KR100659682B1 - Long-piston hydraulic machines - Google Patents
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Abstract
보다 소형이고 보다 경량인 유압 펌프/모터는 각각의 실린더의 축방향 길이와 실질적으로 동일하고 그 내부에서 왕복동하는 몸체 부분을 갖는 피스톤에 의해 상당히 개선된 체적 효율을 제공한다. 각각의 실린더 둘레에 형성되고 반경방향으로 그 벽을 가로질러 횡단하는 복수의 윤활 채널은, 각각의 피스톤의 전체 스트로크 동안에 그 축상 원통체에 의해 항상 거의 완전하게 폐쇄되도록 각각 위치된다. 각각의 윤활 채널은 상호연결되어 실린더 블록 내부에 전체적으로 하나의 연속하는 윤활 통로를 형성하며, 유체 "주입구" 또는 유체 "배출구" 통로에 의해 연결되지 않는다. 윤활 채널은 각각의 실린더의 밸브 단부로부터 들어와서 각각의 실린더의 원통형 벽과 각각의 피스톤의 축상 원통체 사이를 통과하는 유체의 최소 유동에 의해서만 보충된다. 여러 실시예가 여러 가지 스프링 지지식 홀드-다운 어셈블리와 조합하여 개시되었다.Smaller and lighter hydraulic pumps / motors provide significantly improved volumetric efficiency by pistons having a body portion reciprocating therein substantially the same as the axial length of each cylinder. A plurality of lubrication channels formed around each cylinder and traversing radially across its wall are each positioned such that they are almost always completely closed by their axial cylinders during the entire stroke of each piston. Each lubrication channel is interconnected to form one continuous lubrication passage as a whole inside the cylinder block and is not connected by a fluid "inlet" or fluid "outlet" passage. The lubrication channel is supplemented only by the minimal flow of fluid that enters from the valve end of each cylinder and passes between the cylindrical wall of each cylinder and the axial cylinder of each piston. Several embodiments have been disclosed in combination with various spring-supported hold-down assemblies.
피스톤, 실린더, 유압기계, 펌프, 모터, 스프링, 회전사판, 윤활 Piston, Cylinder, Hydraulic Machine, Pump, Motor, Spring, Swash Plate, Lubrication
Description
본 발명은 예를 들어 차량의 이동에 이용되는 유압 트랜스미션 및/또는 에너지 절약형 축압기 시스템의 유체 저장 및 인출을 위해 비교적 "고부하(heavy duty)"의 자동 추진으로 사용되기에 적절한 액체 유압 펌프/모터 기계에 관한 것이다.
[주: 용어 "액체"는 예를 들어 공기 및/또는 다른 기체를 압축하는 펌프와 같은 "기체" 유압 펌프와 구분하기 위해 사용된다.]The present invention is a liquid hydraulic pump / motor suitable for use with relatively "heavy duty" automatic propulsion, for example for fluid storage and withdrawal of hydraulic transmissions and / or energy saving accumulator systems used in the movement of vehicles. It's about machines.
[Note: The term "liquid" is used to distinguish it from "gas" hydraulic pumps, for example pumps that compress air and / or other gases.]
유압 펌프 및 모터는 공지되어 있고 널리 사용되고 있으며, 실린더 블록에 형성되는 각각의 실린더에 장착되고 구동 부재의 회전축을 중심으로 하여 제1 반경 거리를 두어 원주방향으로 위치되는 황복동 피스톤을 갖는다. 이들 펌프/모터 기계 중 다수는 변위가 가변될 수 있고, 대개 2가지의 기본 설계로 된다. 즉, (a) 임의의 피스톤은 다양하게 경사지지만 고정되는 회전사판에 대하여 회전하는 실린더 블록 내에서 왕복동하거나 (b) 이들 피스톤은 다양하게 경사지고 회전되며 회전 및 경동하는 로터의 표면을 슬라이드하는 비회전(즉, 경동만 하는) 워블러(wobbler)를 포함하도록 흔히 분할된 회전사판에 대하여 왕복동한다. 본 명세서에서는 본 발명이 상기 2가지 설계 모두에 적용 가능하지만, 특히 피스톤이 고정된 실린더 블록 내에서 왕복동하는 후자의 기계에 대한 개선과 관련하여 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 "액체"("기체"와 구분됨)형 유압기계에 관한 것이다. 액체는 비압축성이기 때문에, 이들 2가지의 상이한 유형의 유압기계는 근본적으로 상이하며, 기체 압축형 기계의 설계는 액체형 기계에 사용되기에 부적절하며, 그 반대 또한 마찬가지이다. 그러므로, 이하의 기재는 모두 액체형 유압기계에 적용 가능한 것으로 이해되어야 하며, 상기 "기술분야"에서 언급한 바와 같이 주로 고부하 자동화 기계에 적용된다.Hydraulic pumps and motors are known and widely used and have a yellow double-stroke piston mounted in each cylinder formed in the cylinder block and circumferentially positioned at a first radial distance about the axis of rotation of the drive member. Many of these pump / motor machines can vary in displacement and usually come in two basic designs. That is, (a) any piston is reciprocated in a cylinder block that rotates with respect to a rotating swash plate which is inclined in various ways, or (b) these pistons are inclined and rotated in a variety of inclined and rotated surfaces. It reciprocates about a swash plate that is often divided to include a wobbler that rotates (ie, tilts only). Although the present invention is applicable to both of the above designs, it will be described in particular with regard to the improvement of the latter machine, which reciprocates in a cylinder block in which the piston is fixed.
As mentioned above, the present invention relates to a "liquid" (different from "gas") type hydraulic machine. Because liquids are incompressible, these two different types of hydraulic machines are fundamentally different, and the design of the gas compression machine is inadequate for use in liquid machines, and vice versa. Therefore, it should be understood that the following descriptions are all applicable to liquid hydraulic machines, and are mainly applied to high load automated machines as mentioned in the "technical field" above.
고정된 실린더 블록을 구비하는 유압기계는 중량의 회전하는 실린더 블록을 지지하고 보호해야 한다. 그러나, 이들 경량의 기계는 장착 및 지지가 용이하지 않은 회전 및 경동하는 회전사판 어셈블리를 필요로 한다. 고압/고속 운전을 위해, 회전사판 어셈블리는 비회전 피스톤의 헤드와 회전 및 경동하는 회전사판의 짝을 이루는 편평면 사이의 상대 이동을 허용하도록 지지되어야 한다. 전술한 바와 같이, 이러한 종래 기술의 회전사판은 흔히 회전 및 경동하는 로터 부분 및 경동만 하는 워블러 부분으로 분할된다. 경동만 하는 워블러 부분은 상기 비회전 피스톤의 헤드와 짝을 이루는 편평면을 포함한다. 공지된 바와 같이, 이러한 상대 운동은 회전사판의 경사도를 0°로부터 변화시키는 다양한 비원형 경로를 따른다.
또한, 실린더 블록이 고정된 기계는 기존에는 각각의 피스톤의 일 단부를 경동-비회전(nutating-but-not-rotating) 워블러와 상호연결시키기 위해 "도그본(dog-bone)" 연장 로드(즉, 2개의 구형 단부를 가지는 로드)를 사용하였다. 도그본의 한쪽 구형 단부는 피스톤의 헤드 단부에 피벗식으로 장착되고, 다른 쪽 구형 단부는 일반적으로 회전사판 워블러의 편평면에 항상 완전하고 편평하게 접촉되어 유지되어야 하는 피벗식으로 장착되는 통상적인 "슈(shoe)"에 의해 커버된다. 이러한 부재는 상당히 복잡한 구성이며 이들 경량인 기계의 회전하는 회전사판의 제조 비용을 증가시킨다.Hydraulic machines with fixed cylinder blocks must support and protect heavy rotating cylinder blocks. However, these lightweight machines require rotating and tilting swash plate assemblies that are not easy to mount and support. For high pressure / high speed operation, the swash plate assembly must be supported to allow relative movement between the head of the non-rotating piston and the mating flat surfaces of the rotating and tilting swash plate. As mentioned above, these prior art rotating swash plates are often divided into rotating and tilting rotor portions and tilting wobbler portions. The tiltable wobbler portion includes a flat surface mating with the head of the non-rotating piston. As is known, this relative motion follows various non-circular paths that change the tilt of the swash plate from 0 °.
In addition, a machine in which a cylinder block is fixed has conventionally been used to " dog-bone " extension rods to interconnect one end of each piston with a nutating-but-not-rotating wobbler. That is, a rod having two spherical ends) was used. One spherical end of the dogbone is pivotally mounted to the head end of the piston, while the other spherical end is typically pivotally mounted which should always be kept in complete and flat contact with the flat surface of the swash plate wobbler. Covered by a "shoe". This member is a fairly complex configuration and increases the manufacturing cost of the rotating swash plate of these lightweight machines.
