CN104476101A - 无需更换柱塞泵滑靴组件的装配连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种无需更换柱塞泵滑靴组件的装配连接方法，旨在提供一种的工艺操作简便，耗时短，连接效率高，无需更换整个滑靴和耐磨块机械装配连接方法。本发明通过下述技术方案予以实现：首先将滑靴主体(3)和耐磨块(1)加工到最终尺寸，然后将经过训练的形状记忆合金环(2)放置于液氮中停留3-5分钟，此时记忆合金环发生奥氏体到马氏体的相转变；在液氮环境下将耐磨块和滑靴主体的连接面相向，分别从形状记忆合金环的两侧放入环中，装配完成后将上述装配件从液氮中取出，在室温下放置20-30分钟，此时形状记忆合金的马氏体相转变为奥氏体相，形状记忆合金环(2)恢复到奥氏体相小尺寸，实现形状记忆合金环与滑靴组件过盈配合装配连接。

Description

无需更换柱塞泵滑靴组件的装配连接方法

技术领域

本发明属于异种材料连接技术领域，具体涉及一种使用形状记忆合金的航空发动机柱塞式液压泵滑靴耐磨块机械连接方法，尤其是一种无需更换整个柱塞泵滑靴组件的装配连接方法

背景技术

柱塞式液压泵在航空发动机燃油系统内有着广泛的应用，主要分为轴向泵和径向泵两种，具有工艺性能好、压力高、抗冲击能力强、使用寿命长等优点。径向柱塞泵由定子、转子(缸体)、配流器、柱塞等主要部件组成，其依靠柱塞在缸体内往复运动，由密封工作腔的容积发生变化来实现吸油和排油。定子内表面是圆形，转子与定子间有一偏心距e。当转子旋转时，柱塞随转子一起旋转，在离心力或低压油作用下，柱塞头部与定子内表面紧密接触。由于转子和定子间有偏心距，所以转子在半周转动时柱塞向外伸出，径向孔内密封工作容积逐渐增大，产生局部真空，将油箱里的油液吸入；转子转到另一半周的时候，柱塞向内推入，密封工作容积逐渐减小，将油液经配流器向外排出。转子每转动一周，每个柱塞吸油、压油各一次。但传统的径向柱塞泵的柱塞为点接触，高速工作下磨损量急剧增大。国内工程机械厂家多采用进口的径向高压泵来提高产品的整体质量，但进口产品也存在着缺陷：采用欠平衡理论设计的泵配流轴，一部分高压载荷由油膜承受，一部分由柱塞金属直接承受；流轴上的排油、吸油口截面较小,配流轴与转子的摩擦副不是静压支撑：滑靴在外导圈上滑动速度过高，同时在排量较大的情况下，还会产生抱轴、发热及噪声较大等问题。

通常径向柱塞泵的失效是由柱塞和定子内壁产生磨损及配流面受到不平衡力作用产生的磨损所引起的。由于泵的柱塞与定子为点接触，尺寸较大，液压力和惯性力造成柱塞与定子间压力过高磨损大，限制了转速的提高。径向柱塞泵径向尺寸大，结构复杂，在轴配流式泵中配流轴受径向不平衡液压力的作用，易于磨损，并且工作压力越大，磨损就越严重，引发的泄漏量越大，从而限制了泵的转速和压力的提高，也限制了泵的排量。因此，径向柱塞泵的滚子和外圈的接触形式、配流形式和配流面流道的形式都直接影响到泵的工作性能、寿命和效率。90年代初，国家火炬计划和重点新产品攻关项目开始着手研究开发新型滑靴式径向柱塞泵，甘肃工业大学的卢垫和太原重型机械学院的王明智教授采用连杆滑靴式结构、奥氏体一贝氏体合金球墨铸铁材料及相应的热处理工艺研制的径向柱塞泵，解决了泵的抱轴、发热问题，但存在着制造工艺复杂，尺寸较大和仍然为轴配流等缺点，影响了其在移动设备上的安装和应用。

现有技术解决柱塞和定子内壁磨损的方法主要是在柱塞上安装耐磨滑靴，滑靴和液压泵斜盘形成的摩擦副摩擦效果好坏是液压泵使用寿命的关键。滑靴主要由滑靴主体、滑靴主体与柱塞球头配合的球形开口4、与液压泵斜盘滑动摩擦的耐磨块组成。滑靴耐磨块与滑靴主体的连接方式是扩散焊连接，连接过程是：1.精加工耐磨块与滑靴主体的连接表面；2.将两待焊面相向接触并安装入夹具型腔，施加焊接应力；3.将装入待焊零件的夹具放入升温设备中，升温至焊接温度并保温一定时间，待两种材料原子通过待焊表面相互扩散并形成过渡层后，完成装配连接。此连接方式的缺点是：

1.连接过程耗时较长，需进行连接表面精加工、夹具安装、升保温等工序，连接效率低；

2.连接质量影响因素较多，待焊表面加工质量不高、待焊表面有异物残留、焊接过程中应力衰减、待焊材料缺陷等都会造成结合强度降低，导致连接后机加成型耐磨块易脱落，机加合格率低；

