CN103982416A - 一种柱塞组件及其套装式的封闭空心柱塞 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套装式的封闭空心柱塞，包括柱塞芯和套装固定于所述柱塞芯的柱塞套，所述柱塞芯具有凹槽；所述柱塞套封闭所述凹槽的开口，以形成密封的腔室。在封闭空心柱塞的轴向，柱塞芯和柱塞套各自均为整体式结构，并无拼接现象，并且套装安装方便、快捷，套装后采用焊接、螺纹连接等方式固定即可，由于其具有封闭的空心腔室，因此，其不仅具有较轻的重量和较小的噪音，而且，与现有技术的封闭空心柱塞相比，其整体强度较高，即使在高速直线运动下也不会轻易折断。本发明还公开了一种空心柱塞。

Description

一种柱塞组件及其套装式的封闭空心柱塞

技术领域

本发明涉及动力机械技术领域，特别涉及一种柱塞组件及其套装式的封闭空心柱塞。

背景技术

液压柱塞泵或者马达是机械领域的主要动力元件，而柱塞组件是二者的核心零部件。柱塞组件包括柱塞和与柱塞连接的滑靴，柱塞的一端具有球头，而滑靴与柱塞连接的一端具有球窝，二者通过球头和球窝配合连接。柱塞在缸体内直线运动时，液压力传递至球头，并通过滑靴的球窝传递出去，从而实现输出高压油或者输出扭矩。

柱塞包括实心柱塞和空心柱塞，空心柱塞的主体为圆筒形，油液可以从中流过，相同尺寸的空心柱塞比实心柱塞的重量轻得多。无论是空心柱塞还是实心柱塞，多由合金钢制成。

随着泵、马达技术的发展以及主机对泵、马达等的要求越来越高，马达、柱塞泵的最高转速越来越大，柱塞的直线往复运动速度和转动速度也越来越大，柱塞在工作过程中易产生噪声并与柱塞孔磨损。

请参考图1，图1为一种典型的空心柱塞的剖视图。

如图1所示为一种封闭式的空心柱塞，其包括球头1和互相对接的前半段2和后半段3，两段均具有开放的腔室4。对接前，通过磨具对柱塞毛坯进行挤压，而形成上述腔室4；之后，由电机带动前半段2高速旋转，并将后半段3压向旋转的前半段2，接触面产生大量的热量而发生塑性变形，停止后施加压力完成焊接，该种焊接方式成为摩擦焊。

上述形式的空心柱塞虽然具有较小的重量及惯性力，而能够在一定程度上减小噪声的产生，但是其为两段焊接，并且柱塞具有一定的轴向尺寸，其在缸体内往复运动时将易折断；另外，深环形容腔需要借助专用模具，加工复杂，成本极高；最后，摩擦焊的焊接方式对设备要求很高，施工效率较低。

因此，如何使得空心柱塞在重量较轻、噪音较小的基础上，其结构强度较高，而能够适应高速运动，并且加工简单、快捷，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的为提供一种套装式的封闭空心柱塞，该封闭空心柱塞在重量较轻、噪音较小的基础上，其结构强度较高，而能够适应高速运动，并且加工简单、快捷。本发明的另一目的为提供一种柱塞组件。

为解决上述技术问题，本发明提供一种套装式的封闭空心柱塞，包括柱塞芯和套装固定于所述柱塞芯的柱塞套，所述柱塞芯具有凹槽；所述柱塞套封闭所述凹槽的开口，以形成密封的腔室。

在封闭空心柱塞的轴向，柱塞芯和柱塞套各自均为整体式结构，并无拼接现象，并且套装安装方便、快捷，套装后采用焊接、螺纹连接等方式固定即可，由于其具有封闭的空心腔室，因此，其不仅具有较轻的重量和较小的噪音，而且，与现有技术的封闭空心柱塞相比，其整体强度较高，即使在高速直线运动下也不会轻易折断。