또한, 도그본 로드는 간혹 각각의 피스톤의 일 단부와, 회전식 실린더 블록을 가지는 유압기계의 경사진(그러나 회전하지 않는) 회전사판을 상호연결하는데 사용된다. 그러나, 대부분의 상기 종류의 유압기계는 상기와 같은 도그본 대신에, 일 단부에 각각이 구형 헤드를 가지며(마찬가지로 통상적인 피벗식으로 장착되는 슈 부재에 의해 커버됨) 회전사판의 비회전 편평면과 효과적으로 접촉하는 기다란 피스톤을 사용한다. 이러한 기다란 피스톤은 피스톤이 최대 스트로크인 동안에도 각각의 피스톤의 축상 원통체(axial cylindrical body)의 상당한 부분이 항상 각각의 실린더 벽에 의해 지지되어 있도록 설계된다. 이러한 기다란 피스톤에 대한 추가적인 지지는, 피스톤이 그들의 실린더 블록에 대하여 회전될 때에 경사지고 비회전인 회전사판 전체를 슬라이딩하기 때문에 각각의 구형 피스톤 헤드의 측방 변위 가 최소로 되도록 설계된다.In addition, dogbone rods are sometimes used to interconnect one end of each piston with an inclined (but not rotating) swash plate of a hydraulic machine having a rotating cylinder block. However, most of the above types of hydraulic machines have spherical heads at one end instead of dogbones as described above (likewise covered by a shoe member mounted in a conventional pivotal manner) and a non-rotating flat surface of a swivel plate. Use an elongated piston for effective contact with These elongated pistons are designed such that a substantial portion of the axial cylindrical body of each piston is always supported by the respective cylinder wall, even while the piston is at its maximum stroke. The additional support for these elongated pistons is designed such that the lateral displacement of each spherical piston head is minimal since the piston slides through the inclined and non-rotating swash plate as it rotates with respect to their cylinder block.
일반적으로, 이들 기다란 피스톤은 왕복동 피스톤이 고압 유체에 의해 구동됨에 따라 각각의 실린더 벽과 각각의 피스톤 몸체의 외주 사이에 고압 가스가 밀려들어가는, 이른바 "블로바이(blow-by)"에 의해 주로 윤활된다. 이러한 블로바이는 실린더 벽과 피스톤의 기다란 원통체 사이에 충분한 유체의 유동을 허용하는 간극이 있는 경우에만 양호한 윤활 효과를 제공하며, 양호한 윤활을 보장하기에 충분한 블로바이도 간혹 펌프 또는 모터 기계의 체적 효율에 부정적인 영향을 준다. 예를 들어, 10 입방인치의 기계는 블로바이를 위해 분당 4갤런이나 되는 유체를 사용할 수 있다. 블로바이를 감소시키기 위해 간극이 보다 작은 것을 사용할 수도 있지만, 간극의 감소는 기계의 부하 및 압력의 크기에 따라 증가되는 적절한 윤활의 필요에 따라 제한된다. 물론, 이러한 블로바이는 작업을 수행하기 위해 구동하거나 구동되는 피스톤에 사용되는 유체를 사용함으로써 얻어진다. 그러므로, 전술한 예시에서, 블로바이 윤활을 위해 사용되는 분당 4갤런의 유체는 기계의 체적 효율을 저하시킨다.In general, these elongated pistons are primarily lubricated by so-called "blow-by", in which high pressure gas is forced between each cylinder wall and the circumference of each piston body as the reciprocating piston is driven by the high pressure fluid. do. This blow-by provides a good lubrication effect only if there is a gap allowing sufficient fluid flow between the cylinder wall and the elongated cylinder of the piston, and a blow-by is often sufficient to ensure good lubrication. Negatively affect efficiency. For example, a 10 cubic inch machine can use as much as 4 gallons per minute for blow-by. Although smaller gaps may be used to reduce blow-by, the reduction of the gaps is limited by the need for proper lubrication that increases with the magnitude of the load and pressure of the machine. Of course, such blow-by is obtained by using the fluid used in the driven or driven piston to perform the work. Therefore, in the above example, 4 gallons of fluid per minute used for blow-by lubrication lowers the volumetric efficiency of the machine.
이하에 설명하는 본 발명은 상기와 같은 기다란 피스톤을 갖는 기계의 체적 효율을 개선하는 동시에, (a) 피스톤의 적절한 윤활 및 (b) 피스톤과 회전사판 사이의 접촉을 유지시키기 위해 사용되는 장치의 단순화를 위한 것이다.The invention described below improves the volumetric efficiency of a machine with such an elongated piston, while at the same time simplifying the device used to maintain (a) proper lubrication of the piston and (b) contact between the piston and the swash plate. It is for.
본 발명은 유압기계의 여러 실시예를 개시하며, 이들 모두는 고정된 실린더 블록 내에서 왕복동하는 기다란 피스톤, 독특한 윤활 리세스를 구비한 실린더, 및 회전 및 경동하는 회전사판과 슬라이딩 접촉하도록 각각의 피스톤에 (도그본(dog-bone) 없이 직접 부착되는 슈를 포함하는 간단한 구조적인 특징의 바람직한 조합으로 이루어진다. 2개의 상이한 유압기계에 관한 것이다. 이들 간단한 구조적인 특징은 시너지를 발휘하여 (a) 체적 효율이 90% 증대되고 (b) 이렇게 증대된 기계적인 효율은 기계가 완전히 조립되면 12입방 인치 용량을 갖는 크기의 기계의 구동샤프트라도 수동에 의해 용이하게 회전될 수 있다.
각각의 설명하는 유압기계는 펌프 또는 모터로서 작동할 수 있다. 한쪽은, 기계의 구동 부재에 의해 항상 회전하는 동안, 상기 구동 부재의 축에 대하여 소정의 각도로 경사를 이루어 고정되는 회전사판을 가져서, 피스톤이 항상 최대로 설정된 스트로크로 움직이도록 되어 있다. 다른 쪽 기계의 회전사판은 각각의 방향으로 최대로 이동할 수 있는 범위에서 피스톤의 스트로크를 제어하기 위해 종래 공지된 방식으로 각도 범위 내에서 변화될 수 있는 경사를 갖는다. [그러나, 당업자는 본 발명이 회전하는 실린더 및 유압기계의 구동 부재에 대하여 회전하지 않는 회전사판을 갖는 유압기계에도 적용 가능하다는 것을 이해하여야 한다.]The present invention discloses several embodiments of a hydraulic machine, all of which each slide to make sliding contact with an elongated piston reciprocating in a fixed cylinder block, a cylinder with a unique lubrication recess, and a rotating and tilting swash plate. It consists of a preferred combination of simple structural features, including a shoe that attaches directly without a dog-bone. It relates to two different hydraulic machines. These simple structural features exert synergy and (a) The efficiency is increased by 90% and (b) this increased mechanical efficiency can be easily rotated manually by hand, even if the drive shaft of a machine of
Each described hydraulic machine can operate as a pump or a motor. One side has a rotating swash plate which is fixed at an angle with respect to the axis of the drive member while being constantly rotated by the drive member of the machine, so that the piston always moves at the stroke set to the maximum. The rotating swash plate of the other machine has an inclination which can be varied within the angular range in a manner known in the art to control the stroke of the piston in the range which can be moved in the maximum direction in each direction. [However, those skilled in the art should understand that the present invention is also applicable to a hydraulic machine having a rotating cylinder and a rotating swash plate that does not rotate relative to the driving member of the hydraulic machine.]
본 발명에 따른 각각의 기계에서, 각각의 피스톤은 왕복동 각각의 실린더의 실질적으로 축방향 길이만큼의 길이가 바람직한 축상 원통체를 가지는 기다란 피스톤이다. 바람직하게, 각각의 피스톤은 또한 통상적인 방식으로 피벗되는 슈 및 비교적 간단한 장치에 의해 기계의 회전사판의 편평면과 효과적으로 슬라이딩 접촉이 유지되는 구형 헤드 단부를 갖는다. 각각의 원통형 피스톤 몸체의 축방향 길이는 항상 피스톤의 구형 제1 단부의 측방 변위를 최소화할 수 있도록 선택된다. 그러므로, 본 발명에 바람직한 피스톤은, 각각의 피스톤이 그 최대 스트로크로 전진하여 각각의 실린더 내부에서 여전히 지지되는 상기 피스톤 몸체의 부분이 기계가 작동하는 동안에 항상 피스톤의 전진된 구형 단부의 측방 변위를 최소화하기에 충분한 길이인 "기다란" 피스톤이다.
