專利名稱：平衡板梭球的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于壓力負載旋轉機構的壓力補償機構。本發(fā)明將用擺線
(gerotor)型馬達的雙向梭閥的較佳實施例來描述。
背景技術：
擺線馬達會有壓力不平衡。這種不平衡通常是由在此使用的擺線單元的選擇性 加壓以及其與操作端互連所必需的裝置加壓來引起的，通常是壓力和返回。無論裝
置是轉子閥、單獨的回轉閥、單獨的盤旋閥或其它，都是如此。多年以來，關于這 種壓力不平衡，已經(jīng)對擺線馬達作出了改進。帶有壓力補償機構的馬達的例子包括 White的名稱為Gerotor Motor Balancing Plate的美國專利4,717，320; White的名稱 為Lubrication Fluid Circulation Using A Distance Valve Pump With A Bidirectional Flow的美國專利4,940,401; White的名稱為Multiplate Hydraulic Motor Valve的美 國專禾U 6,074, 188; 以及Bemstrom白勺名稱為Gerotor Motor And Improved Pressure Balancing Therefor的美國專利4,976,594。(還可參見White的名稱為Hydraulic Motor With Pressure Compensating Manifold的美國專利6，257，853。)這些裝置中的 每一個都在一定方面補償了其中的不同壓力。簡而言之，美國專利4，717，320使平 衡板向后彎曲抵靠轉子；美國專利4,940,401包括將流體雙向地移進移出內(nèi)腔的活 塞閥；以及美國專利6,074,188包括止回球以給具有最小壓力的通道提供不受阻止 的層流。美國專利6,257,853是后面裝有端口的裝置，該裝置包括歧管和端口板之 間的壓力補償板；以及Bemstrom的美國專利4,976，594包括固定閥件，該固定閥 件將星形件相對于其偏置。
這些馬達中的每一個在設計、制造和操作方面自身來說都相當復雜。此外，由 于壓力的延遲，這些裝置中的大部分在操作中都有相應的延遲。在低速、小容量、 高扭矩的操作中和在方向改變時，這是尤其危險的。

發(fā)明內(nèi)容
一種液壓裝置包括擺線組件、歧管、搖棒和壓力平衡機構。該擺線組件包括具 有限定擺線單元的協(xié)配的齒的定子和轉子。當液壓流體流向擺線單元時，轉子相對 于定子旋轉和盤旋。擺線單元與第一流體端口和第二流體端口連通。該歧管設置在 擺線組件的第一側上。該歧管與擺線單元、第一流體端口和第二流體端口連通。該 搖棒連接至轉子。該壓力平衡機構設置在擺線組件的第二側上，第二側與第一側相 對。壓力平衡機構限定與第一流體端口和第二流體端口流體連通的壓力腔，其中， 一旦壓力腔加壓，壓力平衡機構的一部分就被促動朝向轉子。
壓力平衡機構可包括梭闊。梭閥的第一側與第一流體端口連通，而梭閥的第二 側與第二端口連通。壓力平衡機構可包括接納搖棒的開口。壓力平衡機構可包括附 連至第二板的第一板。壓力腔設置在第一板和第二板之間。轉子可包括可選擇地與 歧管和壓力腔連通的通道。


圖1是結合了本發(fā)明的較佳實施例的液壓裝置的縱向剖視圖。
圖2是圖1的平衡機構的放大剖視圖。
圖3是用在壓力補償機構中的諸板之一的剖視圖。
圖4是用于圖2的壓力補償機構板的第一板大體沿線4一4所取的端視圖。
圖5是圖1的板大體沿線5 — 5所取的端視圖。
圖6是用于壓力補償機構的第二板與圖2類似的剖視圖。
圖7是圖6的板大體沿線7 — 7所取的端視圖。
圖8是圖7的板大體沿線8 — 8所取的端視圖。
圖9是圖1的馬達的端部/端口板的剖視圖，該端部端口板從圖1的視圖轉過
圖10是圖9的端部板大體沿線IO—IO所取的端視圖。
圖11是圖9的端部板大體沿線ll一ll所取的端視圖。
圖12是圖1的轉子大體從其與圖1的平衡機構盤旋接觸所取的端視圖。
圖13是另一平衡機構的板的端視圖。