优选地，所述凹槽沿周向整周形成。

优选地，所述腔室延伸至所述柱塞芯的根端和头端。

优选地，所述柱塞芯的所述头端和/或所述根端具有柱塞芯台阶面；所述柱塞套套装于所述柱塞芯后，与所述柱塞芯台阶面卡止。

优选地，所述柱塞芯台阶面朝向所述柱塞芯的头端。

优选地，所述柱塞套设置有朝向所述根端的柱塞套台阶面，所述柱塞套台阶面与所述柱塞芯台阶面配合卡止。

优选地，所述柱塞芯与所述柱塞套扩散焊接。

优选地，所述柱塞套由自润滑耐磨钢制成。

本发明还提供一种柱塞组件，包括封闭空心柱塞和与所述封闭空心柱塞连接的滑靴，所述封闭空心柱塞为上述任一项所述的封闭空心柱塞。

该柱塞组件与上述封闭空心柱塞具有相同的有益效果。

优选地，所述封闭空心柱塞具有球窝，所述滑靴具有球头，所述球窝包住所述球头，以使所述封闭空心柱塞与所所述滑靴连接。

附图说明

图1为一种典型的封闭空心柱塞的剖视图；

图2为本发明提供的封闭空心柱塞一种具体实施方式的剖视图；

图3为图2中的封闭空心柱塞的A部位局部放大图，示出柱塞芯柱塞芯台阶面；

图4为图2中的封闭空心柱塞的A部位局部放大图，示出柱塞套具有柱塞套台阶面；

图5为本发明提供的封闭空心柱塞的另一种实施方式的剖视图；

图6为本发明提供的柱塞组件的一种实施方式的剖视图，示出其具有封闭空心柱塞。

图1：

球头1、前半段2、后半段3、腔室4

图2-图6：

柱塞芯1、第一凸形部111、柱塞芯台阶面1110、第一端面1111、第一本体面1112、第二凸形部112、柱塞套台阶面1120、第二端面1121、第二本体面1122、凹槽12、腔室13、柱塞套2、球窝3、球头4、通油孔5

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2，图2为本发明提供的封闭空心柱塞一种具体实施方式的剖视图。

本发明提供一种封闭空心柱塞，包括柱塞芯1和柱塞套2，柱塞套2套装在柱塞芯1的外部，二者套装后能够互相固定而成为一个整体。柱塞芯1具有凹槽12，柱塞套2套装于柱塞芯1后，封闭上述凹槽12的开口，而形成密封的腔室13，使得油液无法通过该腔室13。

在封闭空心柱塞的轴向，柱塞芯1和柱塞套2各自均为整体式结构，并无拼接现象，并且套装安装方便、快捷，套装后采用焊接、螺纹连接等方式固定即可，由于其具有封闭的空心腔室，因此，其不仅具有较轻的重量和较小的噪音，而且，与现有技术的封闭空心柱塞相比，其整体强度较高，即使在高速直线运动下也不会轻易折断。

具体地，上述凹槽12沿柱塞芯1的周向整周开设，使得上述腔室13为绕柱塞芯1的轴向形成的环形。加工时，沿封闭空心柱塞的轴向找到一固定位置，以该固定位置为基准整周车削柱塞芯1，即可形成上述凹槽12，进而与柱塞套2配合形成上述密封的腔室13。应当理解，该凹槽12沿柱塞芯1轴向的尺寸应该尽量大，或者数目尽量多，以尽量获得较大尺寸的封闭腔室13，而减少封闭空心柱塞重量。

该实施方式整周利用柱塞芯1，而使得封闭腔室13具有较大的容积，在很大程度上减少封闭空心柱塞重量，并且，整周加工，工艺简单，加工快捷；当然，柱塞芯1也可以沿周向间隔地设置凹槽12，只是封闭腔室13的容积较小，加工位置较多，效率较低。

为描述方便，定义封闭空心柱塞与滑靴连接的一端为根端，并且，根端具有与滑靴连接的球头4，如图2中左端；与根端相对的一端为头端，如图2中右端。

更具体地，上述腔室13可以延伸至柱塞芯1的根端和头端，也就是说，该实施方式中的凹槽12数目为一(如图2所示)。

应当理解，由于设置有上述凹槽12，上述柱塞芯1包括与柱塞套2紧贴的第一凸形部111和第二凸形部112，二者分别设置于柱塞芯1的根端和头端，而凹槽12位于二者之间，并且，第一凸形部111与凹槽12的根端连接，第二凸形部112与凹槽12的头端连接

当然，凹槽12也可以为多个，但是，柱塞芯1应该具有与各凹槽12的两端连接的凸形结构，使得柱塞芯1的凸形结构与柱塞套2紧贴而密封腔室13。

单一凹槽12可获得较大的腔室13容积，并且工艺简单，而增加凹槽12数目的同时也必然增加凸形结构的数目，同时减小腔室13的容积，不仅不利于封闭空心柱塞的减重，加工工艺也将更为复杂，因此，单一凹槽12两端分别设置第一凸形部111和第二凸形部112为优选的实施方式。

进一步地，柱塞芯1的头端，即第一凸形部111还可以具有柱塞芯台阶面1110，该第一台阶面1110可以朝向头端设置，也可以朝向根端设置。并且，柱塞芯台阶面1110的两侧分别具有靠近根端的第一端面1111和靠近头端的第一本体面1112。柱塞套2套装于柱塞芯1后，将与柱塞芯台阶面1110卡止。