3.连接后耐磨块与滑靴主体不可分离，耐磨块摩擦失效后只有连同滑靴主体一起更换，可维修性差。

发明内容

为解决航空发动机柱塞式液压泵滑靴耐磨块传统连接方式的不足，本发明发明的目的是提供一种的工艺操作简便，耗时短，连接效率高，无需更换整个滑靴和耐磨块机械装配连接方法。

本发明采用的方案是：一种无需更换柱塞泵滑靴组件的装配连接方法，其特征在于包括如下步骤：首先将制有配合柱塞球头球形开口4的滑靴主体3和与液压泵斜盘滑动摩擦的耐磨块1机加工到最终尺寸和精度，然后将经过训练的形状记忆合金环，在低温的马氏体和室温的奥氏体相的转变，改变形状记忆环的内孔尺寸，然后将形状记忆合金环2放置于液氮中停留3-5分钟，此时记忆合金环2发生奥氏体到马氏体的相转变，形状记忆合金环2环内径尺寸随之变大；待记忆合金环2通过相转变达到装配尺寸时，在液氮环境下将耐磨块1和滑靴主体3的连接面相向，分别从形状记忆合金环2的两侧放入环中，装配完成后将上述装配件从液氮中取出，在室温下放置20-30分钟，此时形状记忆合金的马氏体相转变为奥氏体相，记忆合金环2恢复到奥氏体相时的小尺寸，形状记忆合金环2与耐磨块1和滑靴主体3形成过盈配合，由此完成滑靴组件的装配连接。

与现有耐磨块扩散焊连接方法相比，本发明具有以下有益效果：

1、工艺操作简便，耗时短，连接效率高。本发明将滑靴主体和耐磨块机加工到最终尺寸和精度，然后利用经过训练的形状记忆合金环在低温的马氏体和室温的奥氏体相的转变，改变形状记忆环的内孔尺寸，进行装配连接。与扩散焊连接方法相比，省去了待焊表面高精度预加工、毛坯预应力施加工装安装、焊接工艺升温保温等长时间工序，仅需在液氮中冷却3-5分钟后迅速装配连接即可，解决了滑靴主体和耐磨块装配连接过程耗时较长，需进行连接表面精加工、夹具安装、升保温等工序，连接效率低的问题。

2、装配连接强度高。本发明将待连接的滑靴主体和耐磨块分别机加工至最终尺寸和精度，然后将形状记忆合金环2放置于液氮中停留3-5分钟，利用形状记忆合金的形状记忆效应使形状记忆合金环2的内孔尺寸恢复至马氏体状态的大尺寸。形状记忆合金环2恢复尺寸后，在液氮环境下对滑靴主体、耐磨块和形状记忆环进行装配。由于一般形状记忆合金可有5％以上的可回复应变和350MPa以上的回复应力，远远高于通常仅有20μm以下厚度过渡层的扩散焊连接强度。本发明利用形状记忆合金的马氏体相转变为奥氏体相，记忆合金环2恢复到奥氏体相时的小尺寸，形状记忆合金环2与耐磨块1和滑靴主体3形成过盈配合，避免了结合强度降低，导致连接后机加成型耐磨块易脱落的问题。

3、连接工艺简单，工序少，合格率高。采用本发明装配完成后，将装配体取出置于室温环境，此时形状记忆环2发生马氏体到奥氏体的相转变，尺寸恢复到奥氏体时小尺寸，完成滑靴主体和耐磨块的装配连接。若严格按照工艺执行连接合格率100％。

4、本发明利用形状记忆合金环的形状记忆效应进行连接，可以在耐磨块摩擦失效后，将滑靴整体置入液氮中3-5分钟，记忆合金环2可再次恢复至大尺寸，然后去除失效耐磨块更换新耐磨块，无需更换整个滑靴，克服了现有技术耐磨块与滑靴主体不可分离，耐磨块摩擦失效后只能连同滑靴主体一起更换，可维修性差的缺陷。节约了维修成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明柱塞泵滑靴组件的装配构造示意图。

图2是图1的三维立体结构示意图。

图中：1耐磨块，2形状记忆合金环，3滑靴主体，4球形开口，5阻尼孔,6矩形槽，7环形槽。

具体实施方式

参阅图1、图2。本发明提供的连接方法是将耐磨块1和滑靴主体3通过形状记忆合金环2进行装配连接。耐磨块1为铜合金，耐磨块1中心制有一个阻尼孔5，阻尼孔5四周有四个矩形槽6，矩形槽6外端制有一个环形槽7；滑靴主体3内部有一个球形开口4以及与耐磨块1中心阻尼孔5相通的阻尼孔5，起润滑作用的油液由液压泵供给球形开口4，再通过阻尼孔5覆盖到耐磨块表面与斜盘内表面之间形成一层油膜，起到润滑作用。形状记忆合金环2与耐磨块1和滑靴主体3共同组成滑靴组件，记忆合金环2起到机械连接作用。

