CN104160185B - 活塞保持装置和方法 - Google Patents

Abstract

在此提供了一种用于将活塞(18)联接到杆(22)上以形成缸组件(10)的装置和方法。该活塞具有攻丝孔(30)，该攻丝孔延伸通过该活塞以用于联接到该杆的第一螺纹区域(63)上。杆端(29)延伸超过该活塞构件(18)并且包括第二螺纹区域(89)，该第二螺纹区域用于联接到保持构件(26)的攻丝孔(83)。以例如最多约1000Nm的低扭矩将该活塞构件联接到该杆构件上。该活塞孔的螺纹区段和该杆构件的第一部分的第一螺纹区域各自的螺纹设计都可以是以大于0.125螺距的齿根半径形成或者具有MJ级螺纹。该保持构件可以包括多个彼此偏离的定位螺钉(96)，用于与该杆端进行摩擦接合。该杆与该活塞之间的螺纹螺距可以比该杆与该保持构件之间的螺纹螺距更粗。该杆与该活塞之间的交界面和密封区域可以设置成与该螺纹联接部(67)相比更靠近该活塞构件的杆端侧(31)。

Description

活塞保持装置和方法

技术领域

本发明内容总体上涉及一种活塞与杆组件、并且更具体地涉及一种用于将活塞与杆联接在一起的装置和方法。

背景技术

液压缸结构典型地包括与杆构件相联接的活塞构件从而形成活塞与杆组件。在过去已经使用了不同的联接结构来将活塞构件联接到杆构件上。

例如，在一种标准的活塞与杆组件中，提供了具有直径减小的螺纹末端的杆构件。活塞构件被提供成有待接纳在该杆构件末端上并且与邻近该杆构件末端的无螺纹区域可滑动接合。活塞螺母能与该杆构件末端可螺纹式接合以便使该活塞构件保持在该杆构件上。

在另一个实施例中，图1中示出了活塞与杆组件5。在此，活塞构件6本身通过使用标准M级螺纹被拧到杆端7上，这些螺纹具有约0.125螺距的齿根半径、或者当螺距是3时具有0.375mm的齿根半径。此外，为了防止该活塞构件与杆构件之间的相对旋转，使用穿过了该活塞构件本体的一对偏置sinuLOC^TM定位螺钉来接合该杆端。尽管图1中的组件对于较轻的负载，如低压力、低负载循环、和/或低寿命周期的应用(如在要求反铲式装载机的应用中所见)表现得令人满意，仍然需要一种可以处理较重负载的组件。

韩国专利申请公开号KR 20100094186 A描述了另一种活塞与杆组件。此公开文件披露了一种活塞与杆组件，该活塞与杆组件包括具有外螺纹末端的杆，该外螺纹末端与活塞的内螺纹孔配合。为了防止活塞从杆上松动，活塞螺母也被可螺纹式接合到该杆端上并且与该活塞接触。一个或多个定位螺钉被插入穿过相对应的径向开口以接合该杆端，这些径向开口径向地延伸经过该活塞螺母的内圆周。例如，两个定位螺钉被设置成相对于该杆的中心是偏离中心的。此外，在活塞与杆之间与杆端相比更靠近顶盖端的这种阶梯状交界面的位置令人不希望地增大了在交界面处的发展应力集中的危险并且因此增大了连接失效的危险。

如前所述，以前的活塞与杆组件可以实质上依赖于在杆与活塞的一种可滑动地接合的连接之间的接合作用，其中螺母被拧到杆端上用于使活塞构件与杆构件联接在一起。然而，对于此类配置而言，使用了例如像13,000Nm至20,000Nm的高扭矩来将螺母拧紧到杆端上并且形成在活塞与杆组件之间的保持性连接。由于应用高扭矩，这些螺纹被预加载张力，并且典型地只有螺母与杆端之间的前三个螺纹承受大部分负荷，而使剩余螺纹未得到充分利用。因此，从杆端和顶盖端两者的方向上施加的轴向负荷与预负荷相结合对这些螺纹提供了总体上更大的应力范围，从而使得螺纹高度易于疲劳和松动。为了将螺母联接到杆端上，该杆端通常被机加工成具有减小的有效截面积，由此使得较小的截面积承受较高的负荷。结果是，必须以一种获得较高强度的方式(例如由较高强度的材料来构成和/或进行热处理)来处理这个杆端，由此增大了生产的总成本和/或增大了应力集中的危险。此外，与低扭矩应用相比，通过高扭矩连接的螺纹接头的疲劳被显著降低。因此，与配备有现有技术联接安排的配置相比，减少或消除这种依赖可以有助于使结构配置更坚固或更加实用或经济。

