CN209783915U - 径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力测量装置，其包括加载模块、被测马达、驱动单元和扭矩转速测量单元；所述被测马达包括壳体、前盖、后盖、后盖空腔、若干个油缸和偏心轴，所述驱动单元驱动所述偏心轴旋转，所述偏心轴为同心轴球结构；所述加载模块经油路连通于所述后盖空腔，所述后盖空腔经各流道同时连通于若干个油缸。与现有技术相比，本实用新型具有测量精准度高、结构简单、加工制造成本低和测量效率高等优点。

Description

径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力测量装置

技术领域

本实用新型涉及径向柱塞马达摩擦力测量技术领域，尤其涉及一种径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力测量装置及其测量方法。

背景技术

液压传动因其具有功率密度大、响应速度快、控制和布局灵活等优点获得广泛应用，但其突出缺点是效率低，能耗高，在能源日益紧缺的今天，能耗高的缺点越来越突出。摩擦是能耗的主要原因，油缸偏心轴摩擦副是径向柱塞马达的关键摩擦副，一台典型的五星径向柱塞马达有五对油缸偏心轴摩擦副，每对油缸偏心轴摩擦副都存在摩擦力，造成能量损失，降低机械效率。更关键的是，油缸偏心轴摩擦副是径向柱塞马达的主要故障点，其故障形式为油缸偏心轴摩擦副磨损。液压马达设计制造厂家一般只测试整台马达的机械效率，鲜有对油缸偏心轴这种关键摩擦副的摩擦力进行单独测量，此外，液压马达设计制造厂家对油缸偏心轴摩擦副耐磨性所做的改进一般也是通过整台马达的耐久性测试来评估，总之，缺乏对油缸偏心轴摩擦副摩擦力的定量化认识，因此，也就难以对产品进行改进创新。

要测得油缸偏心轴摩擦副的摩擦力，首先必须模拟实际使用工况，测量工况与实际工况越接近，测量值的参考意义越大，其次，也是最难解决的问题是要把与所需测量的摩擦力无关的其它力去掉，亦即要消除干扰力。国内外文献书籍中关于摩擦力测量装置及方法的资料很多，特别是内燃机活塞环，轴承方面摩擦力测量的资料最多，但迄今为止尚未查到有关径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力有关的测量装置及方法，因此，鉴于油缸偏心轴摩擦副对径向柱塞马达的重要性以及技术现状，研制径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦力测量装置及方法非常必要。

图1，图2是径向柱塞马达的典型构造，若干个油缸(一般是五或七个油缸)沿偏心轴呈星形放射状分布，油缸内孔套一活塞，油缸一端与偏心轴之偏心部相抵，活塞一端与缸盖相抵，偏心轴偏心部、油缸、活塞、缸盖组成一密闭的容腔，工作时，液压油通过配油机构依次配送到所述各个密闭的容腔，形成高压油柱，所述高压油柱推动偏心轴201’的偏心部，因偏心轴之偏心部与偏心轴旋转中心有一偏心距e，油柱推力与偏心距e之积产生扭矩推动偏心轴旋转，偏心轴与配油机构20801’通过传动轴3’连接，偏心轴通过传动轴带动配油机构同步旋转，偏心轴旋转时，油缸与活塞做伸缩摇摆运动，完成进油和排油行程。马达工作过程中内部有众多摩擦副，如油缸与偏心轴偏心部摩擦副、油封与偏心轴摩擦副、油缸与活塞摩擦副、活塞与缸盖摩擦副、配油机构摩擦副、轴承摩擦副等，每个摩擦副都会产生摩擦力，油缸偏心轴摩擦副的摩擦力是本实用新型要测量的摩擦力，欲测得油缸偏心轴摩擦副的摩擦力，需要把与所述欲测的摩擦力无关的力(称为干扰力，下同)消除掉或减小。

发明内容

本实用新型是鉴于现有技术存在的上述问题提出的，本实用新型目的之一是提供一种测量精准、结构简单、操作便捷的径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力测量装置。

该测量装置是通过以下技术方案实现的：径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力测量装置，其包括加载模块、被测马达、驱动单元和扭矩转速测量单元；所述被测马达包括壳体、前盖、后盖、后盖空腔、若干个油缸和偏心轴，所述驱动单元经扭矩转速测量单元驱动所述偏心轴旋转，所述偏心轴为同心轴球结构；所述加载模块经油路连通于所述后盖空腔，所述后盖空腔经各流道同时连通于若干个油缸。