[주: 본 발명의 설명을 용이하게 하기 위해, 각각의 피스톤은 축상 원통체 부분 및 구형 헤드 단부를 가지며, 각각의 실린더는 밸브 단부 및 각각의 피스톤의 구형 헤드 단부가 항상 전진되어 벗어나는 오픈 헤드부를 갖는 것으로 설명한다. 또한, 모든 바람직한 실시예에서는 각각의 개시된 유압기계(예를 들어 모터 또는 펌프)가 유사한 유압기계(예를 들어 짝을 이루는 펌프 또는 모터)와 짝을 이루어 공지된 "폐루프" 배열을 형성하여, 각각의 펌프로부터 배출되는 고압 유체가 연관되는 모터의 주입구로 직접 전달되고, 각각의 모터로부터 배출되는 저압 유체는 연관되는 펌프의 주입구로 직접 전달된다. 이미 공지된 바와 같이, 폐루프 시스템 내의 유체의 일부분은 "블로바이"로 계속해서 손실되며 섬프(sump)로 회수되고, 유체는 급기 펌프에 의해 상기 섬프로부터 상기 폐루프로 회수되도록 자동적으로 전달되어 상기 폐루프 시스템 내의 유체가 항상 소정의 체적으로 유지되도록 한다.]In each machine according to the invention, each piston is an elongated piston having an axial cylinder which is preferably at least as long as the axial length of the reciprocating respective cylinder. Preferably, each piston also has a spherical head end in which sliding contact is effectively maintained with the flat surface of the swash plate of the machine by a shoe and a relatively simple device pivoted in a conventional manner. The axial length of each cylindrical piston body is always selected to minimize lateral displacement of the spherical first end of the piston. Therefore, the preferred piston of the present invention minimizes the lateral displacement of the advanced spherical end of the piston at all times while the machine is in operation while the part of the piston body where each piston is advanced at its maximum stroke and still supported inside each cylinder. It is a "long" piston that is long enough.
[Note: In order to facilitate the description of the present invention, each piston has an axial cylindrical portion and a spherical head end, and each cylinder has an open head portion where the valve end and the spherical head end of each piston are always advanced. It explains as having. Further, in all preferred embodiments each disclosed hydraulic machine (eg motor or pump) is paired with a similar hydraulic machine (eg mating pump or motor) to form a known "closed loop" arrangement, The high pressure fluid discharged from each pump is delivered directly to the inlet of the associated motor, and the low pressure fluid discharged from each motor is delivered directly to the inlet of the associated pump. As is already known, a portion of the fluid in the closed loop system continues to be lost in a "blowby" and recovered to a sump, and the fluid is automatically delivered to the closed loop from the sump by an air supply pump. To ensure that the fluid in the closed loop system is always maintained in a predetermined volume.]
본 발명에 따르면, 각 기계의 실린더 블록 내부에 형성되는 각각의 실린더에는 각각의 실린더의 원통형 벽에 형성되는 각각의 윤활 채널이 제공된다. 이러한 윤활 채널은, 피스톤이 각각의 실린더 내에서 왕복동하는 동안에 항상 각각의 윤활 채널이 그 전체 스트로크 동안에 피스톤의 축상 원통체에 의해 거의 완전히 폐쇄되어 있도록 위치된다. [주: 이들 윤활 채널 내의 유체의 이동은 이하의 2개의 단락서 보다 상세히 설명한다.] 각각의 윤활 채널은 외주에 형성되며 각각의 실린더를 반경방향으로 가로질러 횡단하는 것이 바람직하다.According to the invention, each cylinder formed inside the cylinder block of each machine is provided with a respective lubrication channel formed on the cylindrical wall of each cylinder. This lubrication channel is always positioned so that each lubrication channel is almost completely closed by the axial cylinder of the piston during its entire stroke while the piston reciprocates in each cylinder. [Note: The movement of fluid in these lubrication channels is described in more detail in the following two paragraphs.] Each lubrication channel is formed on the outer circumference and preferably traverses each cylinder radially.
각 기계의 고정된 실린더 블록에는 전술한 윤활 채널 각각을 상호연결하는 추가의 복수 개의 통로가 형성된다. 모든 윤활 채널의 상호연결은 서로 하나의 연속하는 윤활 통로를 실린더 블록 내에 형성한다. 이러한 연속하는 윤활 통로는 실린더 블록 내부 전체에 형성되며, 실린더가 구동 부재의 회전축을 중심으로 하여 정렬되어 있으므로 각각의 실린더를 가로지르며 실질적으로 동일한 반경 거리로 외주상에 정렬되는 것이 바람직하다.The fixed cylinder block of each machine is formed with a further plurality of passages which interconnect each of the aforementioned lubrication channels. The interconnection of all lubrication channels forms one continuous lubrication passage in each other within the cylinder block. Such continuous lubrication passages are formed throughout the cylinder block, and since the cylinders are aligned about the axis of rotation of the drive member, it is preferable to align them on the outer circumference across the respective cylinders and at substantially the same radial distance.
바람직한 실시예에서, 전술한 바와 같은 연속하는 윤활 통로는 유체 "주입구" 통로 또는 유체 "배출구" 통로에 의해 연결되지는 않지만, 대신에 기계가 작동하는 동안 항상 피스톤의 원통형 몸체 부분에 의해 거의 완전히 폐쇄된다. 그러므로, 이 연속하는 윤활 통로에 윤활 유체를 공급하는 공급원만이 각각의 실린더의 각각의 원통형 벽과 각각의 피스톤의 축상 원통체 사이의 유체의 2차 최소 유동이 된다. 작동하는 동안, 윤활 통로는 대부분 각각의 실린더의 밸브 단부에서 들어간 후 각각의 실린더 벽과 각각의 구동되는 피스톤의 몸체 부분의 외주 사이를 통과하는 고압 유체의 초기 최소 유동에 의해 순간적으로 채워진다. 이러한 2차 최소 유동은 연속하는 윤활 통로 내부를 항상 효과적으로 고압을 유지시킨다. 필요한 경우, 각각의 실린더의 개방 단부 근처에 각각 위치되는 복수의 밀봉 부재는, 각각의 피스톤의 몸체 부분과 각각의 실린더의 개방된 헤드 부분 사이에서 블로바이를 실질적으로 제거하기 위해 비교적 완벽한 밀봉을 선택적으로 제공할 수 있으며, 이로 인해 윤활 통로로부터 최소의 블로바이만이 실린더의 개방 단부를 지나서 빠져나가도록 한다. 그러나, 실제적으로는, 실린더의 개방 단부로부터 비교적 최소인 블로바이만이 본 발명의 기다란 피스톤을 지나 이동하는 것이 확인되었으며, 그 이유는 구동샤프트 베어링 등의 적절한 윤활에 필요한 소량의 블로바이 분무가 이러한 선택적인 밀봉 부재에는 필요하지 않기 때문이다.In a preferred embodiment, the continuous lubrication passage as described above is not connected by the fluid "inlet" passage or the fluid "outlet" passage, but instead is almost always completely closed by the cylindrical body portion of the piston while the machine is operating. do. Therefore, only the source that supplies the lubricating fluid to this continuous lubrication passage is the secondary minimum flow of fluid between each cylindrical wall of each cylinder and the axial cylinder of each piston. During operation, the lubrication passage is mostly filled by an initial minimum flow of high pressure fluid passing through the cylinder end of each cylinder and then passing between the perimeter of each cylinder wall and the body portion of each driven piston. This secondary minimum flow always effectively maintains high pressure inside the continuous lubrication passage. If desired, a plurality of sealing members, each positioned near the open end of each cylinder, selects a relatively complete seal to substantially eliminate blow-by between the body portion of each piston and the open head portion of each cylinder. This ensures that only a minimal blow-by from the lubrication passage exits through the open end of the cylinder. In practice, however, it has been found that only a relatively small blow-by from the open end of the cylinder moves past the elongated piston of the present invention, because the small amount of blow-by spray required for proper lubrication of drive shaft bearings, etc. This is because it is not necessary for the selective sealing member.
그럼에도 불구하고, 폐쇄된 연속적인 윤활 통로 내의 윤활 유체는 피스톤의 왕복동에 따른 각각의 실린더 내의 일정하게 변화하는 압력에 의해 일정하게 이동한다. 즉, 각각의 실린더 압력이 각각의 피스톤의 복귀 스트로크에서 저압으로 감압됨에 따라, 폐쇄된 유체 통로 내의 고압 유체는 다시 각각의 실린더 벽과 각각의 피스톤 몸체의 외주 사이로 유도되어 각각의 실린더의 감압된 밸브 단부로 이동한다. 그러나, 저압 측으로 유도되는 윤활 유체는 "손실"되지 않느다. 즉, "블로바이"가 아니며, 급기 펌프에 의해 폐루프(closed loop) 유압 시스템에 보충될 섬프(sump)로 복귀되지 않는다. 그 대신, 이러한 저압 윤활 유체는 급기 펌프를 사용할 필요 없이 폐루프에 직접 복귀되고, 폐쇄된 연속의 윤활 통로는 각각의 승압된 실린더의 밸브 단부로부터 유사한 고압 블로바이의 유동이 유입됨으로써 즉시 보충된다.Nevertheless, the lubricating fluid in the closed continuous lubrication passage is constantly moved by the constantly changing pressure in each cylinder as the piston reciprocates. That is, as each cylinder pressure is reduced to low pressure at the return stroke of each piston, the high pressure fluid in the closed fluid passages is again induced between each cylinder wall and the outer periphery of each piston body to reduce the pressure of each cylinder. Move to the end. However, the lubricating fluid that is directed to the low pressure side is not "lost". That is, it is not a "blobby" and does not return to a sump to be supplemented to a closed loop hydraulic system by the supply pump. Instead, this low pressure lubricating fluid is returned directly to the closed loop without the use of an air supply pump, and the closed continuous lubrication passage is immediately replenished by the introduction of a similar high pressure blowby flow from the valve end of each boosted cylinder.