在此描述的实施例是针对于克服与现有的活塞与杆组件相关联的缺点中的一个或多个缺点。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种与致动装置一起使用的活塞与杆组件。该组件可以包括活塞构件、杆构件、以及保持构件。该活塞构件可以具有在第一末端与第二末端之间延伸的活塞孔。该活塞孔可以是螺纹区段。该杆构件可以具有与该活塞孔的螺纹区段可螺纹式接合的第一螺纹区域。该杆构件的末端区域可以延伸超过该活塞构件的第二末端。可以沿该末端区域提供第二螺纹区域。该保持构件可以具有在其中延伸的保持孔。该保持孔可以具有与该杆构件的第二螺纹区域可螺纹式接合的螺纹部。该螺纹区段和该第一螺纹区域可以被形成为在外螺纹的齿根处具有大于0.125螺距(P)的齿根半径、在外螺纹的齿根处具有在约0.18042P至约0.15011P范围内的齿根半径、或者替代性地符合MJ级螺纹。

在另一个实施例中，该活塞构件可以是以小于或等于约1000Nm的低扭矩联接到该杆构件上。该活塞孔可以包括内座，并且该杆构件可以包括外部台肩。该内座和该外部台肩可以彼此接合而形成交界面。该活塞孔可以包括邻近该内座设置的内部密封槽，以便包含密封构件。该交界面和该内部密封槽可以被设置成比该螺纹区段更靠近该活塞构件的第一末端或杆端侧。在另一个实施例中，该保持构件可以包括一对定位螺钉孔以及可螺纹式接合在这些孔中的、相对于一条横向轴线处于彼此偏离关系的定位螺钉。这些定位螺钉的尖端可以接合该杆构件末端区域中的凹陷的梯台。

在一个实施例中，提供了一种用于将具有活塞孔的活塞构件与杆构件相联接的方法。该方法可以包括以下步骤中的一个或多个步骤。一个步骤可以包括以预定扭矩使该杆构件的第一部分与该活塞孔可螺纹式接合，直至该活塞孔的内座和该杆构件的外部台肩彼此接合。该活塞孔的螺纹区段和该杆构件的第一部分的第一螺纹区域各自的外螺纹都可以具有螺距并且是以大于0.125螺距的齿根半径形成的。该扭矩可以是至多约1000 Nm的任何扭矩。另一个步骤可以包括将该杆构件的第二部分可螺旋接合到保持构件的保持孔中。另一个步骤可以包括使至少定位螺钉可螺纹式接合穿过在该保持构件中形成的对应的定位螺钉孔，使得该定位螺钉的尖端接合该杆构件。

附图说明

图1描绘了一个活塞与杆组件。

图2展示了一个缸组件，它具有活塞与杆组件。

图3是该保持构件的横向截面视图，描绘出了这些定位螺钉孔。

尽管这些附图描绘了本发明内容的示例性实施例或特征，但这些附图不必是按比例的，并且某些特征可以被放大以便更好地展示和说明本发明内容。在此阐述的范例展示了本发明内容的示例性实施例或特征，并且这样的范例不应被解释为以任何方式限制了本发明的范围。