应当理解，柱塞芯台阶面1110实际上为环形台阶，而第一端面1111和第一本体面1112均为绕柱塞芯1的轴线形成的圆筒形曲面。

组装封闭空心柱塞时，柱塞套2相对柱塞芯1从轴线的一端(头端或者根端)套入，通过合理设置上述柱塞芯台阶面1110的位置，能够有效避免柱塞套2套装过度或者套装不足，进而避免柱塞套2与柱塞芯1定位不稳，使得柱塞套2卡止于预定位置，而该预定位置设计为柱塞套套装到位的位置，显然，设置该柱塞芯台阶面1110后，将提高柱塞套2与柱塞芯1的定位准确性。

应当理解，第二凸形部112也可以具有该柱塞芯台阶面1110，或者第一凸形部111和第二凸形部112同时具有该柱塞芯台阶面1110。

更进一步地，柱塞芯台阶面1110可以朝向柱塞芯1的头端，与该设计方案相匹配地，柱塞套2应该按照图2中实线箭头方向套入，即从柱塞芯1的头端套向根端。

将封闭空心柱塞安装于柱塞组件上的方式包括以下两种：第一，柱塞套2和柱塞芯1先套装，完毕后，再与滑靴连接；第二，先将柱塞芯1连接于滑靴，再将柱塞套2套装于柱塞芯1。

第二种方式中，滑靴等组件将限制柱塞套2从根端套装；第一种方式中，当球头4(可以位于封闭空心柱塞上也可以位于滑靴上)半径大于柱塞芯1最大半径时，球头4也将同样限制柱塞套2从根端套入。

因此，该实施方式中，柱塞套2从封闭空心柱塞的头端套入(即图2中的实线箭头方向)，无论采用第一种方式还是采用第二种方式，均能够保证套装不受干涉而顺利完成。

当然，也可以反向设置柱塞芯台阶面1110，即柱塞芯台阶面1110朝向柱塞芯1的根端。相应地，柱塞套2应该沿图2中虚线箭头套入，即从柱塞芯1的根端套向头端。

请参考图3和图4，图3为图2中的封闭空心柱塞的A部位局部放大图，示出柱塞芯具有柱塞芯台阶面；图4为图2中的封闭空心柱塞的A部位局部放大图，示出柱塞套具有柱塞套台阶面。

如图3和图4所示，柱塞套2应该具有与柱塞芯台阶面1110相匹配的柱塞套台阶面1120，和位于其两侧的第二端面1121和第二本体面1122。柱塞套2套入柱塞芯1后，柱塞套台阶面1120将卡止于柱塞芯台阶面1110，第二端面1121与第一端面1111贴合，第二本体面1122与第一本体面1112贴合。同样地，柱塞套台阶面1120为环形台阶，而第二端面1121和第二本体面1122均为绕柱塞芯1的轴线形成的圆筒形曲面。

也可以并不设置柱塞套台阶面1120，而使得第一端面1111与柱塞套2的外周壁对齐，即第一台端面1111裸露。只是，在封闭空心柱塞运动过程中，柱塞芯1的第一端面1111与柱塞套2的接缝将与柱塞孔接触，从而使得封闭空心柱塞的外周壁相对粗糙。

若柱塞套2设置有柱塞套台阶面1120，则第二端面1122环抱住凸形部11的第一端面1111，封闭空心柱塞运动过程中，与柱塞孔接触的始终是完整的柱塞套2，由于不具有接缝，封闭空心柱塞与柱塞孔接触的表面相对光滑，有利于减小运动阻力，减小柱塞套2和柱塞孔的磨损，而提高工作效率。

请参考图5，图5为本发明提供的封闭空心柱塞的另一种实施方式的剖视图。

在另一种实施方式中，还可以将柱塞芯台阶面1110设置在第二凸形部112，此时，需要将柱塞套2靠近封闭空心柱塞头端处加工出凸台。该实施方式同样能够达到定位柱塞套2的目的。但是，若要加工凸台，或者通过对与凸台径向尺寸相同的柱塞套2进行车削，或者将成型的凸台焊接于柱塞套2；前者需要车削除去较多的柱塞套2材料，浪费较多，成本较高，后者焊接工艺复杂，费时费力；而于第一凸形部111加工上述柱塞芯台阶面1110，仅需要分别对等厚的圆筒形柱塞套2和圆柱形凸形部11简单车削即可形成，工艺简单，节省材料。

当然，还可以在第一凸形部111和第二凸形部112同时加工柱塞芯台阶面1110，但是，实际上，仅一个柱塞芯台阶面1110即足够实现定位效果。可见，仅在第一凸形部111设置柱塞芯台阶面1110的实施方式更为优选。

