CN104863781A - 具有仿生非光滑表面织构的低速大扭矩水液压马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有仿生非光滑表面织构的低速大扭矩水液压马达。配流摩擦副易腐蚀、磨损，提高低速大扭矩水液压马达的配流摩擦副的润滑能力和摩擦磨损性能是尚待解决的问题。本发明的k个柱塞分别安装在转子体对应的径向柱塞孔中；柱塞内装入钢球；转子体的配流端面上开有k个转子轴向孔，每个转子轴向孔与转子体外圆柱面上对应的一个径向柱塞孔相通；定子套在转子体外，与所有钢球均构成摩擦副；配流体的端面开设有m个第一轴向孔和m个第二轴向孔；配流体的摩擦面及柱塞侧面均开设若干仿生织构单元孔。本发明将低速大扭矩水液压马达的配流摩擦副摩擦表面加工成具有织构形态的非光滑表面，改善了配流摩擦副的润滑能力、承载特性、摩擦磨损性能。

Description

具有仿生非光滑表面织构的低速大扭矩水液压马达

技术领域

本发明属于液压技术领域，涉及低速大扭矩水液压马达，尤其涉及一种具有仿生非光滑表面织构的低速大扭矩水液压马达。

背景技术

低速大扭矩水液压马达是以淡水或海水为工作介质，并能将水压能转换为机械能实现连续回转运动的水液压执行元件，在水液压系统中起着重要的作用。配流体与转子体组成的配流摩擦副是低速大扭矩水液压马达配流摩擦副中的关键摩擦副之一。配流体为有中心通孔的圆盘，在中心通孔与外周面之间的摩擦面上设有与中心通孔同轴的轴向孔流道；与配流体摩擦面对应的转子体的摩擦面，转子体摩擦面的中心通孔与配流体的中心通孔相对应，在转子体摩擦面与外周面之间的摩擦面上也设有与中心通孔同轴的流道，与配流体的轴向孔流道相对应。配流摩擦副由于工作在水环境中(尤其在海水中)，加之重载，因而极易腐蚀、磨损，进而导致失效，严重影响低速大扭矩水液压马达的正常使用及使用寿命。国内外相关领域的专家针对低速大扭矩水液压马达配流摩擦副存在的问题一直进行着研究，但解决问题的思路是寻求满足耐腐蚀、抗磨损和具有自润滑性能的配对材料。由研究及工程实践来看工程塑料、陶瓷等材料比较适合配流摩擦副的制造。以上研究已经相对完善，但是如何进一步提高低速大扭矩水液压马达的配流摩擦副的润滑能力、承载特性、摩擦磨损性能和寿命，还是尚待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有仿生非光滑表面织构的低速大扭矩水液压马达，根据仿生非光滑表面效应，将低速大扭矩水液压马达的配流摩擦副摩擦表面加工成具有一定织构形态的非光滑表面，改善其在水中(尤其在海水中)，以及低速、重载条件下配流摩擦副的润滑能力、承载特性、摩擦磨损性能。

本发明的具体方案如下：

本发明包括定子、后盖、配流体、钢球、柱塞、前盖和转子体；所述的配流体安装在后盖的中心孔中，并与转子体的配流端面形成配流摩擦副；k个柱塞分别安装在转子体对应的径向柱塞孔中，k≥5，且为整数；所述的柱塞内装入钢球；所述转子体的配流端面上开有沿圆周均布的k个转子轴向孔，每个转子轴向孔与转子体外圆柱面上对应的一个径向柱塞孔相通；所述的定子套在转子体外，且内壁与所有钢球均构成摩擦副；所述的前盖通过滚子轴承支承在转子体上，其内部与转子体的伸出轴外圆面之间设置密封圈；前盖与定子和后盖通过螺栓固定，螺栓与后盖之间设有弹垫；前盖、后盖与定子的内壁接触面处均通过O形圈密封；所述定子的纵截面内壁为具有过渡区的等加速运动规律曲线。

