一种章动原理的高速往复泵驱动端
阅读说明：本技术 一种章动原理的高速往复泵驱动端 (High-speed reciprocating pump driving end based on nutation principle ) 是由 付家全 于 2020-04-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种章动原理的高速往复泵驱动端,其特征在于,包括曲轴、斜盘、斜盘限位装置、圆锥滚子轴承一、圆锥滚子轴承二、轴承锁紧螺母、球头连杆组件、十字头、十字头缸体、曲轴加强管、曲轴加强管垫块和紧定螺钉,其中所述斜盘在所述曲轴的曲拐和所述斜盘限位装置的共同作用下,做章动运动,所述曲轴每旋转360度,所述斜盘完成一个摆动周期回到原位,所述十字头在所述十字头缸体的滑道内,随着所述斜盘的章动,做往复运动。根据本发明的章动原理的高速往复式驱动端,结构紧凑,流量脉动小,振动小,十字头侧向力小,油浴润滑时,搅油损失小,曲轴具有形状简单、加工制造要求低、承载力较高和装配容易的优点。(The invention provides a high-speed reciprocating pump driving end based on a nutation principle, which is characterized by comprising a crankshaft, a swash plate limiting device, a first tapered roller bearing, a second tapered roller bearing, a bearing locking nut, a ball head connecting rod assembly, a crosshead cylinder body, a crankshaft reinforcing pipe cushion block and a set screw, wherein the swash plate does nutation motion under the combined action of a crank throw of the crankshaft and the swash plate limiting device, the swash plate returns to the original position after completing a swing cycle every 360 degrees of rotation of the crankshaft, and the crosshead does reciprocating motion in a slide way of the crosshead cylinder body along with the nutation of the swash plate. The high-speed reciprocating type driving end based on the nutation principle has the advantages of compact structure, small flow pulsation, small vibration, small cross head lateral force, small oil stirring loss during oil bath lubrication, simple shape of a crankshaft, low processing and manufacturing requirements, high bearing capacity and easiness in assembly.)
技术领域
本发明涉及高速往复泵驱动端技术领域，具体来说，本发明涉及一种章动原理的高速往复泵驱动端。
背景技术
如《往复泵设计》第十一章第三节所述，高速往复泵可以取消减速器，由电机直接驱动，使泵的结构简化，体积减小，重量减轻，从而降低生产成本；另外高速多缸结构，还可以显著减少流量脉动。