优选地，所述后盖空腔处无配油机构。

进一步地，所述壳体靠后盖空腔端无传动轴通孔。

优选地，所述后盖上设有若干油口，所述油口连通于所述后盖空腔；所述加载模块依次经油路、油口、后盖空腔和流道后同时给若干个油缸提供油压。

进一步地，所述加载模块设有一油路连通于一油口，其他油口设有液压油物理参数测量传感器；所述物理参数测量传感器包括温度、压力传感器。

优选地，所述偏心轴与所述前盖之间无油封结构。

进一步地，所述偏心轴与所述前盖之间形成环形泄露缝隙。

本实用新型另一目的是提供一种测量方法。

该方法的实现通过以下步骤：

S001：被测马达的马达内腔灌注液压油，液压油灌至预设高度；

S003：加载模块调整作用在所述同心轴球结构上油压，所述驱动单元调整同心轴球结构的转速；

S004：记录扭矩转速单元的扭矩和转速数据；

S005：计算油缸与同心轴球结构的总摩擦力，即扭矩除以偏心轴结构的球径；

S006：计算每个油缸与同心轴球结构之间的摩擦力，即总摩擦力除以油缸个数。

其中，还包括步骤S002，所述步骤S002在所述步骤S001与步骤S003之间，

步骤S002包括下述过程：磨合阶段，所述驱动单元低转速带动所述被测马达的同心轴结构旋转，所述加载模块提供低压油压作用在所述同心轴球结构上，直至温度传感器测量的液压油温度恒定。

进一步地，所述预设高度与所述环形泄露缝隙的底端齐平。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

(1)将马达内腔内的偏心轴改为同心轴球结构，有效地消除了油缸与活塞之间相对伸缩运动产生的摩擦力、油缸搅拌马达内腔油液的摩擦力和活塞与缸盖之间摇摆运动产生的摩擦力，有效地提高测量的准确度；去除配油机构的传动轴、油封结构，有效地消除了配油机构摩擦副的摩擦力、油封与同心轴球结构之间的摩擦力和传动轴摩擦副的摩擦力，从而有效地提高测量的准确度。

(2)每次同时测量多个油缸与偏心轴之间的总摩擦力，每个油缸与偏心轴之间的摩擦力为总摩擦力除以油缸个数，采用平均值法，有效地减小了系统误差，从而有效地提高测量精确度和测量效率。

(3)结构简单、加载方便、制造成本低：加载模块采用现有马达测试台引一油管到被测马达后盖即可实现模拟实际工况的负载，避免为了本实用新型的测量另行设计加载系统。

附图说明

图1是径向柱塞马达的构造示意图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3是本实用新型测量装置的布局图。

图4是本实用新型被测马达的结构示意图。

图5是图4的B-B剖面图。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术特征、目的和有益效果更加清晰明了，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

如图1至图5所示，径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力测量装置，其包括加载模块 1、被测马达2、驱动单元4和扭矩转速测量单元3；所述被测马达包括壳体2011、前盖2010、后盖208、后盖空腔20801、若干个油缸204和偏心轴，所述驱动单元4经扭矩转速测量单元驱动所述偏心轴旋转，所述偏心轴为同心轴球结构201；所述加载模块1经油路5连通于所述后盖空腔20801，所述后盖空腔20801经流道209同时连通于若干个油缸204。

需要说明的是，本实用新型中的偏心轴是同心轴球形结构，是指在马达输出轴在马达内腔的那一部分与整个马达输出轴是同心设置；所述扭矩转速测量单元为扭矩转速传感器。

本实用新型中将典型构造的径向柱塞马达偏心轴201’改为同心轴球结构201，同心轴球结构201旋转时油缸204和活塞206不再有伸缩和摇摆运动；所述后盖空腔20801经流道209 同时连通于若干个油缸204，每个油缸内的高压油柱202的压力是相等的，同时油缸是沿偏心轴呈星条状分布，因此，油缸204与活塞206之间相对伸缩运动产生的摩擦力、油缸204 搅拌马达内腔油液205的摩擦力、活塞206与缸盖207之间摇摆运动产生的摩擦力一并消除。

加载模块1的高压油经由油路5输送到后盖空腔20801，再经过流道209进入由油缸204 和活塞206包容成的高压油柱202，显然五个高压油柱202与后盖空腔20801是连通的，因此，五个油柱202的压力相等。偏心轴改为同心轴球结构后，五个油柱202均布在同心轴球结构201上，五个高压油柱202的压力相等，所以五个油柱202对同心轴球结构201的合力为零，因此支撑同心轴201左右两个轴承203不再承受径向力(忽略自重的话)，大大降低轴承203旋转时的摩擦力。

其中，本申请中的油缸个数不作特别限定，可以是五个油缸，亦可以是七个油缸；同时，驱动单元的驱动方式也不作特别限定，可以选择液压马达，亦可以选择电机，只要能够提供不同转速的驱动单元均属于本实用新型的保护范围。

此外，加载模块不作特别限定，只要能够实现提供不同压力大小的油压均属于本实用新型的保护范围。为了降低测量成本，通常采用现有的或者我司的成品马达出厂测试台(可以直接从市面上购买到)进行测试。从所述测试台上的成品马达101的进油口引一油路5到被测马达后盖空腔上，即可实现对所述被测马达的加载；所述被测马达2与所述驱动单元之间通过扭矩转速传感器连接，所述驱动单元4经扭矩转速传感器驱动所述被测马达旋转。