所述配流体的端面开设有沿圆周均布的m个第一轴向孔和m个第二轴向孔，m≥k/2，且为整数；所述的第一轴向孔和第二轴向孔设置在同一圆周上，且交错布置；所述配流体的配流端面开设有若干仿生织构单元孔，构成仿生非光滑表面形态；所述的仿生织构单元孔均布在以配流体的中心为圆心且等距分布的同心圆周上，但m个第一轴向孔和m个第二轴向孔所在配流体的配流端面处不布置仿生织构单元孔。

所述柱塞的侧面开设有若干仿生织构单元孔，构成仿生非光滑表面形态；所述的仿生织构单元孔均布在沿柱塞轴向等距排布的若干圆周面上。

所述后盖的泄漏流道与轴向流道相通，轴向流道及配流体上的半圆槽与后盖、配流体、转子体及定子所形成的空腔相通；所述配流体中的两个U型槽与后盖的两个销钉孔相对应，且均通过销钉连接。

所述转子体的外圆柱面开有沿圆周均布的h个径向细孔流道，h≥1，且为整数；所有径向细孔流道均与转子体的内圆柱腔相通；所述内圆柱腔的壁面开有环形卡槽，环形卡槽内安装卡簧；挡板装入内圆柱腔内，且位于卡簧前部。

所述配流体的配流端面及柱塞侧面的仿生织构单元孔的深度均为0.01～3mm；仿生织构单元孔在配流体的配流端面及柱塞侧面上的截面积均为0.7～12mm²；所述的仿生织构单元孔为正三棱柱形、正四棱柱形、圆柱形或正六棱柱形中的一种或多种的组合。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明在研究自然界大量生物，如山地与沙漠地带的蜥蜴、蛇类，土壤中的蚯蚓，海中贝类和鲨鱼，植物竹子等，发现这些生物普遍具有优良的脱附、减阻和耐磨的功能，而这些功能与其体表非光滑表面形态有关。本发明根据仿生非光滑表面效应，将低速大扭矩水液压马达配流摩擦副摩擦表面加工成具有一定形态的非光滑表面，这些仿生织构单元孔会贮存部分海水，在工作过程中凹坑中的海水会涂覆到摩擦表面，改善了润滑条件；同时在仿生织构单元孔处会形成局部动压支撑，改善其承载特性；另外这些仿生织构单元孔会存储海水介质中的颗粒状磨粒，防止这些磨粒被带到摩擦副表面，改善了摩擦性能。这样可以大大改善摩擦副摩擦面之间的润滑条件，从而达到减阻减磨的目的，提高摩擦副的耐磨性、延长摩擦副的使用寿命。

2.本发明未增加任何零件，仅仅通过结构设计改善了低速大扭矩水液压马达的配流摩擦副的性能，从而提高了低速大扭矩水液压马达的性能。同时本发明具有结构简单，性能可靠，性价比高等优点。本发明还可以针对不同工作要求，选用不同单元体形态、尺寸、分布规律的非光滑表面，从而获得优异的性能。

附图说明

图1是本发明的整体结构剖视图；

图2是本发明中配流体与转子体形成配流摩擦副的剖视示意图；

图3是本发明中配流体的结构示意图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是本发明中转子体的结构示意图；