如《往复泵设计》第十一章第三节所述，传统的高速往复泵，柱塞通常采用对置平衡布置或沿径向布置，体积大，在一些对泵体积有要求的应用中，比如集成化反渗透系统，要求高压泵的体积非常紧凑，传统结构的高速往复泵通常难以布置。
应用章动原理的轴向发动机，例如US3171509，EP0453249A2专利，结构非常紧凑，反向利用可以作为一款适用于高冲程次数的往复泵驱动端：
其连杆质量小并且距离曲轴中心线近，惯性力小；
连杆球头摩擦线速度低，发热低；
十字头侧向力小，摩擦小，发热低；
但其曲轴形状复杂，滑动轴承多，加工制造要求高，润滑机制复杂，不适合往复泵驱动端应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种章动原理的高速往复泵驱动端，结构紧凑，流量脉动小，振动小，十字头侧向力小，油浴润滑时，搅油损失小，曲轴具有形状简单、加工制造要求低、承载力较高和装配容易的优点。
为解决上述技术问题，本发明提供一种章动原理的高速往复泵驱动端，其特征在于，包括曲轴、斜盘、斜盘限位装置、圆锥滚子轴承一、圆锥滚子轴承二、轴承锁紧螺母、球头连杆组件、十字头、十字头缸体、曲轴加强管、曲轴加强管垫块和紧定螺钉，其中所述球头连杆组件和所述十字头有多组，沿所述曲轴中心线做圆周布置，所述圆锥滚子轴承一的内圈安装在所述曲轴曲拐远离所述曲轴中心线的一端，所述圆锥滚子轴承一的外圈和所述圆锥滚子轴承二的外圈被固定在所述斜盘内，所述圆锥滚子轴承二的内圈安装在所述曲轴曲拐靠近所述曲轴中心线的一端，被所述轴承锁紧螺母锁紧，所述曲轴在曲拐靠近所述曲轴中心线的位置设有安装所述圆锥滚子轴承二内圈使用的工艺缺口，所述曲轴加强管套装在所述曲轴的圆柱面上，所述紧定螺钉布置在所述曲轴加强管上，把所述曲轴加强管垫块压紧在所述曲轴的工艺缺口处，所述曲轴曲拐中心线与所述所述曲轴中心线成一定角度，所述曲轴两侧由轴承支撑，绕所述曲轴中心线旋转，所述斜盘在所述曲轴的曲拐和所述斜盘限位装置的共同作用下，做章动运动，所述曲轴每旋转360度，所述斜盘完成一个摆动周期回到原位，所述球头连杆组件一端的球头铰接在所述斜盘上，另一端球头铰接在所述十字头上，所述十字头布置在所述十字头缸体的滑道内，随着所述斜盘的章动，做往复运动，多个所述球头连杆组件在所述斜盘一侧的球头的中心在同一平面上，该平面通过所述曲轴中心线与所述曲轴曲拐中心线的交点，与所述曲轴曲拐中心线垂直，所述斜盘的外侧形状是以所述曲轴曲拐中心线和所述曲轴中心线交点为中心的球面。
可选地，所述斜盘限位装置靠近所述斜盘一侧有圆锥齿轮，所述斜盘靠近所述斜盘限位装置一侧有圆锥齿轮，这两个圆锥齿轮的齿数相同，相互啮合。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的一种章动原理的高速往复泵驱动端，结构紧凑，流量脉动小，振动小，十字头侧向力小，油浴润滑时，搅油损失小；通过合理的布置轴承，设置工艺缺口并增加补强措施，曲轴具有形状简单、加工制造要求低、承载力较高和装配容易的优点。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1为本发明一个实施例的一种章动原理的高速往复泵驱动端的剖视图；
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述地其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