圖14是連續(xù)板結構的平衡機構的與圖2類似的視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及一種具有整體平衡機構的改進的液壓擺線壓力裝置。
本發(fā)明將用具
有與其轉子一體的閥的擺線馬達的較佳實施例來描述。該裝置用作馬達或者獨立于 流體和其機械連接件的泵。為了清楚起見，這里指的是馬達。
擺線壓力裝置自身包括具有一體的支承/安裝部分20的罩殼10、擺線組30、 歧管40、端板50和平衡機構60。
支承/安裝部分20用來將裝置固定至相關裝置的框架，同時允許驅動軸相對于 其自由轉動。驅動軸的形狀、安裝方式和類型將取決于給定的具體應用。這可包括 前部安裝、同心安裝、 一體凸緣安裝和端部板安裝，部分20的具體類型取決于所 預期的裝置應用場合。
擺線組30是用于裝置的主動力產(chǎn)生系統(tǒng)。
在此披露的具體擺線組30包括固定定子31、盤旋轉子32和搖棒33。
擺線組30的定子31可限定擴展和收縮轉子單元37的外部限度，此外還將擺 線組30連接至裝置的罩殼10。盤旋轉子32根據(jù)轉子32相對于定子31的同時盤 旋運動和旋轉運動來限定擺線單元37的內(nèi)部尺寸。液壓馬達可由徑向設置的擺線 單元之間的相對壓力差來操作。
在所示的特定實施例中，盤旋轉子32還用作液壓裝置的主閥。盤旋轉子32 通過內(nèi)部開口 55和圍繞的外部凹槽開口 56來實現(xiàn)如此，從而通過歧管40內(nèi)的通 道、使用由搖棒33來施加在盤旋轉子32和旋轉驅動軸22之間的動力來可選擇地 使壓力和返回端口與擴展和收縮的擺線單元37互連?；ミB件形成穿過轉子中的這 些基本同心的內(nèi)部閥通道55和外部閥通道56。該閥由于其固有的結構和流體簡易 性而是較佳的。具有壓力、返回的所述轉子閥和其單側的閥也具有壓力不平衡，該 壓力不平衡可尤其適于結合在此所示的本發(fā)明。具有合適的附屬端口通道的這種類 型的閥例如在White的美國專利4,697,997、 White的美國專利4,872,819和White 的美國專利4,357,133中有闡述。
當裝置工作時，歧管40用來提供流體連通至轉子32中的內(nèi)部閥通道55和外 部閥通道56，還將這些內(nèi)部閥通道55和外部閥通道56與擴展和收縮的擺線單元 37互連。在所示的具體實施例中，歧管40是多板結構，具有形成在一系列用銅焊 在一起的單個截面板中的這些通道的選擇性部分。這種類型的結構在White的美國 專利4,697,997和White的美國專利6,257,853中有闡述。
端部板50用于使歧管40相對于擺線組30和罩殼10的其余部分物理固定在位。 此外，在所示的較佳實施例中，端部板50用作兩個端口 51、 52的物理位置，這兩 個端口51、 52使壓力線和返回線與擺線裝置互連。這些端口可以軸向地示出，或者由于端部板50適當修正的厚度可以在裝置中徑向延伸。它們還可以位于支承/ 安裝部分20中，如同4,357,133專利中一樣。還可采用端部板/安裝部分端口的組 合。這給馬達提供了柔性流體的互連。
為了增大所示馬達的流體效率， 一個端口 51與中心內(nèi)部開口 55互連，該幵口 延伸穿過歧管40，而另一端口 52與和中心開口 55共軸的轉子中的外部凹槽開口 56互連。中心內(nèi)部開口 55和外部凹槽開口 56之間的轉子32與歧管40的徑向密 封面形成面密封，以防止其間加壓流體的移動。
為了使中心內(nèi)部開口 55與實際一樣大，凸緣34包含在搖棒33的外周邊中， 且凹槽68包含在馬達IO的罩殼中。這些組合起來位于該搖棒的外端36。在所示 的實施例中，該位置與轉子32和歧管40的內(nèi)邊緣43都相對。前者形成恒定的壓 力角和搖棒33和轉子32的齒之間的預定圓。此外，后者固定搖棒以防止基本上穿 過歧管40中的中心開口的平面44，從而將搖棒33固定在位抵靠穿過的流體壓力。 在搖棒33和歧管的內(nèi)邊緣43之間沒有物理接觸。這減小了歧管的磨損(并因此減 小了液壓流體中的附帶約束)，同時使端部板相對來說并不復雜(沒有一體的搖棒 定位機構)。當沿著裝置軸線設置的端部板50中的端口 51用作返回端口時，這是 尤其緊要的。凸緣還允許從中心開口 55到端口 51的過度連通。穿過歧管40中心 的孔的尺寸可以盡可能得大，而不用考慮搖棒的作用。