图6是图5的B-B剖视图；

图7是本发明中柱塞与钢球的装配示意图；

图8是本发明中仿生织构单元孔呈正三棱柱形的示意图；

图9是本发明中仿生织构单元孔呈正四棱柱形的示意图；

图10是本发明中仿生织构单元孔呈圆柱形的示意图；

图11是本发明中仿生织构单元孔呈正六棱柱形的示意图。

图中：1.定子，2.螺栓，3.弹垫，4.后盖，5.配流体，6.仿生织构单元孔，7.O形圈，8.钢球，9.柱塞，10.前盖，11.滚子轴承，12.密封圈，13.转子体，14.挡板，15.卡簧。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1、2、3、4、5和6所示，具有仿生非光滑表面织构的低速大扭矩水液压马达，包括定子1、后盖4、配流体5、钢球8、柱塞9、前盖10、密封圈12和转子体13；配流体5安装在后盖4的中心孔中，并与转子体13的配流端面(相对摩擦面)形成配流摩擦副；k个柱塞9分别安装在转子体13对应的径向柱塞孔13-1中，k≥5，且为整数；柱塞9内装入钢球8；定子1套在转子体13外，且内壁与所有钢球8均构成摩擦副；前盖10通过滚子轴承11支承在转子体13上，其内部与转子体13的伸出轴外圆面之间设置密封圈12；前盖10与定子1和后盖4通过螺栓2固定，螺栓2与后盖4之间设有弹垫3；前盖10、后盖4与定子1的内壁接触面处均通过O形圈7密封；定子1的纵截面内壁为具有过渡区的等加速运动规律曲线，保证了多作用力结构下的低速稳定性，更适合低速大扭矩水液压马达。

后盖4的泄漏流道4-1与轴向流道4-2相通，轴向流道4-2及配流体5上的半圆槽5-1与后盖4、配流体5、转子体13及定子1所形成的空腔相通；配流体中的两个U型槽5-2与后盖4的两个销钉孔相对应，且均通过销钉连接，可以限制配流体5在轴向的转动。

如图1、5和6所示，转子体13的配流端面上开有沿圆周均布的k个转子轴向孔13-2，每个转子轴向孔13-2与转子体13外圆柱面上对应的一个径向柱塞孔13-1相通；转子体13的外圆柱面还开有沿圆周均布的h个径向细孔流道13-3，h≥1，且为整数；所有径向细孔流道13-3均与转子体13的内圆柱腔13-4相通；内圆柱腔13-4的壁面开有环形卡槽13-5，环形卡槽13-5内安装卡簧15；挡板14装入内圆柱腔13-4内，且位于卡簧15前部。

如图3所示，配流体5的端面开设有沿圆周均布的m个第一轴向孔5-3和m个第二轴向孔5-4，m≥k/2，且为整数；第一轴向孔5-3和第二轴向孔5-4设置在同一圆周上，且交错布置；配流体5的配流端面开设有若干仿生织构单元孔6，构成仿生非光滑表面形态；仿生织构单元孔6均布在以配流体5的中心为圆心且等距分布的同心圆周上，但m个第一轴向孔5-3和m个第二轴向孔5-4所在配流体的配流端面处不布置仿生织构单元孔。

如图7所示，柱塞9的侧面开设有若干仿生织构单元孔6，构成仿生非光滑表面形态；仿生织构单元孔6均布在沿柱塞9轴向等距排布的若干圆周面上。

配流体5的配流端面及柱塞9侧面的仿生织构单元孔的深度均为1mm；仿生织构单元孔在配流体的配流端面及柱塞9侧面上的截面积均为0.785mm²。仿生织构单元孔可以在多种结构形式中任选一种：正三棱柱形，如图8所示；正四棱柱形，如图9所示；圆柱形，如图10所示；正六棱柱形，如图11所示。

