的环形油槽f贯穿，进油窗口b、d和排油窗口a、c在圆周上均匀且交错分布。

左活塞23如图8所示，左活塞23中心部位设置台肩，台肩的圆周表面上开设有均匀布置的四个矩形沟槽h、g、m、n，并且四个矩形沟槽的槽口位置在圆周方向相互错开布置；四个矩形沟槽h、g、m、n与左缸体8上开置的四个均匀分布的矩形排油和进油窗口a、c、b、d相互配对沟通，且左活塞23矩形沟槽h、g、m、n的宽度与左缸体8上的矩形窗口a、b、c、d的宽度是一致的；左活塞23台肩两端面伸出轴为活塞伸出杆231，活塞伸出杆81上开设有容纳油液污垢的纳垢孔p，用来防止较大的异物卡死左活塞23，纳垢孔p在活塞伸出杆圆周面上呈螺旋分布；工作时，左活塞23上的矩形沟槽h、g、m、n与左缸体8上的矩形窗口a、b、c、d发生沟通，实现油液的配流：容积逐渐变大的腔室始终都会通过左活塞矩形沟槽与左缸体上贯通至进油孔e的矩形窗口沟通从而从油箱吸油；容积逐渐变小的腔室始终都会通过左活塞矩形沟槽与左缸体上贯通至环形油槽f的矩形窗口沟通从而将油液排出。

左滚轮组件如图4所示，包括滚轮轴26和滚轮6，滚轮轴26的两端分别安装有一组滚轮6；滚轮6内装有轴承27和轴承28，滚轮6通过锁紧垫片18和定位销19限位。

传动轮组件如图5所示，包括传动轮结构件20和传动轮5，传动轮结构件20端面有四根安装传动轮的滚轮轴51，滚轮轴51上安装传动轮5，传动轮5内装有两个轴承29、30，并由锁紧垫片32和限位销16限位；传动轮和滚轮轴两两对称布置。

左凸轮7如图6所示，左缸体8的左、右两个端面上分别固设有具有相同曲面变化规律的左凸轮7，两个左凸轮7相对安装，并且在安装位置上呈90°错开布置；左凸轮7呈圆柱体，圆柱体的顶面具有向外凸起的弧形曲面，并且弧形曲面的最低点两端的圆柱体上对称设置有与销钉21(图2中左缸体8上)相匹配的安装孔；圆柱体的中心开设有中心孔，中心孔内安装有铜环31，与左活塞23的活塞伸出杆231配合；左凸轮7的圆柱体圆周方向开有环形沟槽，安装有O形密封圈22。

左缸体8的中心通孔安装有左活塞23，并且左活塞23可沿左缸体8中心孔的轴向作直线往复运动；左缸体8的左、右两个端面上分别固设有具有相同曲面变化规律的左凸轮7，左凸轮7分别通过定位销21固定在左缸体8上，左活塞23的左右两端分别安装一组左滚轮组件和一组左传动轮组件；左滚轮组件、左传动轮组件分别通过定位销17紧固在左活塞23的左、右端，安置后的左滚轮组件上的滚轮6可以与左凸轮7曲面贴合接触，并可以在左凸轮7上滚动。左传动轮组件同一端面上的两个滚轮5之间留有间隙，电机联轴器2和中间联轴器9的拨叉恰分别安装在左右两个左传动轮组件同一端面上的两个滚轮5的间隙中，起到连接传动作用。左传动滚轮组件同一端面滚轮轴上的两个滚轮5，其中的一个滚轮5用来传递电机或中间联轴器拨叉的扭矩，另一个滚轮5则用来限制电机或中间联轴器拨叉在传动中的周向窜动，保证整个泵芯传动链的平稳性。

左边的左凸轮7、左活塞23左端和左缸体8共同围合的空间构成左腔室，右边的左凸轮7、左活塞23右端和左缸体8共同围合的空间构成右腔室，左腔室与右腔室的容积随活塞的往复运动交错变化；当左活塞23从最左端往最右端轴向运动时，左腔室容积逐渐变大，右腔室容积逐渐变小；同理，当左活塞23从最右端往最左端轴向运动时，右腔室容积逐渐变大，左腔室容积逐渐变小。

右泵芯如图3所示，包括右缸体8’、右活塞23’、右滚轮组件和右凸轮7’；右缸体8’、右活塞23’、右滚轮组件和右凸轮7’的结构与左泵芯中结构一致(具体如图4、6、7、8)，右泵芯没有传动轮组件，并在右泵芯与左泵芯近端安装了中间联轴器9，用来联结左、右泵芯，右泵芯上的右滚轮组件通过销钉25和销钉10进行紧固。

左右两个泵芯在径向平面上有45°相位差，依靠此相位差来实现两个泵芯输出的总流量连续均匀平稳。

电机联轴器2如图9所示，轴的一端为拨叉结构。电机联轴器2的拨叉安装在左泵芯左端的传动轮组件的传动轮间隙中，电机联轴器2的左端开有与电机配合的矩形键槽，电机联轴器2通过挡圈安装在开有通孔的左端盖1上，左端盖1与电机联轴器2之间安装用于密封和减少联轴器与端盖的摩擦力作用的油封3和轴承4。

中间联轴器9如图10所示，轴的一端为拨叉结构。中间联轴器9通过定位销25紧固在右泵芯的右活塞23’上(如图3)。左、右端盖1、11上开设有用于放置O形密封圈13的环形槽。

本实用新型未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。