CN113090486A - 一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副 - Google Patents

一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副，涉及水液压元件技术领域，包括斜盘和滑靴，所述斜盘上表面固定连接有延伸方向与斜盘径向相垂直的凸台单元体，若干个凸台单元体组成凸台单元体单元，凸台单元体单元的径向间距为3.5～12mm。本发明需要解决的技术问题是：有效改善斜盘表面受力情况，提升承载特性，提高耐磨性，以延长其使用寿命，调整水在斜盘表面的流动，减小表层的摩擦阻力，减少介质阻力，防止边界层分流现象。

Description

一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副
技术领域
本发明涉及水液压元件技术领域，尤其是一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副。
背景技术
水压轴向柱塞泵以其容积效率高、工作压力高、结构紧凑等优势，成为水液压传动技术领域的首选动力元件，在海水淡化、大洋矿油气开发、海洋船舶运输等工程中发挥着关键作用。采用纯水代替液压油作为传动介质，可大大缓解能源资源紧张和生态环境恶化带来的压力。但水的黏度低、润滑性差、腐蚀性强，对运行在其中的关键摩擦副、尤其是运动和受力情况最为复杂的滑靴副的摩擦学性能影响很大，容易出现间隙泄漏增加、水膜承载能力降低、摩擦磨损加剧等关键技术问题，进而引发烧靴、胶合等现象，严重影响了水压轴向柱塞泵的质量效率、工作可靠性和服役寿命。
以海水为介质的轴向柱塞泵是海水液压传动系统中的重要元件之一。滑靴/斜盘组成的滑靴摩擦副又是轴向柱塞泵中重要的摩擦副之一。其中，斜盘是一个带有中心通孔的圆盘，并且由多个滑靴与斜盘配合使用构成滑靴摩擦副。由于滑靴摩擦副是在高速重载的条件下工作，加之海水的浸泡侵蚀，因此极易产生摩擦磨损、腐蚀等不良现象，如果严重，可能进一步导致其失效，严重影响着人们的使用及其寿命。然而目前大多数专家是着眼于对其材料的改进，使用一些更加耐磨损、抗腐蚀性较好的材料，或使用一些合成性能优异的材料，而忽略对其结构的改进。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副，有效改善斜盘表面受力情况，提升承载特性，提高耐磨性，以延长其使用寿命，调整水在斜盘表面的流动，减小表层的摩擦阻力，减少介质阻力，防止边界层分流现象。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副，包括斜盘和滑靴，所述斜盘上表面固定连接有延伸方向与斜盘径向相垂直的凸台单元体，若干个凸台单元体组成凸台单元体单元，凸台单元体单元的径向间距为3.5～12mm。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述凸台单元体沿斜盘上表面的圆周均布，凸台单元体位于从斜盘圆心到周边的10～30个同心圆上。
本发明技术方案的进一步改进在于：每个凸台单元体所在的圆周上均匀设置有20～40个凸台单元体。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述同一圆周上的相邻两个凸台单元体呈0～30°的圆心角等间距分布。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述斜盘表面上的凸台单元体单元位于同一直线上或凸台单元体单元与相邻同心圆周上的凸台单元体单元交错排布。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述凸台单元体的横截面形状包括矩形、三角形、梯形，凸台单元体的端面包括圆柱状、锥状结构。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述凸台单元体的横截面形状是矩形时，所述凸台单元体的长度为300μm，宽度为30μm，高度为20μm。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述凸台单元体的横截面形状是三角形时，凸台单元体长度为300μm，截面三角形的三条边长均为25μm。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述凸台单元体的横截面形状是梯形时，凸台单元体长度为300μm，截面梯形的下底为30μm，上底为10μm，高为20μm，两条腰长相等。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述凸台单元体是圆柱状端面凸台单元体时，凸台单元体两端半圆柱的半径为15μm，两端半圆柱的圆心距离为270μm，高度为20μm；或者所述凸台单元体是锥状端面凸台单元体时，凸台单元体的两端锥角角度为60°，两条锥角边长为25μm，两端锥角顶点直线距离为300μm，高度为20μm。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明有效改善斜盘表面受力情况，提升承载特性，提高耐磨性，以延长其使用寿命。本发明适应水性介质，凸台单元体之间的间距在长度方向有凹槽，可以调整水在斜盘表面的流动，这些凹槽同时可阻止漩涡或者是湍流旋涡的形成。当滑靴在移动时，其表面附带一层近乎静止的水或空气，这时就会产生把物体向后拖拽的漩涡，阻止了介质倒流的发生，减小表层的摩擦阻力，减少介质阻力，防止边界层分流现象。
