CN116838561A - 复合织构化配流盘及正反转轴向柱塞泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合织构化配流盘及正反转轴向柱塞泵，包括：盘体，压油窗口和吸油窗口对称分布于中心通孔的两侧，压油窗口的两端和吸油窗口的两端之间形成第一死点区域和第二死点区域；复合织构，包括凹设于盘面上的多个第一织构和多个第二织构，第一织构和第二织构均包括一尖头部以及两侧边部，两侧边部相对于彼此逐渐靠近地延伸至尖头部；其中，多个第一织构沿盘体的周向间隔排布于第一死点区域且第一织构的尖头部朝向顺时针方向设置；多个第二织构沿盘体的周向间隔排布于第二死点区域且第二织构的尖头部朝向逆时针方向设置。本发明能使柱塞泵不论是正向旋转还是反向旋转，都能提升油膜承载力，并且平衡掉一部分偏载力矩，减小配流盘的偏磨。
Description
技术领域
本发明涉及柱塞泵技术领域，特别地，有关于一种复合织构化配流盘及正反转轴向柱塞泵。
背景技术
轴向柱塞泵将机械能转化为液压能，是液压系统的核心部件，广泛应用于工程机械、航空航天以及船舶等领域。轴向柱塞泵失效的主要原因是关键摩擦副的润滑和磨损失效。配流副是柱塞泵三对摩擦副中接触面积最大，最易发生磨损和泄漏的部件。配流盘和缸体间由于存在压油窗和吸油窗，因此由配流盘和缸体组成的配流副间油膜压力分布不均匀，高压引起的偏载力矩是配流盘发生磨损的重要原因。
表面织构是指在微米或纳米尺度范围内，利用不同特种加工方法在材料表面制造出一定形状、尺寸和/或排列的图案，形成能改变材料表面摩擦学性能的微小形貌。表面织构因其良好的减摩耐磨特点，是一种新颖且作用明显的表面改性技术。在流体动压润滑条件下，当在摩擦副表面加工表面织构后，可以产生附加流体动压效应，提升油膜承载力。
现有技术中，通过在轴向柱塞泵配流盘表面加工表面织构，利用表面织构产生的流体动压效应，提升配流副间的油膜承载力，减小配流盘的磨损，从而提升配流副的摩擦学性能，但是没有考虑到配流盘承受偏载力矩的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合织构化配流盘及正反转轴向柱塞泵，以解决目前柱塞泵配流盘承受偏载力矩的技术问题。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供一种复合织构化配流盘，包括：盘体，其盘面上设有中心通孔、压油窗口以及吸油窗口，所述压油窗口和所述吸油窗口对称分布于所述中心通孔的两侧，所述压油窗口的两端和所述吸油窗口的两端之间形成第一死点区域和第二死点区域；复合织构，包括凹设于所述盘面上的多个第一织构和多个第二织构，所述第一织构和所述第二织构均包括一尖头部以及两侧边部，两所述侧边部相对于彼此逐渐靠近地延伸至所述尖头部；其中，多个所述第一织构沿所述盘体的周向间隔排布于所述第一死点区域且所述第一织构的尖头部朝向顺时针方向设置；多个所述第二织构沿所述盘体的周向间隔排布于所述第二死点区域且所述第二织构的尖头部朝向逆时针方向设置。
本发明的实施方式中，所述盘面具有与缸体对摩的摩擦区域，所述复合织构还包括凹设于所述盘面上的多个第三织构，多个所述第三织构分布于所述摩擦区域，所述第三织构为相对于其中心与所述盘体的中心连接的径向线对称的凹坑织构。
本发明的实施方式中，所述摩擦区域包括内摩擦区域以及外摩擦区域，所述内摩擦区域在所述盘体的周向上位于所述压油窗口和所述吸油窗口的内围，所述外摩擦区域在所述盘体的周向上位于所述压油窗口和所述吸油窗口的外围，多个所述第三织构沿所述盘体的周向间隔分布于所述内摩擦区域和所述外摩擦区域。
本发明的实施方式中，所述第三织构为圆形凹坑织构。
本发明的实施方式中，所述圆形凹坑织构的半径为200微米～300微米。
本发明的实施方式中，所述圆形凹坑织构的深度为4微米～10微米。
本发明的实施方式中，所述侧边部的宽度为200微米～300微米。
本发明的实施方式中，所述第一织构和所述第二织构的深度均为4微米～10微米。
本发明的实施方式中，所述压油窗口和所述吸油窗口均为沿所述盘体的周向延伸设置的弧形通孔结构。