具体实施方式

现在将详细参照本发明内容的实施例，在附图中展示了这些实施例的实施例。在任何可能的地方，将遍及这些附图使用相同的参考数字来指代相同或相似的部件。

参照图2，缸组件10可以包括活塞与杆组件14。活塞与杆组件14可以包括活塞构件18、优选圆柱形的杆构件22、以及保持构件26。缸组件10可以具有顶盖端27和由箭头29示出的杆端。

活塞构件18可以是具有活塞孔30的环形元件，该活塞孔纵向地形成在该活塞构件中并且在该活塞构件18的第一末端31与第二末端33之间延伸。第二末端33可以比第一末端31更靠近该缸组件的顶盖端27。活塞孔30可以具有基本上圆柱形的形状并且可以整个地延伸穿过活塞构件18。可以围绕活塞构件18的外圆周形成一个或多个密封槽42。密封构件(未示出)、或磨损带可以被安置在这些槽42内以用于可密封地接合该缸的缸体62的内表面58。活塞构件18的外直径可以稍微小于该缸的内直径。

活塞构件18可以与杆构件22可螺纹式接合。如将要解释的，可以使用低扭矩来使活塞构件18与杆构件22可螺纹式接合。在一个实施例中，杆构件18的第一外部区段63可以带有螺纹以便与限定活塞孔30的这个壁的内部螺纹区段65相对应从而限定第一螺纹接合部67。可以理解的是，对于特定的应用而言，杆构件22和活塞孔30的交界面部分可以具有至少基本上相同的尺寸(例如直径)以实现有效的联接。

可以在限定了活塞孔30的这个壁的壁区段内布置第一内部密封槽66。可以将密封构件70比如O形圈安置在其中以用于密封地接合该杆构件22的外表面。该密封构件70可以防止加压流体沿着缸组件10的流体室74的方向或者沿着进入相对流体室88中的方向穿过杆构件22与活塞孔30之间。

围绕杆构件22的外圆周可以形成外部台肩75。例如，该外部台肩75可以通过从杆构件22的第一外直径到杆构件22的第二较小直径的第一过渡部来形成。该杆构件的第一外直径区域可以是不带螺纹的区域，而该第二外直径区域可以对应于该杆构件的可以带螺纹的第一外部区段63。活塞构件18可以包括围绕活塞孔30的内圆周形成的内座76，以接合该外部台肩75。例如，该内座76可以通过从活塞构件18的第一外直径到活塞构件18的第二较小直径的过渡部来形成。活塞构件18的第一外直径区域可以是不带螺纹的区域，而该第二外直径区域可以对应于该活塞构件的内部螺纹区段65。外部台肩75和内座76可以各自被斜削以用于获得改善的锥形交界面。

在一个实例中，外部台肩75和内座76的交界面可以被设置成比起第二末端33是更靠近活塞构件18的第一末端31，以便减小在该交界面连接处应力集中的可能性。在另一个实施例中，外部台肩75和内座76的交界面可以是在朝向杆端29的方向上，而使得这样的交界面可以承受来自顶盖端27的方向上的轴向负荷，由此减少了该杆构件与活塞构件之间的螺纹区域必须承受的轴向负荷的量。因此，为了改善性能，这样的交界面可以位于该螺纹区域的杆端(即右侧)上。

由第一内部密封槽66和密封构件70所形成的密封区域与外部台肩75和内座76的交界面之间的相对位置可以是彼此毗邻的。在一个实施例中，为了改善组装，这样的密封区域可以位于该交界面的杆端(即右侧)上。这样可以允许在密封构件70的压缩之前实现该杆构件与活塞构件之间所希望的螺纹接合。该密封区域相对于该交界面越靠近杆端，组装就可能越困难，挤压或切割该密封构件70的可能性就越高。

杆构件22的一部分、例如第一外直径区段可以被接纳在活塞孔30内。杆构件22的末端82可以整个地延伸超过活塞构件18的第二末端33。杆构件末端82可以被配置和布置成联接到保持构件26上。

保持构件26可以是具有通孔83的环形元件，该通孔纵向地形成在该保持构件中并且在该保持构件26的第一末端85与第二末端86之间延伸。第二末端86可以比第一末端85更靠近该缸组件的顶盖端27。通孔83可以具有基本上圆柱形的形状并且可以整个地延伸穿过保持构件26。