本发明结构简单，仅通过改变结构从而达到改善滑靴摩擦副的性能。本发明还可以针对不同的工况，选择不同凸台单元体的形状、尺寸、分布规律的仿鲨鱼表皮结构的凸台单元体，从而获得更优的性能。
附图说明
图1是本发明滑靴摩擦副的三维示意图；
图2是本发明斜盘的轴向剖面示意图；
图3是图2的一种A向视图；
图4是图3的C处局部放大图；
图5是图2的一种A向视图；
图6是图5的D处局部放大图；
图7是图2的一种A向视图；
图8是图7的E处局部放大图；
图9是图2的一种A向视图；
图10是图9的F处局部放大图；
图11是图2的一种A向视图；
图12是图11的G处局部放大图；
图13是图2的一种A向视图；
图14是图13的H处局部放大图；
图15是图2的B向视图；
图16是滑靴的视图；
图17是一种1-矩形截面凸台单元体的三维示意图；
图18是一种3-矩形截面凸台单元体的三维示意图；
图19是一种5-矩形截面凸台单元体的三维示意图；
图20是一种1-三角形截面凸台单元体的三维示意图；
图21是一种3-三角形截面凸台单元体的三维示意图；
图22是一种5-三角形截面凸台单元体的三维示意图；
图23是一种1-梯形截面凸台单元体的三维示意图；
图24是一种3-梯形截面凸台单元体的三维示意图；
图25是一种5-梯形截面凸台单元体的三维示意图；
图26是一种1-圆柱状端面凸台单元体的三维示意图；
图27是一种3-圆柱状端面凸台单元体的三维示意图；
图28是一种5-圆柱状端面凸台单元体的三维示意图；
图29是一种1-锥状端面凸台单元体的三维示意图；
图30是一种3-锥状端面凸台单元体的三维示意图；
图31是一种5-锥状端面凸台单元体的三维示意图；
其中，1、斜盘，2、滑靴，3、凸台单元体。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1至图31所示，一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副，包括斜盘1和滑靴2，所述斜盘1上表面固定连接有凸台单元体3，凸台单元体3的延伸方向与斜盘1径向相垂直，若干个凸台单元体3组成凸台单元体单元，凸台单元体单元的径向间距为3.5～12mm。在图1、图2、图3和图16所示的具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副的示意图中，斜盘1带有三段中心通孔，其中中间部分的通孔直径为50mm，两端的通孔直径都为60mm。
所述凸台单元体3沿斜盘1上表面的圆周均布，斜盘1上的凸台单元体3呈圆周式阵列分布，凸台单元体3位于从斜盘圆心到周边的10～30个同心圆上。每个凸台单元体3所在的圆周上均匀设置有20～40个凸台单元体3，每个同心圆上的凸台单元体3为20～40个周向分布。在斜盘1上设有288个凸台单元体3，这些凸台单元体3规则设置在斜盘1上，呈圆周式阵列分布，即这些凸台单元体的轴线分布在从斜盘1圆心到周边的12个同心圆上，这12个圆直径分别为70mm，80mm，90mm，100mm，110mm，120mm，130mm，140mm，150mm，160mm，170mm，180mm，并且每个同心圆上的凸台单元体3为24个周向均匀分布。
所述同一圆周上的相邻两个凸台单元体3呈7.5°或15°的圆心角等间距分布。
所述相邻同心圆周上的凸台单元体单元可沿径向放射状排布，也可交错排布。所述斜盘1表面上的凸台单元体单元位于同一直线上，在同一条半径上的凸台单元体单元排列成一列。或者凸台单元体单元与相邻同心圆周上的凸台单元体单元交错排布，凸台单元体单元与间隔一个同心圆的下一个同心圆周上的凸台单元体单元位，以及于间隔三个同心圆的同心圆周上的凸台单元体单元位同一直线上。一个凸台单元体单元内设置有一个、三个或五个相互平行的凸台单元体3。
所述凸台单元体3的横截面形状包括矩形、三角形、梯形，凸台单元体3的端面包括圆柱状、锥状结构。当凸台单元体3是矩形截面凸台单元体3时，如图17～19所示：长度为300μm，宽度为30μm，高度为20μm；当凸台单元体3是三角形截面凸台单元体3时，如图20～22所示：长度为300μm，三角形三条边长均为25μm；当凸台单元体3是梯形截面凸台单元体3时，如图23～25所示：长度为300μm，梯形下底为30μm，上底为10μm，高为20μm，两条腰长相等；当凸台单元体3是圆柱状端面凸台单元体3时，如图26～28所示：两端半圆柱半径为15μm，两端半圆柱的圆心距离为270μm，高度为20μm；当凸台单元体3是锥状端面凸台单元体3时，如图29～31所示：两端锥角角度为60°，两条锥角边长为25μm，两端锥角顶点直线距离为300μm，高度为20μm。并且带有上述结构的斜盘1与滑靴2相配合构成滑靴摩擦副。
鲨鱼因其体表结构而具有多种优良的功能，比如较好的减阻性、耐磨性以及脱附性。根据仿生学原理，将轴向柱塞泵的滑靴摩擦副摩擦表面加工成仿鲨鱼的表皮结构，来改善其受力情况、承载特性、耐磨性，以延长其使用寿命。
在轴向柱塞泵已有较高效率的情况下，织构表面滑靴摩擦副轴向柱塞泵的容积效率、机械效率和总效率较光滑表面滑靴摩擦副轴向柱塞泵进一步提高了0.11%-0.65%，0.45%-0.8%，0.1%-0.45%。