本发明还提供一种正反转轴向柱塞泵，包括上述复合织构化配流盘。
本发明的特点及优点是：
本发明的复合织构化配流盘及正反转轴向柱塞泵，通过在压油窗口和吸油窗口之间的第一死点区域和第二死点区域分布大体呈“V”形的多个第一织构和多个第二织构，且第一织构的尖头部和第二织构的尖头部的朝向相反，当缸体正向旋转(如顺时针转动)时，盘面与缸体之间的液压油在剪应力作用下会顺时针流动，此时在第一死点区域中，润滑油会从第一织构的两侧边部汇聚至其尖头部处，从而会产生很强的流体动压效应；相似地，当缸体反向转动(如逆时针转动)时，盘面与缸体之间的液压油在剪应力作用下会逆时针流动，此时在第二死点区域中，润滑油会从第二织构的两侧边部汇聚至其尖头部处，从而会产生很强的流体动压效应；因此，柱塞泵不论是正向旋转还是反向旋转，本发明都能够提升油膜承载力，并且平衡掉一部分偏载力矩，减小配流盘的偏磨。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中复合织构化配流盘的结构示意图；
图2是本发明一实施例中“V”形凹槽织构的外轮廓设计图；
图3是本发明一实施例中“V”形凹槽织构的白光三维形貌图；
图4是本发明一实施例中“V”形凹槽织构的白光二维形貌；
图5是本发明一实施例中“V”形凹槽织构的横截面轮廓图；
图6是本发明一实施例中圆形凹坑织构的三维白光形貌图；
图7是本发明一实施例中圆形凹坑织构的白光二维形貌；
图8是本发明一实施例中圆形凹坑织构的横截面轮廓图；
图9是本发明一实施例的复合织构化配流盘与未织构化的光滑配流盘台架试验后在第一死点区域和第二死点区域的最深磨痕深度对比图；
图10是本发明一实施例的复合织构化配流盘与未织构化的光滑配流盘台架试验后内摩擦区域和外摩擦区域的最深磨痕深度对比图。
图中：
1、盘体；11、中心通孔；12、压油窗口；13、吸油窗口；
2、摩擦区域；21、第一死点区域；22、第二死点区域；23、内摩擦区域；24、外摩擦区域；
3、复合织构；31、“V”形凹槽织构；311、第一织构；312、第二织构；313、侧边部；314、尖头部；32、第三织构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施方式一
如图1所示，本发明一种复合织构化配流盘，包括：盘体1，其盘面上设有中心通孔11、压油窗口12以及吸油窗口13，压油窗口12和吸油窗口13对称分布于中心通孔11的两侧，压油窗口12的两端和吸油窗口13的两端之间形成第一死点区域21和第二死点区域22；复合织构3，包括凹设于盘面上的多个第一织构311和多个第二织构312，第一织构311和第二织构312均包括一尖头部314以及两侧边部313，两侧边部313相对于彼此逐渐靠近地延伸至尖头部314；其中，多个第一织构311沿盘体1的周向间隔排布于第一死点区域21且第一织构311的尖头部314朝向顺时针方向设置；多个第二织构312沿盘体1的周向间隔排布于第二死点区域22且第二织构312的尖头部314朝向逆时针方向设置。
本发明的复合织构化配流盘，通过在压油窗口12和吸油窗口13之间的第一死点区域21和第二死点区域22分布大体呈“V”形的多个第一织构311和多个第二织构312，且第一织构311的尖头部314和第二织构312的尖头部314的朝向相反，当缸体正向旋转(如顺时针转动)时，盘面与缸体之间的液压油在剪应力作用下会顺时针流动，此时在第一死点区域21中，润滑油会从第一织构311的两侧边部313汇聚至其尖头部314处，从而会产生很强的流体动压效应；相似地，当缸体反向转动(如逆时针转动)时，盘面与缸体之间的液压油在剪应力作用下会逆时针流动，此时在第二死点区域22中，润滑油会从第二织构312的两侧边部313汇聚至其尖头部314处，从而会产生很强的流体动压效应；因此，柱塞泵不论是正向旋转还是反向旋转，本发明都能够提升油膜承载力，并且平衡掉一部分偏载力矩，减小配流盘的偏磨。