전술한 윤활 통로는 실질적으로 블로바이를 감소시키면서 피스톤의 고속 왕복동을 위해 적절한 윤활을 제공한다. 본 발명에 따라 제작된 상용 시작품의 성공적인 운전에서, 블로바이는 90% 감소되었다. 즉, 통상적인 상용 유압기계의 블로바이는 분당 4-5갤런인데 반해, 본 발명의 시작품의 블로바이는 분당 0.5-0.7갤런이었으며, 이로 인해 본 발명의 유압기계의 체적 효율이 상당히 증대되는 것을 알 수 있다.The lubrication passages described above provide adequate lubrication for high speed reciprocation of the piston while substantially reducing blow-by. In the successful operation of commercial prototypes made in accordance with the invention, the blow-by was reduced by 90%. In other words, the blow-by of a conventional commercial hydraulic machine is 4-5 gallons per minute, whereas the blowby of the prototype of the present invention was 0.5-0.7 gallons per minute, which significantly increases the volumetric efficiency of the hydraulic machine of the present invention. Can be.
전술한 바와 같이, 실린더 블록이 고정된 유압기계는 동일한 사양의 통상적인 실린더 블록이 회전하는 유압기계에 비해 소형 경량으로 제작될 수 있다. 기다란 피스톤의 개선된 윤활 결과에 따라, 본 발명은 자동차에 요구되는 고속/고압의 사양을 만족시키기 위해 이러한 소형 경량의 설계를 이용하는 것을 가능하게 한다.As described above, the hydraulic machine in which the cylinder block is fixed can be manufactured in a small size and light weight in comparison with the hydraulic machine in which a conventional cylinder block of the same specification rotates. As a result of the improved lubrication of the elongated piston, the present invention makes it possible to use this compact, lightweight design to meet the high speed / high pressure specifications required for automobiles.
또한, 본 발명의 유압기계의 여러 가지 회전하는 회전사판에 대하여 상당히 간소화된 지지 어셈블리가 만족된다. 본 발명의 지지 어셈블리 각각은, 각각의 피스톤의 외측 단부와 통상적인 회전/경동 회전사판의 경동만 하는(nutating-only) 워블러 부분 사이에 일반적으로 장착되는 도그본을 생략할 수 있고, 통상적인 슈는 각각의 피스톤의 구형 헤드에 직접 장착되어, 최소한의 스프링 바이어스에 의해 회전사판의 편평면 부분과 효과적인 스라이딩 접촉을 유지이 유지되며, 상기 최소한의 스프링 바이어스는 펌프의 실린더의 밸브 단부에서 유체의 압력의 부재 하에 효과적으로 슬라이딩 접촉하도록 하는 힘이다.Furthermore, considerably simplified support assemblies are satisfied for the various rotating swash plates of the hydraulic machine of the present invention. Each of the support assemblies of the present invention may omit a dogbone that is generally mounted between the outer end of each piston and the nutating-only wobbler portion of a conventional rotary / tilt swash plate, and conventional The shoe is mounted directly to the spherical head of each piston to maintain an effective sliding contact with the flat surface portion of the swash plate by minimal spring bias, which minimizes the flow of fluid at the valve end of the cylinder of the pump. It is a force that allows effective sliding contact in the absence of pressure.
이하에서 2가지의 간소화된 지지 메커니즘을 설명한다. 첫 번째의 간소화된 지지 메커니즘은, 펌프의 구동 부재의 회전축을 중심으로 하여 원주상에 위치되는 코일스프링에 의해 편향되는 홀드-다운(hold-down) 플레이트 어셈블리를 포함한다. 두 번째의 지지 메커니즘은 보다 간단하며, 각각의 피스톤의 몸체 부분과 각각의 실린더의 밸브 단부 사이의 각각의 피스톤의 몸체 부분 내에 각각 위치되는 복수의 스프링에 의해 제공되는 최소한의 바이어스에 의해 각각의 피스톤의 구형 헤드에 직접 장착되는 통상적인 슈를 포함할 뿐이다. 후자의 지지 메커니즘은 전자의 메커니즘에 비해 조립은 약간 더 난해하지만, 상당히 간단하고, 경량이며, 제조비용이 저렴하다.Two simplified support mechanisms are described below. The first simplified support mechanism includes a hold-down plate assembly deflected by a coil spring circumferentially positioned about the axis of rotation of the drive member of the pump. The second support mechanism is simpler, with each piston being provided by a minimum bias provided by a plurality of springs respectively located within the body portion of each piston between the body portion of each piston and the valve end of each cylinder. It only includes a conventional shoe mounted directly on the spherical head of the < RTI ID = 0.0 > The latter support mechanism is slightly more difficult to assemble than the former mechanism, but is fairly simple, light weight, and low in manufacturing cost.
본 발명의 중요한 특징은 동일한 사양을 갖는 통상적인 유압기계에 비해 보다 경량이고 소형인 유압기계를 제공하는 것이다. 또한, 전술한 바와 같이, 실제의 시작품 시험에서 본 발명이 상당히 증대된 체적 효율 및 긱계적 효율을 갖는 기계를 제공하는 것을 확인하였다. 즉, 본 발명은 기계의 무게 및 크기를 상당히 감소시키며 제조비용을 저감시키고 조립을 간소화하면서 보다 괄목할만하게 큰 체적 효율을 갖는 유압기계를 제공한다.An important feature of the present invention is to provide a hydraulic machine which is lighter and smaller than a conventional hydraulic machine having the same specification. In addition, as described above, it was found in the actual prototype test that the present invention provides a machine with significantly increased volumetric efficiency and glitchy efficiency. That is, the present invention provides a hydraulic machine with significantly greater volumetric efficiency while significantly reducing the weight and size of the machine, reducing manufacturing costs and simplifying assembly.
도 1은 고정된 실린더 블록 및 경사도가 고정된 회전/경동 회전사판을 구비한 유압기계의 부분단면도로서, 실린더 블록 및 피스톤/회전사판 인터페이스가 통합되어 있는 본 발명의 특징을 나타낸다.1 is a partial cross-sectional view of a hydraulic machine having a fixed cylinder block and a rotating / tilt swash plate with a fixed inclination, showing the features of the invention in which the cylinder block and the piston / swash plate interface are integrated.
도 2는 도 1에 나타낸 유압기계에서 가상평면 2-2를 따라 취하고 일부 부품을 생략하여 나타낸 고정된 실린더 블록의 부분단면도이다.FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a fixed cylinder block taken along the virtual plane 2-2 and omitting some components in the hydraulic machine shown in FIG. 1.
도 3은 고정된 실린더 블록 및 경사도가 가변되는 회전/경동 회전사판을 구비한 유압기계의 부분단면도로서, 실린더 블록 및 피스톤/회전사판 인터페이스가 통합되어 있는 본 발명의 특징을 나타낸다.3 is a partial cross-sectional view of a hydraulic machine having a fixed cylinder block and a rotating / tilt rotating swash plate with varying inclinations, illustrating the features of the present invention in which the cylinder block and the piston / swash plate interface are integrated.