Claims (10)

1.一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副，包括斜盘（1）和滑靴（2），其特征在于：所述斜盘（1）上表面固定连接有延伸方向与斜盘（1）径向相垂直的凸台单元体（3），若干个凸台单元体（3）组成凸台单元体单元，凸台单元体单元的径向间距为3.5～12mm。
2.根据权利要求1所述的一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副，其特征在于：所述凸台单元体（3）沿斜盘（1）上表面的圆周均布，凸台单元体（3）位于从斜盘圆心到周边的10～30个同心圆上。
3.根据权利要求2所述的一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副，其特征在于：每个凸台单元体（3）所在的圆周上均匀设置有20～40个凸台单元体（3）。
4.根据权利要求2所述的一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副，其特征在于：所述同一圆周上的相邻两个凸台单元体（3）呈0～30°的圆心角等间距分布。
5.根据权利要求2所述的一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副，其特征在于：所述斜盘（1）表面上的凸台单元体单元位于同一直线上或凸台单元体单元与相邻同心圆周上的凸台单元体单元交错排布。
6.根据权利要求1所述的一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副，其特征在于：所述凸台单元体（3）的横截面形状包括矩形、三角形、梯形，凸台单元体（3）的端面包括圆柱状、锥状结构。
7.根据权利要求6所述的一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副，其特征在于：所述凸台单元体（3）的横截面形状是矩形时，所述凸台单元体（3）的长度为300μm，宽度为30μm，高度为20μm。
8.根据权利要求6所述的一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副，其特征在于：所述凸台单元体（3）的横截面形状是三角形时，凸台单元体（3）长度为300μm，截面三角形的三条边长均为25μm。
9.根据权利要求6所述的一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副，其特征在于：所述凸台单元体（3）的横截面形状是梯形时，凸台单元体（3）长度为300μm，截面梯形的下底为30μm，上底为10μm，高为20μm，两条腰长相等。
10.根据权利要求6所述的一种具有仿鲨鱼表皮结构的轴向柱塞泵滑靴摩擦副，其特征在于：所述凸台单元体（3）是圆柱状端面凸台单元体时，凸台单元体（3）两端半圆柱的半径为15μm，两端半圆柱的圆心距离为270μm，高度为20μm；或者所述凸台单元体（3）是锥状端面凸台单元体时，凸台单元体（3）的两端锥角角度为60°，两条锥角边长为25μm，两端锥角顶点直线距离为300μm，高度为20μm。
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