保持构件26可以与杆构件22可螺纹式接合。在一个实施例中，杆构件18的对应于杆构件末端82的第二外部区段89可以带有螺纹以便与通孔83的内部螺纹区段90相对应，从而限定第二螺纹接合部87。可以认识到的，针对特定的应用，杆构件22的该部分以及通孔30可以具有至少基本上相同的尺寸、例如直径以获得有效的联接。第二外部区段89可以通过不带螺纹的梯台89A被分隔开。该梯台89A可以相对于第二外部区段89的这个周围邻近螺纹部分是凹陷的。

在一个实施例中，该保持构件26可以由一种例如钢或类似物等实质上刚性的材料来形成，该刚性材料具有的拉伸强度可以是在活塞与杆组件14的操作过程中可能遇到的最大应力的至少1.3倍。该保持构件26的外表面可以经热处理以获得希望的拉伸强度。

图3描绘了联接到杆构件末端82上的保持构件26的一个实施例的横向截面视图。在此，示出了保持构件26是围绕一条中央轴向轴线91设置的。一条横向轴线92延伸经过该中央轴向轴线91并且横向于该中央轴向轴线从而限定了该保持构件26的半截面。一个或多个定位螺钉孔94可以被形成为从该保持构件26的外圆周延伸到内圆周，使得该定位螺钉孔可以与该保持构件26的通孔83处于流体联通。如图2中所示，定位螺钉孔94可以带有内螺纹并且能够接纳定位螺钉96。当被拧紧时，该定位螺钉尖端可以接合该杆构件末端82的外圆周以便防止该保持构件26松动。在一个实施例中，该定位螺钉尖端可以接合该梯台89A。根据图3，当可以形成一对定位螺钉孔94时，这对孔可以是沿着横向轴线92或者是围绕一条可以基本上平行于该横向轴线92或者可以处于偏离位置的轴线。在一个实施例中，两个定位螺钉孔(每一个定位螺钉孔用于接纳一个定位螺钉)可以各自与横向轴线92偏离、并且优选地偏离基本上相等的距离。在此，当以彼此偏离的关系拧紧这对定位螺钉时，可以帮助防止该保持构件26从杆构件末端82松动。为了加强接合，即为了防止旋出，定位螺钉96的定位螺钉螺纹的一部分可以被形成为具有一个波状部分，例如sinuLOC^TM螺纹。本领域技术人员可以理解的是，可以沿者该横向轴线或者与该横向轴线相偏离或者在沿着该保持构件的任何位置提供单一的定位螺钉，或者可以沿着该保持构件的任何位置提供多于两个定位螺钉。

在一个实施例中，第一螺纹接合部67的螺距可以与第二螺纹接合部87的螺距不同。在另一个实施例中，第一螺纹接合部67的螺距可以比第二螺纹接合部87的螺距更粗。

第一螺纹接合部67和第二螺纹接合部87的螺纹设计可以是现有技术中已知的任何常规螺纹。螺纹设计的外部包括若干区别特征。即，该螺纹设计包括牙侧或螺纹面、连接螺纹的两个牙侧的牙顶或顶表面、连接两个相邻牙侧的齿根或底表面、以及螺距(P)，螺距是平行于轴线测量的、在相邻螺纹的两个对应点之间的距离，典型地以每英寸的螺纹数来表示。该外螺纹的小直径可以是接触到该外螺纹的齿根的虚拟圆柱体的直径，而该内螺纹的大直径可以是接触到该内螺纹的牙顶的虚拟圆柱体的直径。

