CN111237153A - 一种阶梯式多重沟槽的轴向柱塞泵柱塞 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阶梯式多重沟槽的轴向柱塞泵柱塞，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深度的平行分布的环形槽，即阶梯式多重沟槽，从小到大依次为环形槽Ⅰ，环形槽Ⅱ，环形槽Ⅲ，环形槽Ⅳ。本发明通过在柱塞表面加工阶梯式多重沟槽，能够提高柱塞摩擦副处的油膜承载力，减小摩擦力和摩擦转矩，降低机械损失，增强流体的挤压效应从而改善润滑特性，对柱塞摩擦副的减磨延寿具有重要意义。

Description

一种阶梯式多重沟槽的轴向柱塞泵柱塞
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，尤其涉及一种阶梯式多重沟槽的轴向柱塞泵柱塞。
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、容积效率高优点的阶梯式多重沟槽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阶梯式多重沟槽的表面。
本发明通过以下技术方案实现：
一种阶梯式多重沟槽的轴向柱塞泵柱塞，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深度的平行分布的环形槽，即阶梯式多重沟槽，从小到大依次为环形槽Ⅰ，环形槽Ⅱ，环形槽Ⅲ，环形槽Ⅳ。
作为本发明的优选技术方案，所述环形沟槽ⅠLD/LT为0.2，所述环形沟槽ⅡLD/LT为0.4，所述环形沟槽ⅢLD/LT为0.6，所述环形沟槽ⅣLD/LT为0.8。
所述环形沟槽Ⅰ，环形沟槽Ⅱ，环形沟槽Ⅲ以及环形沟槽Ⅳ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，将柱塞表面设计为阶梯式多重沟槽表面，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。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，由于环形沟槽增大了间隙液阻，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阶梯式多重沟槽，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Ⅰ；6-环形沟槽Ⅱ；7-环形沟槽Ⅲ；8-环形沟槽Ⅳ；9-缸体孔；10-滑靴；11-滑靴球窝；12-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。
本实例提供了一种阶梯式多重沟槽的轴向柱塞泵滑靴，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，所述柱塞本体的表面上开设有不同深度的平行分布的环形沟槽，即阶梯式多重沟槽，从小到大依次为环形沟槽Ⅰ5，环形沟槽Ⅱ6，环形沟槽Ⅲ7，环形沟槽Ⅳ8。
所述阶梯式多重沟槽不宜设计区域长度ΔL为轴向柱塞泵工作时柱塞的行程，LT为该表面织构设计区域的长度，LD表示沟槽左端距织构区域左边界的距离，用LD/LT的比值表示沟槽的位置，其比值范围是0～1，所述环形沟槽Ⅰ5LD/LT为0.2，所述环形沟槽Ⅱ6LD/LT为0.4，所述环形沟槽Ⅲ7LD/LT为0.6，所述环形沟槽Ⅳ8LD/LT为0.8。
所述环形沟槽Ⅰ5，环形沟槽Ⅱ6，环形沟槽Ⅲ7以及环形沟槽Ⅳ8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9中，同时柱塞球头3与滑靴球窝11装配，滑靴10安装在斜盘12上，工作过程中，柱塞本体1承受的高压油作用力经滑靴10传递给斜盘12，在斜盘12对滑靴10的反作用力下，使得柱塞本体1在缸体孔9中做往复运动，由于柱塞表面加工有一阶梯式多重沟槽结构，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阶梯式多重沟槽，能够提高柱塞摩擦副处的油膜承载力，减小摩擦力和摩擦转矩，降低机械损失，增强流体的挤压效应从而改善润滑特性，对柱塞摩擦副的减磨延寿具有重要意义。
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 (2)

1.一种阶梯式多重沟槽的轴向柱塞泵柱塞，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，其特征在于：
所述柱塞本体的表面上开设有不同深度的平行分布的环形沟槽，即阶梯式多重沟槽，从小到大依次为环形沟槽Ⅰ(5)，环形沟槽Ⅱ(6)，环形沟槽Ⅲ(7)，环形沟槽Ⅳ(8)；
所述阶梯式多重沟槽不宜设计区域长度ΔL为轴向柱塞泵工作时柱塞的行程，LT为该表面织构设计区域的长度，LD表示沟槽左端距织构区域左边界的距离，用LD/LT的比值表示沟槽的位置，其比值范围是0～1，所述环形沟槽Ⅰ(5)LD/LT为0.2，所述环形沟槽Ⅱ(6)LD/LT为0.4，所述环形沟槽Ⅲ(7)LD/LT为0.6，所述环形沟槽Ⅳ(8)LD/LT为0.8。
2.根据权利要求1所述的一种阶梯式多重沟槽的轴向柱塞泵柱塞，其特征在于：所述环形沟槽Ⅰ(5)，环形沟槽Ⅱ(6)，环形沟槽Ⅲ(7)以及环形沟槽Ⅳ(8)宽度在1.0～5.0mm之间，深度在3～30μm之间。
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