CN111237152B - 一种沟槽-凹坑组合式织构的轴向柱塞泵柱塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沟槽‑凹坑组合式织构的轴向柱塞泵柱塞，包括柱塞本体，所述柱塞本体沿轴线方向上开设有柱塞腔，所述柱塞本体右端有一柱塞球头，所述柱塞球头沿所述柱塞本体轴线开设有阶梯形孔，所述柱塞腔与所述阶梯形孔连通，所述柱塞本体的表面上开设有沟槽‑凹坑组合式织构，环形沟槽织构Ⅰ，正方形凹坑织构，环形沟槽织构Ⅱ，所述环形沟槽织构在所述柱塞本体表面两侧，所述正方形凹坑织构呈两列交替分布。本发明通过在柱塞表面加工沟槽‑凹坑组合式织构，能够提高柱塞摩擦副处的油膜承载力，减小摩擦力和端泄，降低机械损失，提升容积效率，增强流体的挤压效应从而改善润滑特性，对指导柱塞摩擦副的低摩擦设计具有重要意义。

Description

一种沟槽-凹坑组合式织构的轴向柱塞泵柱塞

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体涉及轴向柱塞泵一种零部件，尤其涉及一种沟槽-凹坑组合式织构的轴向柱塞泵柱塞。

背景技术

轴向柱塞泵是液压系统的关键部件之一，由于其工作压力高、变量调节容易、转速范围大以及效率高等优点，被广泛应用于农林机械、化工、轻纺机械、能源工业机械、冶金工业机械、建材工业机械、机床行业，以及军工、航空航天、船舶等领域，随着轴向柱塞泵向着高压化、高速化、大流量化的方向发展，泵的减摩延寿问题十分迫切。

柱塞-缸体组成的柱塞摩擦副是轴向柱塞泵的三大摩擦副之一。在工作过程中，柱塞在驱动机构的带动下在缸体中做往复运动，同时绕着缸体绕缸体中心线做行星式旋转运动。由于摩擦的存在，柱塞在缸体中还会绕自身做随机转动，除此之外，由于油膜间隙的存在，柱塞在缸体孔中还可能存在轻微摆动，在斜盘侧向力作用下，柱塞在缸孔内总是处于倾斜状态。柱塞与缸体理论上两端为点接触，润滑情况更为复杂，润滑条件更加恶劣，非常容易发生固体接触。

据统计，摩擦副的早期磨损往往是轴向柱塞泵报废的主要原因之一。如果摩擦副设计不合理，在泵高压、高速运转过程中，柱塞与缸体间将不能形成完全液体润滑，两金属壁面就有可能出现混合摩擦甚至干摩擦，进而使零件发生损坏。为了改善柱塞摩擦副的润滑状态，减小摩擦损失和泄漏，延长零部件的使用寿命，需要采用合理的结构设计来提高柱塞摩擦副的工作性能。

发明内容

本发明的目的是在一定程度上解决柱塞摩擦副存在的摩擦学问题。因此，本发明提出一种在油润滑环境里，在高速、重载工况下具有润滑效果好、机械损失小、容积效率高优点的沟槽-凹坑组合式织构的轴向柱塞泵柱塞摩擦副。本发明基于流体动压原理，将轴向柱塞泵柱塞摩擦副表面加工为具有沟槽-凹坑组合式织构的表面。

本发明通过以下技术方案实现：

一种沟槽-凹坑组合式织构的轴向柱塞泵柱塞，包括柱塞本体，所述柱塞本体沿轴线方向上开设有柱塞腔，所述柱塞本体右端有一柱塞球头，所述柱塞球头沿所述柱塞本体轴线开设有阶梯形孔，所述柱塞腔与所述阶梯形孔连通，所述柱塞本体左端面为弧形底面，所述柱塞本体的表面上开设有不同宽度和深度的平行分布的沟槽-凹坑组合式织构，所述沟槽-凹坑组合式织构包括环形沟槽织构Ⅰ，正方形凹坑织构，环形沟槽织构Ⅱ，所述环形沟槽织构在所述柱塞本体表面两侧，所述正方形凹坑织构呈两列交替分布，所述正方形凹坑织构开设在所述环形沟槽织构中间。

所述沟槽-凹坑组合式织构不宜设计区域长度ΔL为轴向柱塞泵工作时柱塞的行程，L_T为该表面织构设计区域的长度，L_D表示沟槽左端距织构区域左边界的距离，用L_D/L_T的比值表示沟槽的位置，其比值范围是0～1，所述环形沟槽ⅠL_D/L_T为0.2，所述环形沟槽ⅡL_D/L_T为0.8，所述正方形凹坑织构由所述的表面织构设计区域中间；

所述正方形凹坑织构宽度相同，深度不同且呈两列交替分布，所述环形沟槽织构Ⅰ，正方形凹坑织构，环形沟槽织构宽度在1.0～5.0mm之间，深度在3～30μm之间。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

本发明依据流体动压原理，将柱塞表面设计为沟槽-凹坑组合式织构表面，由流体力学的知识可知，阶梯平面与其他形状的平面相比，其产生的动压能力较强；在阶梯效应的作用下，可较好的保证油膜压力场产生的抗倾覆力矩，增强柱塞的工作可靠性。左侧的环形沟槽织构用于减小摩擦力，防止端泄，由于织构位于L_D/L_T＝0.2会产生不利的影响，因此选用较窄较浅的环形沟槽织构，中间是两列交替分布的正方形凹坑织构，其作用是提高油膜承载能力，降低摩擦力，右侧采用较宽较深的环形沟槽织构来进一步降低摩擦力，提高油膜承载能力，并防止端泄。随着沟槽深度的增加，流体挤压效果增强，油膜承载力增大，使得最小油膜厚度增加，降低了固体接触的可能性，减小了摩擦损失。此外，由于沟槽-凹坑组合式织构增大了间隙液阻，柱塞摩擦副的泄漏量减小，提高了容积效率。