图1为本发明一个实施例的一种章动原理的高速往复泵驱动端的剖视图。如图1所示，该一种章动原理的高速往复泵驱动端可以包括曲轴1、斜盘2、斜盘拉板3、斜盘限位装置4、圆锥滚子轴承一5、圆锥滚子轴承二6、轴承锁紧螺母7、球头连杆组件8、十字头9、十字头缸体10、轴承间隔环11、曲轴加强管12、曲轴加强管垫块13和紧定螺钉14，其中球头连杆组件8及十字头9有多个，通常数量在7、9、11之间选择，这样数目柱塞的往复柱塞泵流量脉动显著减少，可以不再需要脉动缓冲器，其中球头连杆组件8及十字头9沿曲轴1中心线圆周布置，相比于传统的并排布置，结构紧凑。圆锥滚子轴承一5的内圈安装在曲轴1曲拐远离所述曲轴1中心线的一端，圆锥滚子轴承一5的外圈和圆锥滚子轴承二6的外圈被斜盘2和斜盘拉板3压紧，圆锥滚子轴承二6的内圈通过曲轴1左侧装入曲拐，被轴承锁紧螺母7锁紧，曲轴1曲拐中心线与曲轴1中心线成一定角度，曲轴1两侧由轴承支撑，绕曲轴1中心线旋转，斜盘2在曲轴1的曲拐和斜盘限位装置4的共同作用下，做章动运动，曲轴1每旋转360度，斜盘2完成一个摆动周期回到原位，球头连杆组件8一端的球头铰接在斜盘2上，另一端球头铰接在十字头9上，十字头9在十字头缸体10的滑道内，随着斜盘2的章动，做往复运动。采用章动原理驱动的所述球头连杆组件8，在斜盘2侧的球头的运动轨迹近似于一段以曲轴1中心线与曲轴1曲拐中心线的交点为中心的圆弧，传递给十字头9的侧向力非常小，摩擦和发热都较小，使十字头9适合高速运动。同时，采用章动原理驱动的所述球头连杆组件8，球头的摩擦线速度较小，球头的摩擦发热也较低。曲轴1在两侧由轴承固定，相比于悬臂式固定，有更好的刚度，变形小。轴向发动机的曲轴采用了比较多的滑动轴承，制造加工要求高，如果采用滚动轴承，可以大幅降低曲轴的加工制造难度。斜盘2的受力复杂，包括球头连杆组件8传递的推力、斜盘2本身快速章动的惯性力等，给斜盘2的滚动轴承的选择和合理布置带来一定的困难，采用本发明提供的两个圆锥滚子轴承来固定斜盘2的方案，可以同时满足斜盘2高速运动和较高承载力的要求，曲轴1制造加工难度降低，同时各零部件顺序装配，安装容易。
曲轴1在曲拐靠近曲轴1中心线的位置有安装圆锥滚子轴承二6内圈使用的工艺缺口。由于斜盘2的受力较大，布置圆锥滚子轴承一5及圆锥滚子轴承二6时，希望轴承间隔较大，以更好的承受斜盘2的扭矩，但是曲轴1的曲拐应尽量短，以减少离心力以及旋转线速度，在曲轴1上开工艺缺口，即可以增大圆锥滚子轴承一5及圆锥滚子轴承二6的轴承间隔，又可以避免增加曲轴1曲拐的长度。
曲轴加强管12套装在曲轴1的圆柱面上，紧定螺钉14布置在曲轴加强管12上，把曲轴加强管垫块13压紧在曲轴1的工艺缺口处。曲轴1通过补强，可以弥补布置工艺缺口带来的刚度下降，减少曲轴1受力时的变形，增大曲轴1的承载力。
轴承间隔环11位于圆锥滚子轴承一5的外圈及圆锥滚子轴承二6的外圈之间，方便调整圆锥滚子轴承一5及圆锥滚子轴承二6的间隔距离。
多个球头连杆组件8在所述斜盘2一侧的球头的中心在同一平面上，该平面通过曲轴1中心线与曲轴1曲拐中心线的交点，与曲轴1曲拐中心线垂直。多个球头连杆组件8在斜盘2一侧的球头位置满足这个要求时，在球头连杆组件8的两个球头中心距离不变的情况下，球头连杆组件8的摆动最小，十字头9的侧向力最小。
斜盘2的外侧形状是以曲轴1曲拐中心线和曲轴1中心线交点为中心的球面。这样斜盘2在做章动时外表面一直在同一个球面里，可以减少对润滑油的搅动，搅油损失减少。
斜盘拉板3的外侧形状是与斜盘2外侧球面重合的球面，曲轴1靠近斜盘拉板3的一部分形状是与斜盘2外侧球面重合的球面。这样斜盘拉板3的外侧表面以及曲轴1靠近斜盘拉板3的一部分在运动时一直与斜盘2的外侧表面在同一个球面里，可以减少润滑油的搅动，减少搅油损失。
斜盘限位装置4靠近斜盘2一侧有圆锥齿轮，斜盘2靠近斜盘限位装置4一侧有圆锥齿轮，这两个圆锥齿轮的齿数相同，相互啮合，可以让曲轴1每旋转一360度，斜盘2完成一个摆动周期回到原位，做章动运动，是一种承载力较高，运行平稳的斜盘限位装置。
相比于曲轴连杆往复泵，本发明的连杆组件质量较小，并且沿圆周方向均匀分布，距离曲轴中心线距离较短，连杆惯性力对整泵的振动影响较小。
本发明通过章动原理来驱动往复泵的十字头，结构紧凑，流量脉动小，振动小，十字头侧向力小，可以适应在高冲程次数下运行；同时曲轴具有形状简单、加工制造要求低、承载力较高和装配容易的优点；通过特殊的零件形状及结构布置，在采用油浴润滑时，搅油损失减少。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。
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