平衡機構60設計成可通過促進裝置的擴展和收縮的擺線單元37的縱向相反端
38、 39 (圖2)的軸向約束來增大裝置的流體效率。
參見圖2，所述的特定平衡機構60包括兩個板或盤62、 63,壓力腔65和梭閥70。
第一板62用作反作用板，以提供用于平衡機構的壓力腔65的一側的堅實表面。 為了實現(xiàn)如此，該板必須具有足夠的厚度以防止一側上推力軸承24 (圖1)的變形 或另一側上壓力腔65的變形。應該注意，由于裝置內(nèi)液壓的約束，尤其是當其中 的開口52經(jīng)受高壓時，推力軸承24旨在進一步支承板62的內(nèi)邊緣(在所示的實 施例中，穿過驅動軸22的擴展部分25的縱向長度和至安裝部分20的第二軸承28)。
應該注意，在所示的實施例中，凹槽68位于板62的內(nèi)邊緣上，與搖棒33的 外邊緣35上的凸緣34協(xié)配，從而將搖棒固定在如前所述的裝置內(nèi)。這可通過在表 面中形成凹槽68，來降低此部件的成本，因為它很容易在鑄造或機加工表面上實 施。
第二板63提供用于平衡機構60的主要平衡功能。板63通過由于壓力腔65中的壓力而彎曲來提供此功能，從而壓靠在擴展和收縮的擺線單元37的鄰接端39 上。還在擺線單元37抵靠歧管40的另一端38上，通過轉子32寬度來提供物理壓 力。這種作用可保持擺線單元中的壓力，從而防止沿著盤旋轉子32的兩軸向端面 的流體泄漏。這樣就可增大馬達10的流體效率。在所示的實施例中，這可以是基 本上99%。此外，由于所示的較佳實施例具有在轉子中的、帶有外部閥凹槽56伴 隨的可能壓力的閥，所以板63還有助于如同在此所述補償該進一步的不平衡。
為了提供用于閥機構60的液壓，壓力腔65位于兩個板62、 63之間。兩個密 封件67、 69形成單個圓周壓力腔65的內(nèi)部和外部界限。在所示的實施例中，大部 分壓力腔65自身具有一深度，即兩個板62、 63之間的間隔。該深度通過有利于流 體進入其整個寬度而促進平衡機構的操作。這還可提供相對一致的操作。
為了有效地使該壓力腔65與高壓源互連，梭閥70設置成與平衡機構60的腔 相對。該梭閥70同時連接/脫開以用于區(qū)分相對的流體壓力。在所示的實施例中， 該梭閥70包括在第一開口 77和第二開口 78之間延伸的空腔73，且?guī)в凶陨戆?的梭球80。
空腔73的第一幵口 77穿過裝置與一個端口 51互連，而第二開口 78穿過裝置 與裝置的另一端口 52互連。
在所示的較佳實施例中，兩者的互連是通過轉子來實現(xiàn)的。第-開口77與裝 置的中心開口 26 (和因此的端口 51)流體地互連，而第二開口 78通過轉子一側上 的凹槽49而互連，該凹槽49連接穿過通道35和通過歧管40的盤旋轉子中的外部 同心閥凹槽56從而到另一端口 52。在鄰接面上的轉子圓突起80的根部處的、小 的附加凹坑90通過擴展凹槽39在圍繞轉子周邊的某些位置處的相對寬度來有利于 連通。
由于這些互連，可在第一開口 77或第二開口 78中的一個中、在相應端口的加 壓處獲得相對壓力。這種相對壓力在其相反端之間的空腔73中移動球80。空腔73 中的球80自身的尺寸可允許其相對于兩個板62、 63移動，同時允許其對應地相對 于兩個開口 77、 78中的一個來密封兩個開口 77、 78中的另一個。在所示的實施例 中，這是通過使用兩個較小的底座82、 83來實現(xiàn)的。梭閥70因此可在空腔73中 前后往復運動，而流體地密封第一開口 77或第二開口 78中具有相對較小壓力的那 個。因為空腔73自身與諸板之間的壓力腔65處于共同延伸的橫截面中，該壓力互 連件接著又加壓壓力腔室65以使板63物理彎曲而抵靠轉子，從而提供機構60的 平衡功能。密封件67、 69限定流體壓力的內(nèi)部和外部限度。