该具有仿生非光滑表面织构的低速大扭矩水液压马达，工作原理：

由于所研究的水液压马达为端面配流，水液压泵提供的高压水通过后盖4进入配流体5的第一轴向孔5-3或第二轴向孔5-4，然后部分高压水通过配流体5与转子体13之间的间隙进入到配流体端面上的仿生织构单元孔6内储存起来，起到减磨、减阻及润滑的作用，另外大部分高压水进入转子体13上的径向柱塞孔13-1；进入到转子体13中的高压水通过径向柱塞孔13-1作用在柱塞9的底部，同样会有部分高压水通过径向柱塞孔13-1与柱塞9之间的间隙进入到柱塞侧面的仿生织构单元孔6内储存起来，起到减磨、减阻及润滑的作用；作用在柱塞9底部的高压水使得柱塞9在径向水液压力的作用下沿径向向外运动，从而将与其接触的钢球8压在定子1的内曲面上，这时钢球8连同柱塞9会受到定子1给予的反作用力，反作用力分解出的切应力通过钢球8和柱塞9最终作用在转子体13上，产生转矩，使转子体13绕中心旋转，并在输出轴上形成一定的转速和扭矩。由于定子的纵截面内壁为具有过渡区的等加速运动规律曲线，所以在同一时刻会有多个柱塞副(钢球8与柱塞形成的摩擦副)同时作用来驱动马达转子的旋转，保证了多作用力结构下的低速稳定性，更适合低速大扭矩水液压马达。

Claims (4)

1.具有仿生非光滑表面织构的低速大扭矩水液压马达，包括定子、后盖、配流体、钢球、柱塞、前盖和转子体，其特征在于：

所述的配流体安装在后盖的中心孔中，并与转子体的配流端面形成配流摩擦副；k个柱塞分别安装在转子体对应的径向柱塞孔中，k≥5，且为整数；所述的柱塞内装入钢球；所述转子体的配流端面上开有沿圆周均布的k个转子轴向孔，每个转子轴向孔与转子体外圆柱面上对应的一个径向柱塞孔相通；所述的定子套在转子体外，且内壁与所有钢球均构成摩擦副；所述的前盖通过滚子轴承支承在转子体上，其内部与转子体的伸出轴外圆面之间设置密封圈；前盖与定子和后盖通过螺栓固定，螺栓与后盖之间设有弹垫；前盖、后盖与定子的内壁接触面处均通过O形圈密封；所述定子的纵截面内壁为具有过渡区的等加速运动规律曲线；

所述配流体的端面开设有沿圆周均布的m个第一轴向孔和m个第二轴向孔，m≥k/2，且为整数；所述的第一轴向孔和第二轴向孔设置在同一圆周上，且交错布置；所述配流体的配流端面开设有若干仿生织构单元孔，构成仿生非光滑表面形态；所述的仿生织构单元孔均布在以配流体的中心为圆心且等距分布的同心圆周上，但m个第一轴向孔和m个第二轴向孔所在配流体的配流端面处不布置仿生织构单元孔；

所述柱塞的侧面开设有若干仿生织构单元孔，构成仿生非光滑表面形态；所述的仿生织构单元孔均布在沿柱塞轴向等距排布的若干圆周面上。

2.根据权利要求1所述的具有仿生非光滑表面织构的低速大扭矩水液压马达，其特征在于：所述后盖的泄漏流道与轴向流道相通，轴向流道及配流体上的半圆槽与后盖、配流体、转子体及定子所形成的空腔相通；所述配流体中的两个U型槽与后盖的两个销钉孔相对应，且均通过销钉连接。

3.根据权利要求1所述的具有仿生非光滑表面织构的低速大扭矩水液压马达，其特征在于：所述转子体的外圆柱面开有沿圆周均布的h个径向细孔流道，h≥1，且为整数；所有径向细孔流道均与转子体的内圆柱腔相通；所述内圆柱腔的壁面开有环形卡槽，环形卡槽内安装卡簧；挡板装入内圆柱腔内，且位于卡簧前部。

4.根据权利要求1所述的具有仿生非光滑表面织构的低速大扭矩水液压马达，其特征在于：所述配流体的配流端面及柱塞侧面的仿生织构单元孔的深度均为0.01～3mm；仿生织构单元孔在配流体的配流端面及柱塞侧面上的截面积均为0.7～12mm²；所述的仿生织构单元孔为正三棱柱形、正四棱柱形、圆柱形或正六棱柱形中的一种或多种的组合。