도 4A 및 도 4B는 도 1 및 도 3에 나타낸 회전사판 및 피스톤 슈 홀드-다운 어셈블리에서 회전사판이 +25°경사졌을 때의 부분단면도로서, 피스톤의 헤드 단부, 슈, 및 스페셜 와셔의 상대 위치, 그리고 회전사판의 편평면에 대하여 각각의 슬라이딩 슈를 편향시키는 스프링 탄지된 홀드-다운 부재를 나타내는 것이며, 도 4A는 도 3의 가상평면 4A-4A를 따라 취한 것이고, 도 4B는 도 4A의 가상평면 4B-4B를 따라 취한 것이다.4A and 4B are partial cross-sectional views of the swash plate tilted at + 25 ° in the swash plate and piston shoe hold-down assembly shown in FIGS. 1 and 3, with relative positions of the head end, shoe, and special washer of the piston; And a spring-tight hold-down member for deflecting each sliding shoe with respect to the flat surface of the swivel plate, FIG. 4A taken along virtual planes 4A-4A in FIG. 3, and FIG. 4B being virtual in FIG. 4A. It is taken along
도 5A 및 도 5B, 도 6A 및 도 6B, 도 7A 및 도 7B는 회전사판이 +15°, 0°, -25°로 경사져 있을 때의 도 4A 및 도 4B와 동일한 도면으로, 도 5B, 도 6B, 도 7은 도 5A, 도 6A, 도 7A의 가상평면 5B-5B, 6B-6B, 7B-7B를 따라 각각 취한 것이다.5A and 5B, 6A and 6B, 7A and 7B are the same views as FIGS. 4A and 4B when the rotating swash plate is inclined at + 15 °, 0 ° and -25 °, and FIGS. 5B and FIG. 6B and 7 are taken along the
도 8은 도 1 및 도 3에 나타낸 것과 유사한 다른 유압기계의 하나의 실린더 및 피스톤을 나타내는 부분확대 단면도로서, 피스톤 슈에 대하여 탄지된 홀드-다운 어셈블리의 간소화된 제2 실시예를 나타낸다.8 is a partially enlarged cross-sectional view showing one cylinder and piston of another hydraulic machine similar to that shown in FIGS. 1 and 3, showing a second simplified embodiment of a hold-down assembly held against a piston shoe.
본 발명이 적용되는 유형의 유압기계의 작동은 공지되어 있으므로, 이에 대하여는 상세하게 설명하지 않는다. 전술한 바와 같이, 각각의 개시된 기계는 적절하게 짝을 이루는 펌프 또는 모터를 구비한 공지된 "폐루프" 유압 시스템이다.The operation of a hydraulic machine of the type to which the present invention is applied is known and will not be described in detail. As noted above, each disclosed machine is a known " closed loop " hydraulic system with suitably paired pumps or motors.
<유압 모터><Hydraulic motor>
도 1을 참조하면, 유압 모터(10)는 내부에 각각 짝을 이루는 복수의 피스톤(16)이 그 후퇴 위치와 전진 위치 사이에서 왕복동하는 복수이 실린더(14)(하나만 도시함)를 갖는 복수의 고정된 실린더 블록(12)을 포함한다. 각각의 피스톤은 기다란 축상 원통체(22)의 일 단부에 있는 네크(neck)(20) 상에 장착되는 구형 헤드(18)를 가지며, 바람직한 실시예에서, 각각의 피스톤의 기다란 원통체(22)는 각각의 실린더(14)와 그 길이가 실질적으로 동일하다.Referring to FIG. 1, a
각각의 구형 단부(18)는 구동 부재, 즉 기계의 샤프트(30)에 고정되는 로터(28)의 표면 상에 형성되는 편평면(26)에 걸쳐 슬라이드되는 각각의 슈(24) 내부에 끼워진다. 샤프트(30)는 실린더 블록(12)의 중심에 있는 보어(31) 내의 베어링에 지지된다. 고정된 로터(28)의 편평면(26)은 구동 샤프트(30)의 축(32)에 대하여 소정의 최대 각도(예를 들어 25°)로 경사져서 적절한 스러스트 베어링 어셈블리(35)에 의해 지지된다.Each
실린더 블록(12)의 좌측 단부 상에 캡으로서 볼트에 의해 고정되는 모듈형 밸브 어셈블리(33)는 실린더(14)에 출입하는 유체의 전달을 조절하는 복수의 스풀 밸브(34)(하나만 도시함)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 유압기계는 펌프 또는 모터로서 작동한다. 바람직한 실시예에서, 도 1에 나타낸 각도 고정 회전사판 기계는 모터로서 작동한다. 그러므로, 구동 샤프트(30)의 제1 반회전 동안, 주입구(36)로부터 고압의 유체가 포트(37)를 통해 각각의 실린더(14)의 밸브 단부에 들어가서 각각의 피스톤을 그 후퇴 위치로부터 완전히 전진된 위치로 구동시키고, 제2 반회전 동안, 각각의 피스톤이 완전히 후퇴된 위치로 복귀함에 따라 저압 유체가 각각의 실린더로부터 포트(37) 및 유체 배출구(39)를 통해 회수된다.The
공지된 방법에서, 유체 주입구(36) 및 배출구(39)는 적절한 "폐루프" 배관을 통해 짝을 이루는 유압 펌프(예를 들어 도 3에 나타낸 펌프(110)로서, 후술함)와 바람직하게 연결되어, 유체 압력이 구형 단부(18) 및 각각의 슈(24)를 편평면(26)에 대하여 항상 편향시키도록 한다. 각각의 피스톤의 일련의 전진 및 후퇴는 로터(28)가 구동 샤프트(30)를 회전시키도록 한다. 편평면(26)은 최대 경사도로 고정되어, 주입구(36) 및 배출구(39)를 통해 폐루프를 순환하는 유압 유체의 유동량이 비교적 적은 경우, 피스톤(16)이 비교적 저속으로 왕복동하여 구동 샤프트(30)가 비교적 저속으로 회전되도록 한다. 그러나, 폐루프를 순환하는 유체의 유동량이 증가하면, 피스톤의 왕복동 속도가 따라서 증가하여 구동 샤프트(30)의 회전 속도를 증가시킨다. 자동차의 속도 또는 압력(예를 들어 4000rpm 또는 4000psi)으로 작동되는 경우, 피스톤의 윤활은 임계 상태가 되고, 블로바이 손실 또한 상당히 증가될 수 있다. 실린더 블록(12)은 상기와 같은 윤활의 요구 및 블로바이 손실의 저감을 달성하기 위해 본 발명에 의해 변경되었다.In known methods, the
도 1 및 도 2를 참조하면, 각각의 실린더의 원통형 벽은 그 외주에 형성되는 각각의 윤활 채널(40)에 의해 반경방향으로 가로질러 횡단된다. 복수의 통로(42)는 모든 윤활 채널(40)을 상호연결하여 실린더 블록(12) 내에 연속하는 윤활 통로를 형성하도록 한다. 각각의 윤활 채널(40)은 각각의 피스톤의 전체 스트로크 동안에 각각의 피스톤(16)의 축상 원통체(22)에 의해 실질적으로 폐쇄되어 있다. 즉, 각각의 원통체(22)의 외주는 항상 각각의 윤활 채널(40)을 감싸는 벽으로서 작용한다. 따라서, 피스톤(16)이 최대 스트로크로 왕복동하는 경우에도, 모든 윤활 채널(40)을 상호연결하여 연속하는 윤활 통로는 실질적으로 폐쇄되어 있다. 연속하는 윤활 통로(40, 42)는 도 2에 나타낸 바와 같이 간단하고 경제적으로 실린더 블록(12) 내에 형성되며, 도면에서는 이해를 돕기 위해 유체 채널 및 연결 통로의 상대적인 크기가 강조되어 있다.1 and 2, the cylindrical wall of each cylinder is traversed radially across by a
유압 모터(10)의 작동 중, 상호연결된 모든 윤활 통로(40)는 주입구(36)로부터 포트(37)를 통해 각각의 실린더(14)에 들어오는 고압 유체의 최소 유동에 의해 거의 순간적으로 충전되어 실린더 벽과 피스톤(16)의 외주 사이로 보내진다. 각각의 윤활 채널(40)로부터의 윤활 유체의 손실은 각각의 실린더(14)의 개방 단부 근처에 위치되는 서라운딩 시일(surrounding seal)(44)에 의해 제한된다. 그럼에도 불구하고, 윤활 채널(40)의 이러한 폐쇄되어 연속하는 윤활 통로 내의 윤활 유체는, 피스톤의 왕복동에 따라 피스톤 운동 및 구동 샤프트(30)의 회전의 각각의 1/2 사이클에서의 압력 변화에 응답하여 각각의 실린더의 원통형 벽과 각각의 피스톤의 축상 원통체 사이의 유체의 연속하는 최소 유동에 의해 적절하게 연속적으로 유동한다. 각각의 피스톤(16)의 복귀 스트로크에 따라 각각의 실린더(14) 내의 압력이 저압으로 강하됨으로써, 폐쇄된 윤활 통로(40, 42) 내의 고압 유체는 각각의 실린더(14)와 각각의 피스톤(16)의 몸체 부분(22)의 외주 사이를 다시 경유하여 감압된 각각의 실린더(14)의 밸브 단부로 유동한다.During operation of the
그러나, 당업자는 전술한 실린더(14)로 회귀하는 유체의 최소 유동이 "손실"이 아니라는 것을 이해하여야 한다. 그 대신, 펌프와 모터를 상호연결하는 공지된 유압 유체 폐루프로 즉시 복귀한다. 또한, 이러한 유체의 최소 유동은 섬프(sump)로 복귀하지 않으므로, 급기 펌프에 의해 폐루프 유압 시스템을 보충할 필요가 없다. 최종적으로, 폐쇄된 연속하는 윤활 통로(40, 42)는 승압된 각각의 실린더의 밸브 단부로부터 유사한 고압 유체의 유동이 들어감으로써 즉시 보충된다.However, those skilled in the art should understand that the minimum flow of fluid returning to the
전술한 바와 같이, 모든 윤활 채널(40)을 상호연결하는 폐쇄된 연속 윤활 통로(42)로부터의 블로바이 손실은 최소로 된다. 즉, 각각의 실린더(14)의 단부에 있는 시일(44)을 지나 폐쇄된 연속 윤활 통로로부터 유출되는 유체의 유동은 최소로 될 수 있다. 그러나, 이러한 최소의 블로바이는 각각의 피스톤(16)의 반대쪽 단부 근방에서 들어가는 유사한 고압 유체의 유동에 의해 즉시 보충된다.As described above, the blow-by loss from the closed
전술한 윤활 장치는 상당히 간단할 뿐 아니라 유압기계의 피스톤/회전사판 인터페이스 장치도 간소화하여 제조비용 및 운전비용을 더욱 저감시킨다.Not only is the lubrication device described above quite simple, it also simplifies the piston / swash plate interface device of the hydraulic machine, further reducing manufacturing and operating costs.