具体的，压油窗口12和吸油窗口13均为沿盘体1的周向延伸设置的弧形通孔结构，也即“C”形通孔结构。第一死点区域21和第二死点区域22大体为压油窗口12的两端和吸油窗口13的两端之间的扇形区域。第一死点区域21中第一织构311的分布数量和第二死点区域22中第二织构312的分布数量不具体限定，可根据第一死点区域21和第二死点区域22的面积进行设置。本发明的实施例中，第一死点区域21均匀分布有四个第一织构311。第二死点区域22均匀分布有四个第二织构312。
结合图2至图5所示，第一织构311和第二织构312均大体呈“V”形凹槽织构31。两侧边部313包括靠近盘体1的中心的内侧边部和远离盘体1的中心的外侧边部。内侧边部的长度小于外侧边部的长度。两侧边部313具有靠近彼此的内侧边缘和远离彼此的外侧边缘。侧边部313的宽度，也即内侧边部的宽度w1以及外侧边部的宽度w2均为200微米～300微米。“V”形凹槽织构31的深度均为4微米～10微米。两侧边部313的外侧边缘的一端相交形成尖头部314，尖头部314的尖角α的角度为50°～70°，优选60°。两侧边部313的外侧边缘的另一端通过连接边缘与对应的内侧边缘连接。
如图1所示，本发明的实施方式中，盘面具有与缸体对摩的摩擦区域2，复合织构3还包括凹设于盘面上的多个第三织构32，多个第三织构32分布于摩擦区域2，第三织构32为相对于其中心与盘体1的中心连接的径向线对称的凹坑织构。通过设置第三织构32，提升摩擦区域2与缸体间的油膜承载力，减少摩擦区域2的磨损，从而提升摩擦区域2的摩擦学性，并且缸体不论是正向旋转还是反向旋转，第三织构32产生的流体动压效应的强度相同。
具体的，结合图6至图8所示，第三织构32优选为圆形凹坑织构，即第三织构32在盘面内的投影为圆形，易于加工，加工成本低。圆形凹坑织构的半径为200微米～300微米。圆形凹坑织构的深度为4微米～10微米。
如图1所示，摩擦区域2包括内摩擦区域23以及外摩擦区域24，内摩擦区域23在盘体1的周向上位于压油窗口12和吸油窗口13的内围，外摩擦区域24在盘体1的周向上位于压油窗口12和吸油窗口13的外围，多个第三织构32沿盘体1的周向间隔分布于内摩擦区域23和外摩擦区域24。具体的，内摩擦区域23以及外摩擦区域24均大体呈一环形区域。内摩擦区域23中第三织构32的分布数量以及外摩擦区域24中第三织构32的分布数量不具体限定，可根据内摩擦区域23和外摩擦区域24的面积进行设置。
本发明的一些实施例中，内摩擦区域23周向均匀分布有五十个第三织构32，形成一内圈织构分布结构。外摩擦区域24周向均匀分布有五十个第三织构32，形成一外圈织构分布结构。本发明的另一些实施例中，内圈织构分布结构的数量为多个；和/或外圈织构分布结构的数量为多个。
结合图9和图10所示，其中，曲线S1为本发明的复合织构化配流盘台架试验后在第一死点区域21和第二死点区域22的最深磨痕深度曲线；曲线S2为现有技术中未织构化的光滑配流盘台架试验后在第一死点区域21和第二死点区域22的最深磨痕深度曲线；曲线S3为本发明的复合织构化配流盘台架试验后在内摩擦区域23和外摩擦区域24的最深磨痕深度曲线；曲线S2为现有技术中未织构化的光滑配流盘台架试验后在内摩擦区域23和外摩擦区域24的最深磨痕深度曲线；可知，本发明通过在配流盘和缸体之间对摩的的摩擦区域2上加工了多个圆形凹坑织构和多个“V”形凹槽织构31组成的复合织构3能对配流盘起到了减摩延寿的作用；并且通过将多个“V”形凹槽织构31朝向相反的分布于压油窗口12和吸油窗口13之间的第一死点区域21和第二死点区域22，使得柱塞泵不论是正向旋转还是反向旋转都能够提升油膜承载力，平衡掉一部分偏载力矩，减小配流盘的偏磨；此外，复合织构3还可以容纳配流盘和缸体之间的磨屑，在一定程度上避免了磨粒磨损的发生。
为了更好地理解和实施本发明的复合织构化配流盘，下面提供两具体实施例：
第一实施例中：圆形凹坑织构的半径为250微米，深度为4.4微米，沿盘面的法向的横截面的轮廓为矩形。多个圆形凹坑织构在摩擦区域2的面积占比为12.8％。“V”形凹槽织构31的内侧边部的宽度w1和外侧边部的宽度w2均为200微米。内侧边部的外侧边缘的长度l1和内侧边缘的长度l2分别为1.2毫米和0.8毫米。外侧边部的外侧边缘长度l3和内侧边缘的长度l4分别为1.4毫米和0.9毫米。尖头部314的尖角α的角度为60°。内侧边部的外侧边缘与其连接边缘之间的夹角β的角度为67°。外侧边部的外侧边缘与其连接边缘之间的夹角γ的角度为53°。“V”形凹槽织构31的深度为4.2微米，沿盘面的法向的横截面轮廓为矩形。多个“V”形凹槽织构31在摩擦区域2的面积占比为2.2％，多个圆形凹坑织构和多个“V”形凹槽织构31在摩擦区域2的面积总占比为15％。