根据本发明，首先将制有配合柱塞球头球形开口4的滑靴主体3和与液压泵斜盘滑动摩擦的耐磨块1机加工到最终尺寸和精度，然后将经过训练的形状记忆合金环，在低温的马氏体和室温的奥氏体相的转变，改变形状记忆环的内孔尺寸，将准备好的机加成型的耐磨块和滑靴主体，以及经过多次训练的形状记忆合金环2放置于液氮中停留3-5分钟，此时记忆合金环2发生奥氏体到马氏体的相转变，形状记忆合金环2环内径尺寸随之变大。待记忆合金环2通过相转变达到装配尺寸时，将耐磨块1和滑靴主体3的连接面相向，分别从形状记忆合金环2的两侧放入环中，放置过程中通过旋转耐磨块1、滑靴主体3，和移动两者与记忆合金环2的相对位置来保证装配效果。

装配完成后将装配件从液氮中取出，在室温下放置20-30分钟，此时形状记忆合金的马氏体相转变为奥氏体相，记忆合金环2恢复到奥氏体相时的小尺寸，形状记忆合金环2与耐磨块1和滑靴主体3形成过盈配合，由此完成滑靴组件的连接。

当滑靴组件在使用一段时间发生耐磨块磨损失效时，只需要将滑靴组件整体放入液氮中3-5分钟后，待形状记忆合金环2内径增大至马氏体相尺寸时，取下磨损的耐磨块，换上新的耐磨块并重新在液氮环境下进行装配。装配好后，在室温下放置20-30分钟，即可完成耐磨块的更换修理工作，形成新的滑靴组件继续使用。

本领域专业技术人员根据上述所公开的柱塞式液压泵滑靴形状记忆合金连接方法，可实现或使用本发明。根据本发明公开的利用形状记忆合金环形状记忆效应进行滑靴耐磨块连接而设计出多种修改对本领域的专业技术人员将是显而易见的。因此本发明将不会被限制于本文所公开的具体实施例，而是要符合利用形状记忆合金环形状记忆效应进行滑靴耐磨块连接相一致的最宽范围。

Claims (9)

1.一种无需更换柱塞泵滑靴组件的装配连接方法，其特征在于包括如下步骤：首先将制有配合柱塞球头球形开口4的滑靴主体3和与液压泵斜盘滑动摩擦的耐磨块(1)机加工到最终尺寸和精度，然后将经过训练的形状记忆合金环，在低温的马氏体和室温的奥氏体相的转变，改变形状记忆环的内孔尺寸，然后将形状记忆合金环(2)放置于液氮中停留3-5分钟，此时记忆合金环(2)发生奥氏体到马氏体的相转变，形状记忆合金环(2)环内径尺寸随之变大；待形状记忆合金环(2)通过相转变达到装配尺寸时，在液氮环境下将耐磨块(1)和滑靴主体(3)的连接面相向，分别从形状记忆合金环(2)的两侧放入环中，装配完成后将上述装配件从液氮中取出，在室温下放置20-30分钟，此时形状记忆合金的马氏体相转变为奥氏体相，形状记忆合金环(2)恢复到奥氏体相时的小尺寸，形状记忆合金环(2)与耐磨块(1)和滑靴主体(3)形成过盈配合，由此完成滑靴组件的装配连接。

2.如权利要求1所述的无需更换柱塞泵滑靴组件的装配连接方法，其特征在于：当滑靴组件在使用一段时间发生耐磨块磨损失效时，只需要将滑靴组件整体放入液氮中3-5分钟后，待形状记忆合金环(2)内径增大至马氏体相尺寸时，取下磨损的耐磨块，换上新的耐磨块并重新在液氮环境下进行装配；装配好后，在室温下放置20-30分钟，即可完成耐磨块的更换修理工作，形成新的滑靴组件继续使用。

3.如权利要求1所述的无需更换柱塞泵滑靴组件的装配连接方法，其特征在于：耐磨块1和滑靴主体(3)通过形状记忆合金环(2)进行装配连接。

4.如权利要求1所述的无需更换柱塞泵滑靴组件的装配连接方法，其特征在于：耐磨块(1)为铜合金。

5.如权利要求1所述的无需更换整个柱塞泵滑靴组件的装配连接方法，其特征在于：耐磨块(1)中心制有一个阻尼孔(5)。

6.如权利要求5所述的无需更换柱塞泵滑靴组件的装配连接方法，其特征在于：阻尼孔(5)四周有四个矩形槽。

7.如权利要求6所述的无需更换柱塞泵滑靴组件的装配连接方法，其特征在于：矩形槽(6)外端有一个环形槽。

8.如权利要求1所述的无需更换柱塞泵滑靴组件的装配连接方法，其特征在于：滑靴主体(3)内部有一个球形开口(4)以及贯穿耐磨块中心的阻尼孔(5)，起润滑作用的油液由液压泵供给球形开口(4)，再通过阻尼孔(5)覆盖到耐磨块表面与斜盘内表面之间形成一层润滑油膜。

9.如权利要求1所述的无需更换柱塞泵滑靴组件的装配连接方法，其特征在于：形状记忆合金环(2)与耐磨块(1)和滑靴主体(3)共同组成滑靴组件。