已经发现，齿根半径大于约0.125P的螺纹设计可以优于常规M级螺纹而改善疲劳寿命。此外，具有这种螺纹设计的杆端不必以为了获得更高强度的方式来进行处理，例如由更高强度的材料来构成和/或进行热处理(它们造成了更大应力集中的风险)。在一个实施例中，该螺纹设计在该外螺纹的齿根处可以包括处于约0.15P至约0.18P(0.18042P至0.15011P)范围内的齿根半径。大于0.18042P的齿根半径可以进一步地提高疲劳寿命。为此，可以增大该外螺纹和内螺纹两者的小直径以提供0.5625H的基本螺纹高度，以便适应该外螺纹的最大齿根半径。该螺纹设计可以是根据ISO标准5855的航空航天公制螺纹(MJ)。在一个实施例中，每种螺纹设计都可以是MJ级螺纹。

工业实用性

在此描述的这些实施例可以有助于相对简单的组装过程，而同时提供了一种用于活塞与杆组件14的坚固的联接机构和方法。此外，在此描述的这些实施例可以改善该联接机构的耐用性、可制造性以及可维护性。

在组装过程中，杆构件22可以被可螺旋地接纳在活塞构件18的活塞孔30内，直至外部台肩75接合了活塞内座76，这可以形成锥形交界面。杆构件末端82可以延伸到活塞构件18之外。将该活塞构件联接到该杆构件上所施加的扭矩可以是任何扭矩。在一个实施例中，低扭矩可以小于或等于约1000Nm、在约400Nm至约500Nm的范围内、或者优选是450Nm，以克服涉及高扭矩的问题。低扭矩联接允许该活塞构件相对于该杆构件轻微移动，以便充分利用几乎所有的螺纹区域，以用于沿螺纹交界面更好地分配力。该密封构件可以在可螺纹式接合之前位于该槽中。该杆构件的部分可以与该保持构件的攻丝孔可螺纹式接合。一个或多个定位螺钉(例如第一定位螺钉和第二定位螺钉)可以被接合穿过在该保持构件中形成的对应的定位螺钉攻丝孔。这些定位螺钉可以摩擦地接合该杆端以防止该活塞构件的松动。为了加强接合，该第一定位螺钉和第二定位螺钉可以被定位成偏离该横向轴线。

以下特征中的一个或多个特征单独地或它们的任何组合都被认为有助于延长缸组件10的寿命，甚至在重型机械负载和应用的情况下也是如此。该杆构件的外部台肩与该活塞构件的内座之间的交界面的位置可以比该活塞与杆构件之间的第一螺纹接合部更靠近该杆端。这样的定位可以使得该交界面而不是第一螺纹接合部来承受来自顶盖端方向上的几乎所有的轴向负荷。然而，该第一螺纹接合部可以被配置成承受来自杆端方向上的几乎所有的轴向负荷。例如，为了初始地将该活塞构件联接到该杆构件上而使用低扭矩(例如，约450Nm)允许在该缸组件的运行过程中使该活塞构件与该杆构件之间的接合松弛(本质上零扭矩)。因而，如在此描述的，可以在该交界面与该第一螺纹接合部之间选择性地分配轴向负荷。由该活塞构件的第一内部密封槽与该密封构件形成的密封区域的位置可以比该交界面更靠近该杆端。

该保持构件可以包括用于与该杆端进行摩擦接合的一对彼此偏离的定位螺钉(例如，sinuLOC^TM定位螺钉)，以便降低该保持构件与该杆构件之间的相对旋转的可能性。该第一螺纹接合部的螺距可以比该第二螺纹接合部更粗，以防止该活塞构件从该杆构件上松动。该第一螺纹接合部、第二螺纹接合部、或者这两者可以具有在外螺纹的齿根处、在例如约0.18042P至约0.15011P范围内的齿根半径，或者替代性地具有MJ级螺纹。在一个实施例中，该活塞与杆组件可以包括每一个特征。