應該注意，由于采用單個球80，該球80在同一空腔73的兩個相對端處的兩 個底座之間往復移動，所以平衡部件設有適于在鉆床上用平板來構建的簡單機構。 該裝置因此比諸如在這里的背景技術中所述的裝置中的其它結構要更簡單和更可 靠。假如沒能免除定向馬達的話，也能減少平衡閥的進一步流動誘導的振動。此外， 流體并不被截留在壓力腔65內(nèi)。流體自由流出空腔73以及流入該空腔。此外，平 衡機構在低轉速下工作時不會有接合和/或阻擋。在該較佳實施例中的基座82、 83 有利于這種操作。較佳的是，假如空腔73的直徑是球80的直徑的105% — 125% 的話，則空腔73在壓力腔65的任一側上的深度是空腔直徑的50。％ — 100%。兩個 開口77、 78的長度主要由板62、 63的最小破壞強度和板63的最大彎曲程度來限 制。
在轉子上的較佳實施例的表面上的凹坑90有助于開口 78的連通，這是通過協(xié) 同擴展外部凹槽49的相對直徑而與開口 78連通的。在所示的較佳實施例中，這還 允許凹槽49的相對橫截面掃過開口 78，以便更好地與其連通(在所示的實施例中， 對于每個偏心處來說增加兩個接觸)。這有利于通過比未經(jīng)裝飾的簡單凹槽39將提 供至簡單的孔78的更大量的轉動度來直接連通。還還有助于與可能設置的開口 78 相連通，例如通過包括多個梭閥來實現(xiàn)，這些梭閥具有相對于轉子32的不同相對 相位關系。另一改進是設置星形凹槽以有利于連通，這與美國專利4,872,819的圖 16相似。這些修改在低速、高扭矩、快速循環(huán)、和/或方向操作中可能是合適的。 在低轉速和/或強烈壓差的情況下這是尤其有利的，它是通過與其它方式相比引起 開口 78的連接改進成更為迅速且使軸的轉動更少(所示的實施例中在10% — 15% 內(nèi))來實現(xiàn)的。通過沿著其從較高壓力到較低壓力的殘留流體通道，內(nèi)部凹槽66 可沿著轉子的表面被加壓。此凹槽66因此總是具有相對較高的壓力。這還有助于 開口 78的加壓。
平衡機構可以修改。在圖13中示出了一例子，其中，在鄰接轉子32的板63 的表面上激光刻蝕出凹槽100，從而在轉子的整個軌道上給開口 78提供已知連通。 這種修改將尤其適于連續(xù)板平衡機構(圖14)。在此圖中，板62、 63已經(jīng)用不同 厚度的成型板來替換。密封件67、 69已經(jīng)用在板的內(nèi)外邊緣連接板的銅焊操作連 接件來替換。在歧管的內(nèi)邊緣上的所示蓋子將允許擴大腔65。應該注意，在梭球 80和基座82、 83之間具有合適硬度差的情況下，所示的基座82、 83將自身形成 球狀。
所披露的具體較佳的平衡機構60直徑基本上是4.9英寸，厚度基本上是7英
寸。第一板62自身是42英寸厚，而第二板63是28英寸厚。這個150/100的比率 是較佳的，因為已經(jīng)認識到，板63可提供用于壓力腔的彎曲。(應該注意，通過使 用不同材料、模量硬度、和/或增強材料還可提供彎曲差。)這是在125/100至175/100 的較佳范圍內(nèi)，在較佳實施例中提供了理想的性能。壓力腔65具有1.7英寸的外 徑、0.88英寸的內(nèi)徑和0.03英寸的深度。內(nèi)部密封件67具有0.81英寸的外徑，而 外部密封件69具有1.8英寸的內(nèi)徑。在單個板中形成壓力腔可使結構變得簡單。 可選擇腔的直徑來基本上覆蓋擴展和收縮的擺線單元的最小半徑(轉子下死點)和 最大直徑(如圖1所示的轉子上死點)。(應該注意，在所示的較佳實施例中，這些 半徑相對于擴展擺線單元的內(nèi)端37、 38基本上居中于壓力腔65中，通過減小板 62的彎曲，螺栓27和定子31的存在可使外徑比內(nèi)徑較為不重要。推力軸承24給 板62提供進一步的支承以防止由于空腔65的加壓而造成的彎曲。)空腔73的直徑 是0.22英寸，球80的直徑約為0.214英寸，而面對的底座82、 83在兩個板62、 63之間的平面的相對側上隔開0.025英寸。兩個開口 77、 78的直徑是0.078英寸， 位于離馬達io的縱向軸線1.1英寸處。用于球70的基座可被拋光。