第二实施例中：圆形凹坑织构的半径为260微米，深度为8微米，沿盘面的法向的横截面的轮廓为矩形。多个圆形凹坑织构在摩擦区域2的面积占比为13.8％。“V”形凹槽织构31的内侧边部313的宽度w1和外侧边部313的宽度w2均为300微米。内侧边部313的外侧边缘的长度l1和内侧边缘的长度l2分别为1.3毫米和0.65毫米。外侧边部313的外侧边缘长度l3和内侧边缘的长度l4分别为1.5毫米和0.76毫米。尖头部314的尖角α的角度为60°。内侧边部313的外侧边缘与其连接边缘之间的夹角β的角度为67°。外侧边部313的外侧边缘与其连接边缘之间的夹角γ的角度为53°。“V”形凹槽织构31的深度为10微米，沿盘面的法向的横截面轮廓为矩形。多个“V”形凹槽织构31在摩擦区域2的面积占比为3.2％，多个圆形凹坑织构和多个“V”形凹槽织构31在摩擦区域2的面积总占比为17％。
实施方式二
本发明还提供一种正反转轴向柱塞泵，包括复合织构化配流盘。本实施方式中复合织构化配流盘与实施方式一中复合织构化配流盘的具体结构、工作原理以及有益效果均相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种复合织构化配流盘，其特征在于，包括：
盘体，其盘面上设有中心通孔、压油窗口以及吸油窗口，所述压油窗口和所述吸油窗口对称分布于所述中心通孔的两侧，所述压油窗口的两端和所述吸油窗口的两端之间形成第一死点区域和第二死点区域；
复合织构，包括凹设于所述盘面上的多个第一织构和多个第二织构，所述第一织构和所述第二织构均包括一尖头部以及与尖头部连接的两侧边部，两所述侧边部相对于彼此逐渐靠近地延伸至所述尖头部；
其中，多个所述第一织构沿所述盘体的周向间隔排布于所述第一死点区域且所述第一织构的尖头部朝向顺时针方向设置；多个所述第二织构沿所述盘体的周向间隔排布于所述第二死点区域且所述第二织构的尖头部朝向逆时针方向设置。
2.根据权利要求1所述的复合织构化配流盘，其特征在于，
所述盘面具有与缸体对摩的摩擦区域，所述复合织构还包括凹设于所述盘面上的多个第三织构，多个所述第三织构分布于所述摩擦区域，所述第三织构为相对于其中心与所述盘体的中心连接的径向线对称的凹坑织构。
3.根据权利要求2所述的复合织构化配流盘，其特征在于，
所述摩擦区域包括内摩擦区域以及外摩擦区域，所述内摩擦区域在所述盘体的周向上位于所述压油窗口和所述吸油窗口的内围，所述外摩擦区域在所述盘体的周向上位于所述压油窗口和所述吸油窗口的外围，多个所述第三织构沿所述盘体的周向间隔分布于所述内摩擦区域和所述外摩擦区域。
4.根据权利要求2所述的复合织构化配流盘，其特征在于，
所述第三织构为圆形凹坑织构。
5.根据权利要求4所述的复合织构化配流盘，其特征在于，
所述圆形凹坑织构的半径为200微米～300微米。
6.根据权利要求4所述的复合织构化配流盘，其特征在于，
所述圆形凹坑织构的深度为4微米～10微米。
7.根据权利要求1所述的复合织构化配流盘，其特征在于，
所述侧边部的宽度为200微米～300微米。
8.根据权利要求1所述的复合织构化配流盘，其特征在于，
所述第一织构和所述第二织构的深度均为4微米～10微米。
9.根据权利要求1所述的复合织构化配流盘，其特征在于，
所述压油窗口和所述吸油窗口均为沿所述盘体的周向延伸设置的弧形通孔结构。
10.一种正反转轴向柱塞泵，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的复合织构化配流盘。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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