例如，特征的组合可以提高重型应用中比如高压、高占空比、和/或高的寿命周期应用中的疲劳寿命。在所描述的装置的一个示例性应用中，缸组件10可以用在一种土方机械、例如推土机上。例如，该组件10可以被配置和安置在推土机上，以使得该缸的顶盖端腔室内的高压引起活塞与杆组件10的移动从而定位或以其他方式移动该推土机的铲刀。如根据上面所提供的说明可理解的是，由该组件10可支持的致动压力(用于移动推土机的推铲)可以大于类似尺寸的现有技术缸可支持的致动压力，这些现有技术缸可以具有直径减小的螺纹杆端以接合活塞构件的相应的直径减小的部分。此外，可以降低制造成本，因为该杆构件可以几乎不经历典型地与杆构件相关联的热处理，热处理通常导致更大的应力集中风险并且降低疲劳寿命。

显然本领域技术人员可对所披露的流体控制系统作出各种修改和变型而不会背离本发明内容的范围或精神。通过考虑本说明书和对本文说明部分的实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员来说也是清楚的。意图使得本说明书和实施例仅仅被看作是示例性的，而本发明的真正范围和精神是由以下权利要求及其等方案表明的。

Claims (10)

1.一种与致动装置一起使用的活塞与杆组件(14)，该活塞与杆组件包括：

活塞构件(18)，该活塞构件具有在第一末端(31)与第二末端(33)之间延伸的活塞孔(30)，该活塞孔(30)具有螺纹区段(65)；

杆构件(22)，该杆构件具有与该活塞孔的螺纹区段可螺纹式接合的第一螺纹区域(63)、延伸超过该活塞构件的第二末端的末端区域(82)、以及在该末端区域处的第二螺纹区域(89)；以及

保持构件(26)，该保持构件具有在其中延伸的保持孔(83)，该保持孔具有与该第二螺纹区域可螺纹式接合的螺纹部(90)，

其中该螺纹区段和该第一螺纹区域各自的螺纹设计都具有螺距并且是以大于0.125螺距的齿根半径来形成的。

2.如权利要求1所述的组件，其中该活塞构件(18)是以小于或等于1000Nm的扭矩联接到该杆构件(22)上。

3.如权利要求2所述的组件，其中该保持构件(26)包括一对定位螺钉孔(94)以及可螺纹式接合在所述定位螺钉孔(94)中的、相对于一条横向轴线(92)彼此偏离的定位螺钉(96)，并且其中每个定位螺钉(96)都包括一种波状螺纹。

4.如权利要求2所述的组件，其中该活塞孔(30)包括内座(76)，并且该杆构件包括外部台肩(75)，其中该内座和该外部台肩彼此接合并且形成交界面。

5.如权利要求4所述的组件，其中该活塞孔(30)包括邻近该内座(76)设置的内部密封槽(66)，该内部密封槽(66)具有密封构件(70)。

6.如权利要求5所述的组件，其中由该内座(76)与该外部台肩(75)形成的交界面以及该内部密封槽被设置成与该螺纹区段(65)相比更靠近该活塞构件(18)的第一末端(31)。

7.如权利要求6所述的组件，其中该内部密封槽(66)被设置成与该交界面相比更靠近该活塞构件(18)的第一末端(31)，其中该交界面被配置成锥形交界面。

8.如权利要求2所述的组件，其中该螺纹区段(65)和该第一螺纹区域(63)具有第一螺距，该螺纹部(90)和该第二螺纹区域(89)具有与该第一螺距不同的第二螺距。

9.如权利要求8所述的组件，其中该第二螺距比该第一螺距更细。

10.一种用于将具有活塞孔(30)的活塞构件(18)联接到杆构件(22)上的方法，该方法包括：

以扭矩使该杆构件(22)的第一部分与该活塞孔(30)可螺纹地接合，直至该活塞孔(30)的内座(76)和该杆构件的外部台肩(75)彼此接合，其中该活塞孔(30)的螺纹区段(65)和该杆构件的第一部分的第一螺纹区域(63)各自的螺纹设计都具有螺距并且是以大于0.125螺距的齿根半径来形成的；

将该杆构件的第二部分可螺纹地接合到保持构件(26)的保持孔(83)中；并且

使至少定位螺钉(96)穿过在该保持构件(26)中形成的对应的定位螺钉孔(94)可螺纹地进行接合，这样使得该定位螺钉(96)的尖端接合该杆构件。