유압 모터(10)의 설명을 마무리함에 있어서, 도 1에 나타낸 피스톤/회전사판 인터페이스 장치는, (a) 통상적인 니들 및 스러스트 베어링을 사용하는 구동 샤프트(30) 상에 장착되는 로터(28), 및 (b) 피스톤 슈(24)를 로터(28)의 회전 및 경동하는 편평면(26)과 연속적으로 접촉하도록 하는 간단한 스프링 탄지식 홀드-다운 어셈블리만을 포함한다. [주: 본 발명의 간소화된 피스톤/회전사판 인터페이스 어셈블리에 대한 2가지 실시예는 이하에서 별도로 상세하게 설명한다.]In completing the description of the
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 홀드-다운 어셈블리의 제1 실시예는 샤프트(30)를 중심으로 하여 위치되며 축(32)을 중심으로 하여 실린더 블록(12)의 둘레에 형성되는 적절한 크레비스(crevice)(52) 내에 수용되는 코일스프링(50)을 포함한다. 스프링(50)은 샤프트(30) 및 축(32)을 중심으로 하여 원주상에 위치되는 홀드-다운 부재(54)를 탄성적으로 지지한다. 홀드-다운 부재(54)에는 각각이 피스톤(16) 각각의 네크(20)를 감싸는 복수의 개구부가 제공된다. 홀드-다운 부재(54)와 각각의 피스톤 슈(24) 사이에는 스페샬 와셔(56)가 각각 위치된다. 각각의 와셔(56)는 각각의 슈(24)의 외주와 접촉하여 슈가 항상 로터(28)의 편평면(26)과 접촉을 유지하도록 하는 연장부(58)를 갖는다.As shown in FIG. 1, a first embodiment of the hold-down assembly according to the invention is located about the
윤활 및 피스톤/회전사판 인터페이스 모두를 대폭 간소화한, 전술한 유압 모터는 효율적이고, 제조가 용이하며, 운전이 경제적이다.The hydraulic motor described above, which greatly simplifies both the lubrication and the piston / swash plate interface, is efficient, easy to manufacture and economical to operate.
<가변 유압 펌프><Variable hydraulic pump>
도 3은 본 발명에 따른 유압기계의 바람직한 제2 실시예를 나타낸다. 가변 유압 펌프(110)는 도 1에 나타내고 전술한 유압 모터(10)의 실린더 블록(12)과 동일한 모듈형의 고정된 실린더 블록(112)을 포함한다. 실린더 블록(112)은 각각 짝을 이루는 복수의 피스톤(116)이 그 후퇴 위치와 가변 전진 위치(최대 전진은 피스톤(116')의 위치로 나타냄) 사이에서 왕복동하는 복수이 실린더(114)(하나만 도시함)를 갖는다. 각각의 피스톤은 기다란 축상 원통체(122)의 일 단부에 있는 네크 (20) 상에 장착되는 구형 헤드(118)를 가지며, 바람직한 실시예에서, 각각의 피스톤의 기다란 원통체(122)는 각각의 실린더(114)와 그 길이가 실질적으로 동일하다. 각각의 구형 단부(118)는 구동 부재, 즉 샤프트(130)에 피벗식으로 부착되며, 상세하게 후술하는 로터(28)의 표면 상에 형성되는 편평면(126)에 걸쳐 슬라이드되는 각각의 슈(124) 내부에 끼워진다. 샤프트(130)는 실린더 블록(112)의 중심에 있는 보어(131) 내의 베어링에 지지된다.3 shows a second preferred embodiment of a hydraulic machine according to the invention. The variable
유압 모터(10)에 관하여 전술한 것과 유사한 방식으로, 가변 펌프(10)에도 모듈형 실린더 블록(112)의 좌측 단부 상에 캡으로서 볼트에 의해 고정되는 모듈형 밸브 어셈블리(133)가 제공되며, 마찬가지로 실린더(114)에 출입하는 유체의 전달을 조절하는 복수의 스풀 밸브(134)(하나만 도시함)를 포함한다.In a manner similar to that described above with respect to the
전술한 바와 같이, 유압기계는 펌프 또는 모터로서 작동한다. 본 바람직한 실시예에 있어서, 도 3에 나타낸 각도 가변 회전사판 기계(110)는 펌프로서 작동되며, 구동 샤프트(130)는 주 구동부(미도시), 즉 차량의 엔진에 의해 구동된다. 그러므로, 구동 샤프트(130)의 제1 반회전 동안, 각각의 피스톤(116)이 전진 위치로 이동되면 순환하는 유압 유체의 "폐루프"로부터 주입구(136)를 통해 저압의 유체가 포트(137)로 들어가서 각각의 실린더(14)로 유입된다. 제2 반회전 동안, 각각의 피스톤(116)은 완전히 후퇴된 위치로 복귀되어 고압 유체를 포트(137)로부터 배출구(139)를 통해 유압 폐루프로 보낸다. 그리고, 고압의 유체는 적절한 폐루프 배관(미도시)을 통해 짝을 이루는 유압 모터, 예를 들어 전술한 모터(10)에 전달되어, 상기 짝을 이루는 피스톤이 공지된 방식으로 전달되는 고압 유체의 용적(분당 갤런)을 가변시키는 속도로 이동되도록 한다.As mentioned above, the hydraulic machine operates as a pump or a motor. In this preferred embodiment, the angular variable rotating
다시 설명하자면, 모듈형 실린더 블록(112)은 전술한 실린더 블록(12)과 동일하게 구성된다. 즉, 각각의 실린더(114)의 원통형 벽은 그 외주에 형성되는 각각의 윤활 채널(140)에 의해 반경방향으로 가로질러 횡단된다. 복수의 통로(142)는 모든 윤활 채널(140)을 상호연결하여 실린더 블록(112) 내에 연속하는 윤활 통로를 형성한다. 가상평면 2-2를 따라 취한 실린더 블록(112)의 단면은 도 2에 나타낸 실린더 블록(12)의 단면과 동일하다.In other words, the
실제로, 도 1 및 도 2에 나타낸 유압 모터(10)의 장치에 관한 본 발명의 연속하는 윤활 통로(40, 42)에 대한 전술한 내용의 대부분은, 도 3에 나타내는 유압 펌프(110)의 실린더 블록(112) 내의 연속하는 윤활 통로(140, 142)의 작동에 대등하게 적용되며, 각각의 실린더(114)의 개방 단부 근처에 위치되는 서라운딩 시일(144)에 의해 각각의 윤활 채널(140)로부터 윤활 유체의 손실을 최소화시킬 수 있다. 마찬가지로, 폐쇄된 연속 윤활 통로(140, 142)내의 윤활 유체의 유동은, 피스톤의 왕복동에 따라 피스톤 운동 및 구동 샤프트(130)의 회전의 각각의 1/2 사이클에서의 압력 변화에 응답하여 2차 블로바이에 의해 적절하게 연속적으로 유동한다. 물론, 펌프(110)에서 상이한 점으로서, 각각의 피스톤(116)이 전진 위치로 이동하면 각각의 실린더(114) 내에는 보다 낮은 유체 압력이 존재하며, 각각의 피스톤(116)이 주 구동부(미도시)에 의한 구동 샤프트(130)의 회전에 의해 그 연장 위치로부터 완전히 후퇴된 위치로 이동됨에 따라 실린더 벽과 각각의 피스톤(116)의 외주 사이에 고압 유체가 유입된다.In fact, most of the above descriptions of the
그러나, 당업자는 전술한 실린더(114)로 회귀하는 2차 최소 유체 유동이 "손실"이 아니라는 것을 이해하여야 한다. 그 대신, 펌프와 모터를 상호연결하는 공지된 유압 유체 폐루프로 즉시 복귀한다. 즉, 이러한 2차 유체 유동은 섬프로 복귀하지 않으므로, 급기 펌프에 의해 폐루프 유압 시스템을 보충할 필요가 없다. 또한, 각각의 실린더(114)의 단부에 있는 시일(144)을 지나 폐쇄된 연속 윤활 통로(140, 142)로부터 유출되는 유체의 유동은 최소로 될 수 있으며, 이러한 최소의 블로바이는 각각의 피스톤(116)의 반대쪽 단부 근방에서 들어가는 유사한 최소의 유체 유동에 의해 즉시 보충된다.However, those skilled in the art should understand that the secondary minimum fluid flow returning to the cylinder 114 described above is not "loss". Instead, it immediately returns to a known hydraulic fluid closed loop interconnecting the pump and motor. That is, since this secondary fluid flow does not return to the sump, there is no need to supplement the closed loop hydraulic system by the air supply pump. In addition, the flow of fluid exiting the closed continuous lubrication passages 140, 142 past the seal 144 at the end of each cylinder 114 can be minimized, such that a minimum blow-by It is immediately replenished by a similar minimum fluid flow entering near the opposite end of 116.