轉子32具有兩個凹槽49、 66。第一凹槽49如前所述穿過通道35和凹槽56 連接至端口 52。凹槽39是0.078英寸寬，其中心離開轉子的中心轉動軸線0.977 英寸，而另一凹槽66是0.071英寸寬，其中心離開轉子的轉動軸線0854英寸。孔 35 (圖2和14)在凹槽39和閥連通凹槽56之間延伸，凹槽39和閥連通凹槽56 隔開1.01英寸，該孔35離開轉子中心線1.01英寸且具有0.125英寸的直徑。凹坑 90的直徑是0.22英寸，深度是0.03英寸，位于鄰近轉子圓突起的根部的凹谷兩側， 通道35居中于兩個相鄰凹坑90之間的附加不對稱凹坑91中。
應該注意，在轉子閥的較佳實施例中，在其它方式的基本等同的裝置中，平衡 機構60可用沒有結合平衡機構的普通磨損板來替換。這給制造者/使用者帶來了結 合平衡機構或不結合平衡機構的選擇，從而無需改變裝置10的其余部分(磨損板 可以是沒有空腔73或球80的其它合適厚度的單個板)。這同時增大了單個裝置的 適應性，還保持較低的供給/維護需求量。平衡機構還可以對現(xiàn)有的裝置進行改進。 在所示的實施例中，螺栓27沒有到達最低點，而在位的平衡機構允許各種不同機 構和/或板處于單個單元中。
應該注意，平衡機構可以結合入具有不同性質的轉子不平衡的擺線馬達中。例 如，擺線馬達包括White的美國專利6,074,188中的Rotary Valve (旋轉閥)或美國 專利5,135,369的Orbiting Valve (盤旋閥)。
搖棒33上的凸緣34從搖棒的外表面35延伸出來0.23英寸，且側面傾斜基本 相同的角度，搖棒的縱向軸線用裝置(在所示的實施例中為附圖標記10)的縱向 軸線來形成。凹槽68具有1.5英寸的直徑和0.25英寸的深度。凹槽68的外邊緣和 歧管的內(nèi)部平面之間的距離基本上等于凸緣34的外邊緣與搖棒33的末端之間的距 離(在所示的實施例中為1.5英寸)。
盡管在所示的較佳實施例中描述了本發(fā)明，但是應該理解，可作出改變、變型 和修改而不脫離下面權利要求保護的本發(fā)明范圍。
例如，平衡機構可以具有不同尺寸的開口 77、 78，從而改變梭球的響應時間， 因為認識到，凹槽56的加壓比轉子的中心開口 55的加壓會提供更多的不平衡。作 為附加的例子，可以通過圖14設計的沖床來改進板的沖壓以提供錐球底座。
已經(jīng)參照較佳實施例來描述了所示的實施例。一旦閱讀和理解了前面的詳細描 述，其它人員就能想到修改和變型。本發(fā)明應被認為包括所有的修改和變型，只要 它們落入所附權利要求書及其等同物的范圍之內(nèi)即可。
權利要求
1.一種液壓裝置，包括擺線組件，該擺線組件包括具有限定擺線單元的協(xié)配的齒的定子和轉子，當液壓流體流向所述擺線單元時，所述轉子相對于所述定子旋轉和盤旋，所述擺線單元與第一流體端口和第二流體端口連通；歧管，該歧管設置在所述擺線組件的第一側上，且與所述擺線單元、所述第一流體端口和所述第二流體端口連通；搖棒，該搖棒連接至所述轉子；壓力平衡機構，該壓力平衡機構設置在所述擺線組件的第二側上，所述第二側與所述第一側相對，所述壓力平衡機構限定與所述第一流體端口和所述第二流體端口流體連通的壓力腔，其中，一旦所述壓力腔加壓，所述壓力平衡機構的一部分就被促動朝向所述轉子。
2. 如權利要求1所述的液壓裝置，其特征在于，所述壓力平衡機構包括梭閥， 所述梭閥的第一側與所述第一流體端口連通，而所述梭閥的第二側與所述第二端口 連通。
3. 如權利要求1所述的液壓裝置，其特征在于，所述壓力平衡機構包括接納 所述搖棒的開口。
4. 如權利要求1所述的液壓裝置，其特征在于，所述壓力平衡機構包括附連 至第二板的第一板，所述壓力腔設置在所述第一板和所述第二板之間。
5. 如權利要求1所述的液壓裝置，其特征在于，所述轉子包括可選擇地與所 述歧管和所述壓力腔連通的通道。
全文摘要
披露了一種用于擺線馬達的壓力平衡機構，該壓力平衡機構包括梭閥，該梭閥可選擇地使端口與單個壓力腔相互連通且因此補償裝置中壓力引起的不平衡。
文檔編號F01C1/00GK101198766SQ200680016690
公開日2008年6月11日 申請日期2006年5月17日 優(yōu)先權日2005年5月18日
發(fā)明者R·戴戈雷 申請人:懷特驅動產(chǎn)品有限公司