本发明未增加零件，仅通过结构设计改善了柱塞摩擦副的润滑性能，具有结构简单、经济性好的优点。此外，该结构还具有适用性广的特点，可以针对不同的工况，选用不同分布和尺寸的沟槽-凹坑组合式织构，从而保证柱塞具有优异的工作性能。

附图说明

图1是本发明的局部剖面图；

图2是本发明的剖面图；

图3是本发明的装配图。

图中：1-柱塞本体；2-柱塞腔；3-柱塞球头；4-阶梯形孔；5-环形沟槽织构Ⅰ；6-正方形凹坑织构；7-环形沟槽Ⅱ；8-缸体孔；9-滑靴；10-滑靴球窝；11-斜盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更详细地描述：

为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清晰，结合附图以及实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实例仅仅用于解释本发明，并不是用于限定本发明。

本实例提供了一种沟槽-凹坑组合式织构的轴向柱塞泵柱塞，包括柱塞本体1，所述柱塞本体1沿轴线方向上开设有柱塞腔2，所述柱塞本体1右端有一柱塞球头3，所述柱塞球头3沿所述柱塞本体1轴线开设有阶梯形孔4，所述柱塞腔2与所述阶梯形孔4连通，所述柱塞本体左端面为弧形底面，所述柱塞本体1的表面上开设有不同宽度和深度的平行分布的沟槽-凹坑组合式织构，即沟槽-凹坑组合式织构，从小到大依次为，环形沟槽织构Ⅰ5，正方形凹坑织构6，环形沟槽织构Ⅱ7，所述环形沟槽织构Ⅰ5和环形沟槽织构Ⅱ7在所述柱塞本体1表面两侧，所述正方形凹坑织构6呈两列交替分布，所述正方形凹坑织构6开设在所述环形沟槽织构Ⅰ5和环形沟槽织构Ⅱ7中间。

所述沟槽-凹坑组合式织构不宜设计区域长度ΔL为轴向柱塞泵工作时柱塞的行程，L_T为该表面织构设计区域的长度，L_D表示沟槽左端距织构区域左边界的距离，用L_D/L_T的比值表示沟槽的位置，其比值范围是0～1，所述环形沟槽Ⅰ5L_D/L_T为0.2，所述环形沟槽Ⅱ7L_D/L_T为0.8。

所述正方形凹坑织构6宽度相同，深度不同且呈两列交替分布，所述环形沟槽织构Ⅰ5，正方形凹坑织构6，环形沟槽织构Ⅱ7宽度在1.0～5.0mm之间，深度在3～30μm之间。

图3为本发明的一种装配状态图。在柱塞使用过程中将柱塞本体1安装在缸体孔8中，同时柱塞球头3与滑靴球窝10装配，滑靴9安装在斜盘11上，工作过程中，柱塞本体1承受的高压油作用力经滑靴9传递给斜盘11，在斜盘11对滑靴9的反作用力下，使得柱塞本体1在缸体孔8中做往复运动，由于柱塞表面加工有沟槽-凹坑组合式织构，能够提高油膜承载力、降低机械损失，减少泄漏，改善润滑状态。

本发明通过在柱塞表面加工沟槽-凹坑组合式织构，能够提高柱塞摩擦副处的油膜承载力，减小摩擦力和端泄，降低机械损失，提升容积效率，增强流体的挤压效应从而改善润滑特性，对指导柱塞摩擦副的低摩擦设计具有重要意义。

以上所述仅为本发明较好的实例，并不用于限定本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种沟槽-凹坑组合式织构的轴向柱塞泵柱塞，其特征是，包括柱塞本体(1)，所述柱塞本体(1)沿轴线方向上开设有柱塞腔(2)，所述柱塞本体(1)右端有一柱塞球头(3)，所述柱塞球头(3)沿所述柱塞本体(1)轴线开设有阶梯形孔(4)，所述柱塞腔(2)与所述阶梯形孔(4)连通，所述柱塞本体左端面为弧形底面，所述柱塞本体(1)的表面上开设有不同宽度和深度的平行分布的沟槽-凹坑组合式织构；所述沟槽-凹坑组合式织构包括环形沟槽织构Ⅰ(5)，正方形凹坑织构(6)，环形沟槽织构Ⅱ(7)，所述环形沟槽织构Ⅰ(5)和环形沟槽织构Ⅱ(7)在所述柱塞本体(1)表面两侧，所述正方形凹坑织构(6)呈两列交替分布，所述正方形凹坑织构开设在所述环形沟槽织构中间。

2.根据权利要求1所述的沟槽-凹坑组合式织构的轴向柱塞泵柱塞，其特征是，△L为活塞的行程，即不适合加工沟槽织构的区域；L_D+L_T为适宜加工沟槽织构的区域；L_T为实际加工沟槽织构的区域；L_D为沟槽织构的右边界到适宜加工沟槽织构区域右边界的距离；用L_D/L_T的比值表示沟槽的位置，其比值范围是0～1，所述环形沟槽织构Ⅰ(5)L_D/L_T为0.2，所述环形沟槽织构Ⅱ(7)L_D/L_T为0.8。

3.根据权利要求1或2所述的沟槽-凹坑组合式织构的轴向柱塞泵柱塞，其特征是，所述正方形凹坑织构(6)宽度相同，深度不同且呈两列交替分布，所述环形沟槽织构Ⅰ(5)，正方形凹坑织构(6)，环形沟槽织构Ⅱ(7)宽度在1.0～5.0mm之间，深度在3～30μm之间。

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