전술한 바와 같이, 본 발명은 (a) 각각의 피스톤의 외측 단부와 통상적인 회전/경동 회전사판의 경동만 하는 워블러 부분 사이에 일반적으로 장착되는 도그본의 생략, 및 (b) 도 1 및 도 3에 나타낸 실시예에서, 워블러 부분 그 자체, 및 비회전 워블러를 회전사판의 회전/경동 로터에 장착하기 위한 통상적인 장치의 생략에 의해, 기계의 회전사판 장치를 간소화할 수 있다.As noted above, the present invention provides for (a) the omission of a dogbone which is generally mounted between the outer end of each piston and the wobbler portion that only tilts of a conventional rotary / tilt swash plate, and (b) Figures 1 and In the embodiment shown in FIG. 3, the rotational swash plate apparatus of the machine can be simplified by omitting the wobbler portion itself and the conventional device for mounting the non-rotating wobbler to the rotating / tilting rotor of the swash plate.
계속해서 도 3을 참조하면, 펌프(110)의 로터(128)는 축(132)과 직각인 축(129)을 중심으로 하여 구동 샤프트(130)에 피벗식으로 장착된다. 그러므로, 로터(128)가 구동 샤프트(130)와 함께 회전하는 동안에 축(130)에 대한 그 경사도는 0°(즉, 직각) 내지 ±25°로 가변될 수 있다. 이러한 가변 경사는 다음과 같이 조절된다. 축(129)을 중심으로 한 로터(128)의 피벗은 구동 샤프트(130)를 감싸고 축상에서 이동 가능한 슬라이딩 칼라(180)의 위치에 의해 결정된다. 조절 링크(182)는 칼라(180)를 로터(128)를 로터(128)와 연결하여, 구동 샤프트(130)의 표면을 따라 축방향으로 이동하는 칼라(180)가 로터(128)를 축(129)을 중심으로 하여 피벗하도록 한다. 예를 들어, 칼라(128)가 도 3의 우측으로 이동하면, 로터(128)의 경사는 +25°로부터 0°(즉, 직각)를 거쳐 -25°로 연속적으로 가변된다.With continued reference to FIG. 3, the
칼라(180)의 축방향 이동은, 요크(186)가 요크 조절 암(188)의 관절(articulation)에 의해 요크 샤프트(190)의 축을 중심으로 하여 회전됨에 따라 요크(186)의 핑커(814)에 의해 조절된다. 요크(186)는 요크 암(188)의 바닥에 연결되는 통상적인 리니어 서보 메커니즘(미도시)에 의해 동작된다. 본 바람직한 실시예에서, 요크(186) 부재의 나머지는 모두 모듈형 회전사판 하우징(192) 내부에 수납되고 요크 샤프트(190)는 하우징(192)에 고정된 베어링에 지지되며, 요크 조절 암(188)은 하우징(192)의 외부에 위치된다.The axial movement of the
회전사판(128)은, 조절 링크(182)와 실질적으로 동일하며 마찬가지로 칼라(180)에 연결되지만 칼라(180)의 정반대쪽에 위치되는 섀도우 링크(194)에 의해 균형을 유지한다.The rotating
<피스톤 슈 홀드-다운 어셈블리>Piston shoe hold-down assembly
유체의 압력은 피스톤(116)을 로터(128)의 방향으로 계속해서 편향시키고, 부하를 전달하기 위해 전술한 통상의 스러스트 플레이트 어셈블리가 제공된다. 그러나, 자동차에 사용하기 위한 작동 속도(예를 들어 4000rpm)에서는, 피스톤 슈(124)와 로터(128)의 편평면(126) 사이에서 계속적인 접촉을 보장하기 위해 추가의 편향 부하가 필요하다. 통상적인 도그본의 생략에 관한 본 발명의 관점에서, 본 발명의 가변 유압기계는 2개의 간단한 탄성 지지식 홀드-다운 어셈블리의 사용에 의한 상기 추가의 편향 부하를 제공하며, 상기 2개의 간단한 탄성 지지식 홀드-다운 어셈블리 중 하나는, 도 1에 나타낸 유압 모터와 관련하여 설명한 것과 유사하다.The pressure of the fluid continues to deflect the
< (a) 단일 스프링 지지식 홀드-다운 어셈블리><(a) Single spring supported hold-down assembly>
이하에서 설명하는 홀드-다운 어셈블리에 대한 본 발명의 제1 실시예는 도 3의 연속이지만, (a)는 도 3의 가상평면 4A-4A를 따라 취해 화살표 방향에서 본 확대도인 도 4A를 참조하고, (b)는 도 1에 나타낸 것과 동일하며 이해를 돕기 위해 부품을 생략한 확대도인 도 4B를 참조한다.The first embodiment of the present invention for the hold-down assembly described below is a continuation of FIG. 3, but (a) is an enlarged view taken from the direction of the arrow along the imaginary plane 4A-4A of FIG. And (b) refers to FIG. 4B, which is the same as that shown in FIG. 1 and which is an enlarged view of omitted parts for clarity.
펌프(110)용 홀드-다운 어셈블리는 샤프트(130)를 중심으로 하여 위치되고 축(132)을 중심으로 하여 시린더 블록(112) 둘레에 형성되는 적절한 크레비스(152) 내에 수용되는 코일스프링(150)을 포함한다. 코일스프링(150)은 또한 샤프트(130) 및 축(132)을 중심으로 하여 원주상에 위치되는 홀드-다운 부재(154)를 탄성 지지한다. 홀드-다운 부재(154)에는 각각의 피스톤(116)의 네크(120)를 각각 감싸는 복수의 환형 개구부(160)가 제공된다. 홀드-다운 부재(154)와 각각의 피스톤 슈(124) 사이에는 복수의 스페셜 와셔(156)가 각각 위치된다. 각각의 와셔(156)는 각각의 슈(124)의 외주와 접촉하여 슈를 항상 로터(128)의 편평면(126)과 접촉하고 있도록 하는 연장부(158)를 갖는다.The hold-down assembly for the
회전사판 및 피스톤 슈 홀드-다운 어셈블리의 부품의 전술한 위치는 기계가 작동하는 동안에 로터(128)의 경사도가 변화됨에 따라 변화된다. 이들 상대적인 위치의 변화는 로터(128)의 여러 경사도, 즉 도 4A 및 4B의 +25°, 도 5A 및 도 5B 의 +15°, 도 6A 및 도 6B의 0°, 도 7A 및 도7B의 -25°로 예시된다. [주: 당업자는 각각의 피스톤 슈(124)가 로터(128)의 편평면(126)과 접촉하는 슈(124)의 편평면 중심의 통상적인 압력 밸런싱 공동을 가지며, 각각의 슈 공동은 적절한 슈 채널(162) 및 피스톤 채널(164)을 통해 연결됨으로써 슈/로터 인터페이스에 존재하는 유체 압력이 각각의 피스톤(116)의 헤드에 있는 유체 압력과 항상 동등하도록 한다는 것을 이해하여야 한다. 피스톤 채널(164)이 각각의 피스톤(116)의 구형 헤드(118)의 중심을 통과하기 때문에, 채널(164)의 위치는 홀드-다운 어셈블리의 여러 부품의 상대 이동을 용이하게 하는데 이용될 수 있다.]The aforementioned positions of the components of the swash plate and the piston shoe hold-down assembly change as the inclination of the
도 6A 및 6B에 나타낸 0°의 경사도에서 이들 부품의 상대적인 위치를 참조하면, 각각의 피스톤 채널(164)(각각의 피스톤(116)의 각각의 구형 헤드(118)의 중심에 있음)은 홀드-다운 부재(154)의 환형 개구부(160) 각각에 대하여 동일한 반경방향 위치를 갖는다. 회전사판(128)의 다른 경사도를 나타내는 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 0°가 아닌 모든 경사도에서, 각각의 피스톤 채널(164)의 상대적인 반경방향 위치는 각각의 개구부(160)에 대하여 상이하며, 각각의 스페셜 와셔(156)의 상대적인 위치 또한 상이하다.Referring to the relative position of these parts at the 0 ° inclination shown in FIGS. 6A and 6B, each piston channel 164 (at the center of each