上述各实施方式中，均可以通过扩散焊的方式将柱塞套2与柱塞芯1固定，需要说明的是，柱塞芯1的第一凸形部111和第二凸形部112应该同时与柱塞套2焊接。

在具有柱塞芯台阶面1110的方案中，将柱塞套2逐渐套入柱塞芯1；使柱塞套台阶面1120与柱塞芯台阶面1110卡合，将粉末焊剂置于柱塞套2与柱塞芯1的端面缝隙处，加热至焊剂熔化，使焊剂渗入缝隙，并扩散至柱塞芯1和柱塞套2内部，实现可靠的连接。

可见，该种焊接方式十分适用于本发明提供的封闭空心柱塞，不仅工艺简单，而且一旦形成焊缝，柱塞套2和柱塞芯1将牢靠地被连接在一起，而不存在供油液泄露的缝隙。

还可以通过螺纹连接等方式实现柱塞套2和柱塞芯1的相对固定，只是，此时需要与密封圈等结构配合，而实现密封。

上述柱塞套2优选为用自润滑耐磨钢制成。自润滑耐磨钢是一种以铁为基，并添加钼等化学元素而提高耐磨性能和润滑性能的材料，其具有耐磨损、自润滑的特性；并且，双金属结合后，其强度更高、热处理性能好、更易加工。

采用自润滑耐磨钢能够有效改善封闭空心柱塞和柱塞孔的磨损状况，提高封闭空心柱塞的工作性能，以适应泵、马达的更高转速。

另外，上述各实施方式中的封闭空心柱塞均可以在柱塞芯1的中心部位沿轴向开设有贯穿头端和根端的通油孔5，并且，该通油孔5应该贯穿球头4，直至滑靴底部，使得滑靴与其他金属部件之间形成具有一定刚度的油膜，当供油压力和负载载荷变化时，油膜的厚度变化，而不会破坏，从而保证滑靴与其他金属部件的可靠润滑和静压支撑。

本发明还提供一种柱塞组件，其具有滑靴和与滑靴连接的封闭空心柱塞，该封闭空心柱塞为上述各实施方式中的封闭空心柱塞，因此，该柱塞组件与上述封闭空心柱塞具有相同的有益效果。

请参考图6，图6为本发明提供的柱塞组件的一种实施方式的剖视图，示出其具有封闭空心柱塞。

如图6所示，本发明提供的柱塞组件的封闭空心柱塞可以具有球窝3，而滑靴具有球头，球窝3包住球头而实现封闭空心柱塞与滑靴的连接。由于球窝3设置在封闭空心柱塞上，因此，球窝3可以与封闭空心柱塞为相同的材料，即钢材料。

典型的位于滑靴上的球窝3一般为铜材料，由于钢材料的强度与铜材料相比较高，那么，对于相同尺寸的球头，钢材料的球窝3尺寸较铜材料小，如此可以得到更大的滑靴摆角，而适应更多工况。

以上对本发明所提供的一种柱塞组件及其封闭空心柱塞进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种套装式的封闭空心柱塞，其特征在于，包括柱塞芯(1)和套装固定于所述柱塞芯(1)的柱塞套(2)，所述柱塞芯(1)具有凹槽(12)；所述柱塞套(2)封闭所述凹槽(12)的开口，以形成密封的腔室(1120)。

2.如权利要求1所述的封闭空心柱塞，其特征在于，所述凹槽(12)沿周向整周形成。

3.如权利要求2所述的封闭空心柱塞，其特征在于，所述腔室(1120)延伸至所述柱塞芯(1)的根端和头端。

4.如权利要求3所述的封闭空心柱塞，其特征在于，所述柱塞芯(1)的所述头端和/或所述根端具有柱塞芯台阶面(1110)；所述柱塞套(2)套装于所述柱塞芯(1)后，与所述柱塞芯台阶面(1110)卡止。

5.如权利要求4所述的封闭空心柱塞，其特征在于，所述柱塞芯台阶面(1110)朝向所述柱塞芯(1)的头端。

6.如权利要求5所述的封闭空心柱塞，其特征在于，所述柱塞套(2)设置有朝向所述根端的柱塞套台阶面(1120)，所述柱塞套台阶面(1120)与所述柱塞芯台阶面(1110)配合卡止。

7.如权利要求1-6任一项所述的封闭空心柱塞，其特征在于，所述柱塞芯(1)与所述柱塞套(2)扩散焊接。

8.如权利要求7所述的封闭空心柱塞，其特征在于，所述柱塞套(2)由自润滑耐磨钢制成。

9.一种柱塞组件，包括封闭空心柱塞和与所述封闭空心柱塞连接的滑靴，其特征在于，所述封闭空心柱塞为权利要求1-8任一项所述的封闭空心柱塞。

10.如权利要求9所述的柱塞组件，其特征在于，所述封闭空心柱塞具有球窝(3)，所述滑靴具有球头，所述球窝(3)包住所述球头，以使所述封闭空心柱塞与所述滑靴连接。