이들 예시된 회전사판의 각각의 경사도에서, 9개의 개구부 각각에서의 상이한 상대적인 위치는 이들 각각의 경사도에서 로터(128)가 1회 회전 및 경동함에 따라 그 자체가 연속적으로 변화한다. 예를 들어, 도 4A에 나타낸 경사도에서, 로터(128)의 각각의 회전 중에 홀드-다운 부재(154)의 상부(즉, 12시 방향)에 있는 개구부(160)만을 통해 이동이 일어나는 것으로 하여 보면, 상부 개구부(160)에서 볼 수 있는 부품의 상대 위치는 나머지 8개의 개구부(160) 각각에 나타낸 상대 위치와 대응되도록 연속적으로 변화되게 된다.At each of the slopes of these illustrated swash plates, the different relative positions in each of the nine openings change continuously as the
즉, 0°가 아닌 경사도(즉, 도 7A에 나타낸 -25°)에서, 로터(128)의 각 회전 중, 각각의 스페셜 와셔(156)는 각각의 슈(124)가 로터(128)의 편평면(126) 위를 미끄러짐에 따라 동시에 홀드-다운 부재(154)의 표면 위를 미끄러지고, 이들 각각의 부품은 다른 8개의 개구부(160) 각각에서 볼 수 있는 여러 위치 각각을 통해 자체의 개구부(160)에 대하여 변화한다. 이들 상대 운동은 ±25°에서 가장 크며, 각각은 회전사판 로터(128)의 경사도 및 고정된 실린더 블록(112)의 피스톤(116) 각각의 수평 위치에 의해 그 크기가 다양한 순환 경로(렘니스케이트(lemniscate), 즉 "숫자 8"의 궤적을 나타냄)를 따른다.That is, at non-zero inclinations (i.e., -25 ° shown in FIG. 7A), during each rotation of
그러므로, 각각의 슈(124)와 로터(128)의 편평면(126) 사이의 적절한 접촉을 보장하기 위해, 바람직한 실시예에서는, 각각의 개구부(160)의 크기는 개구부(160)의 경계가 로터(128)의 각각의 회전 중에 항상 각각의 스페셜 와셔(156)의 표면의 절반 이상과 접촉을 유지하도록 선택되며, 도 4A 내지 도 7A의 도면에 나타낸 바와 같이 스페셜 와셔(156)의 상대 위치 및 개구부(160) 각각의 경계로부터 볼 수 있는 로터(128)의 모든 경사도에 대하여 선택된다.Therefore, in order to ensure proper contact between each
또한, 각각의 슈(124) 및 그와 짝을 이루는 스페셜 와셔(156)는 강화 열가소성 수지재(reinforced thermoplastic resin material)를 사용하여 제조되는 것이 바람직하다. 이들 짝을 이루는 부품은 또한 조합되어 하나의 열가소성 슈/와셔 조합을 형성하며, 슈 부분은 각각의 피스톤(16', 22)의 구형 헤드(118)를 중심으로 하여 형성되도록 제조된다. 마찬가지로, 강화 열가소성 수지를 사용함으로써 스러스트 베어링 어셈블리(35)의 비용 및 복잡성이 상당히 저감될 수 있다.In addition, each
< (b) 다중 스프링 지지식 홀드-다운 어셈블리><(b) Multi-Spring Supported Hold-Down Assembly>
홀드-다운 어셈블리에 관한 본 발명의 제2 실시예는 조립이 약간 더 난해하지만, 상당히 간단하고 비용이 저렴하다. 본 제2 실시예를 본 발명에 따른 또 다른 유압기계(210)의 단일 피스톤을 부분적으로 확대하여 단면도로 도 8에 나타내었다. 피스톤(216)은 실린더(214) 내부에 고정된 모듈형 실린더 블록(212)으로서 위치된다. 실린더(214)는 외주에 형성되는 각각의 윤활 채널(40")에 의해 반경방향으로 가로질러 횡단된다. 전술한 다른 유압기계에 관하여 설명한 것과 마찬가지 방식으로, 윤활 채널(40")은 복수의 통로에 의해 다른 실린더의 유사한 채널과 상호연결되어 실린더 블록(212) 내에서 연속하는 윤활 통로를 형성한다. 마찬가지로, 각각의 윤활 채널(40")로부터 윤활 유체의 손실을 최소화하기 위해 각각의 실린더(214)의 개방 단부 근처에는 서라운딩 시일(244)이 위치된다.The second embodiment of the present invention with respect to the hold-down assembly is slightly more difficult to assemble, but is quite simple and inexpensive. This second embodiment is shown in FIG. 8 in a sectional view, partially enlarged, of a single piston of another
고정된 실린더 블록(212)과 도 1 및 도 3에 나타낸 모듈형 실린더 블록 사이의 차이는 단지 고정된 실린더 블록(212)이 대형의 축방향 원주형 코일스프링이나 이 코일스프링을 유지하기 위한 축방향 원주형 크레비스를 포함하지 않는다는 것이다.The difference between the fixed
도시하지는 않았지만, 유압기계(210)의 고정된 모듈형 실린더 블록(212)은 고정 각도 모듈형 회전사판 어셈블리(도 1) 또는 가변 각도 모듈형 회전사판 어셈블리(도 3)에 연결될 수 있지만, 어느 경우에도 유압기계(210)는 홀드-다운 어셈블 리를 보다 간소화시킨다. 특히, 본 실시예의 홀드-다운 어셈블리는 각각의 코일스프링(250)과만 조합되어 있는 각각의 피스톤(216)에 대하여 각각의 통상적인 피스톤 슈(224)만을 포함한다. 상기 각각의 코일스프링(250)은 또한 각각의 피스톤(216)과 연관된다.Although not shown, the fixed
각각의 피스톤 슈(224)는 전술한 제1 홀드-다운 어셈블리에 나타낸 통상적인 슈와 유사하며, 마찬가지로 피스톤(216)의 구형 헤드(218) 상에 장착되어 전술한 것과 유사한 방식으로 기계의 회전사판 로터(228)의 표면 상에 형성되는 편평면(226) 위를 슬라이드하도록 한다. 각각의 코일스프링(250)은 각각의 실린더(214)의 밸브 단부에 있는 유압 밸브 포트(237)를 중심으로 하여 둘레에 각각 배치되고 각각의 피스톤(216)의 몸체 부분 내부에 각각 위치된다.Each
전술한 방식에서, 각각의 슈(224)는 각각의 피스톤(216)의 수평 위치 및 축(230)에 대한 로터(228)의 경사도의 크기를 가변시키는 렘니스케이트 동작에 의해 로터(228)의 편평면(226) 위를 미끄러진다. 유압기계(210)가 정상적으로 작동하는 동안, 슈(224)는 유체 압력에 의해 회전사판의 편평면(226)과 접촉을 유지한다. 그러므로, 코일스프링(250)에 의해 제공되는 스프링 바이어스가 최소가 되지만 각각의 실린더(214)의 밸브 단부에서의 유체 압력의 부재 하에 각각의 슈(224)와 편평면(226) 사이의 슬라이딩 접촉을 효과적으로 유지하기에 여전히 충분하다.In the manner described above, each
전술한 스프링의 최소 바이어스(250)는 조립을 용이하게 할 뿐만 아니라 조립하는 동안이나 마모에 의해 발생하는 미세 먼지 및 금속 조각의 개재를 방지하기에도 충분하다. 또한, 본 제2 실시예는 매우 저렴한 부품만으로도 필요한 기능을 제공한다는 사실을 이해하여야 한다.The minimum bias 250 of the spring described above not only facilitates assembly but also is sufficient to prevent the inclusion of fine dust and metal fragments generated during assembly or by abrasion. It should also be understood that this second embodiment provides the necessary functionality with only very low cost components.
전술한 펌프/모터 및 본 발명의 다른 유압기계 모두는 윤활 및 피스톤/회전사판 인터페이스가 상당히 간단하고 제조비용이 비교적 저렴하기 때문에, 효과적인 작동 및 체적 효율의 증대에 필요한 부품의 수를 저감시킴으로써 한층 경제적이다.Both the aforementioned pumps / motors and other hydraulic machines of the present invention are more economical by reducing the number of parts required for effective operation and increased volumetric efficiency, since the lubrication and piston / swash plate interfaces are quite simple and the manufacturing costs are relatively low. to be.
Claims (19)
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