实施例一

为了消除配油机构的对测量的影响，所述后盖空腔处无配油机构20801’。也就是，后盖空腔直接连通于每个油缸的流道至每个油缸，每个油缸形成的液压油柱的压力是相同的。

为了消除传动轴对测量和液压油的回流泄入被测马达内腔，所述壳体靠后盖空腔端无传动轴通孔，所述偏心轴无传动轴连接于后盖空腔。

为了消除油封结构对测量的影响，所述偏心轴与所述前盖之间无油封结构g1，取而代之的是：所述偏心轴与所述前盖之间形成环形泄露缝隙g。拆除油封结构之后，前盖2010与同心轴201之间形成一环形泄漏缝隙g，马达内腔油液205从同心轴球结构201与前盖2010之间的缝隙g溢出，因此马达内腔液位高度只能到达虚线m-m的位置(如图5所示)，这样的液位高度正好能润滑同心轴球结构201的球面20101及轴承203，同时又不至于引起球面20101与内腔油液205过大的摩擦力。

本实用新型被测马达2取消了配油机构和连接配油机构与同心轴球结构201的传动轴3’，为避免后盖空腔20801的液压油泄入被测马达2的内腔，取消壳体2011上原本为了穿过传动轴的孔，亦即该孔不必加工，减少制作时间，降低测量成本。

所述后盖上设有若干油口，所述油口连通于所述后盖空腔；所述加载模块依次经油路、油口、后盖空腔和流道后同时给若干个油缸提供油压。

所述加载模块设有一油路连通于一油口，其他油口设有液压油物理参数测量传感器；所述物理参数测量传感器包括温度、压力传感器。

油口和油路的一种具体实现方式：被测马达的后盖208上有A，B，C三个油口，A，B，C三个油口均与后盖空腔20801相通。油管5一端与加载模块1成品马达101的进油口连接，另一端与后盖208上A，B，C三个油口中的任意一个连接，其余两个油口用于安装传感器，测量液压油的物理参数，比如压力、温度等。

实施例二

本实用新型测量方法包括以下步骤：

S001：被测马达的马达内腔灌注液压油，液压油灌至预设高度；

S002：磨合阶段，所述驱动单元低转速带动所述被测马达的同心轴结构旋转，所述加载模块提供低压油压作用在所述同心轴球结构上，直至温度传感器测量的液压油温度恒定。

S003：加载模块调整作用在所述同心轴球结构上油压，所述驱动单元调整同心轴球结构的转速；

S004：记录扭矩转速单元的扭矩和转速数据；

S005：计算油缸与同心轴球结构的总摩擦力，即扭矩除以偏心轴结构的球径；

S006：计算每个油缸与同心轴球结构之间的摩擦力，即总摩擦力除以油缸个数。

具体来说，马达内腔灌注液压油，灌注量为使得液压油刚好从缝隙g处溢出(所述预设高度与所述环形泄露缝隙的底端齐平)，在较低的压力及转速下运转被测马达2，直至油温稳定磨合完毕，通过加载模块1调节输入被测马达2的压力，通过驱动单元4调节被测马达2 的转速，扭矩转速传感器3测量同心轴201的扭矩和转速，通过记录和计算所述扭矩转速传感器3测得的扭矩值与同心轴201的球面20101的直径之比得出五个油缸204与同心轴球结构201之球面20101的总摩擦力，每个油缸的摩擦力即为所述总摩擦力的五分之一。

本测量方法有效地提高了测量精准度和测量效率，具体如下：测量某个物理量一般需要测量多个样品，最终值取各个样品测量数据的平均值，一般是依次测量各个样品，比如测量第一个样品，记录数据，再测第二个样品，记录数据，依次类推，这种测量记录方式实际上各个样品数据不是在同一时间测得的，不同时间气温往往不相同，甚至实验人员的心情，注意力都不相同，这些因素的差别严重影响测量精度，此外，样品依次地测量，效率较低，而本实施例一次性测五个油缸，可以有效地消除上述测量记录方式所带来的缺陷，此外，本实用新型的测量方法还可以减少系统误差，下面举例说明：

本实用新型提供的油缸液压马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力测量装置中已消除了大部分干扰力，但仍有小部分摩擦力没有消除，比如轴承203的摩擦力、同心轴201的球面20101与马达内腔油液205的摩擦力，甚至同心轴旋转时与空气也有摩擦力，这些干扰力形成了系统误差，系统误差是无法通过多次测量来减少的，只能从测量方法源头上采取措施。假设所述未能消除的干扰力为x，欲测摩擦力的真值为y，若油缸依次测量，则每次测量值为x+y，若干次测量的平均值为(n为测量次数)，多次测量并不能较少干扰力x，而本实用新型中五个油缸一次性同时测量，则测量值为显然比x+y更接近真值y，从测量方法上减少了系统误差。

实施例三

为了研究磨合对摩擦力的影响，本实用新型的测量方法亦可以不需要经过磨合阶段(即步骤S002)，直接通过加载模块1和驱动单元4调节被被测马达2的压力和转速，通过扭矩转速传感器3测量同心轴球结构201的扭矩和转速，得出油缸与偏心轴之间的摩擦力(计算方法同上述)。根据时间的先后顺序依次得出一系列的摩擦力数据，可用于分析和发现磨合对油缸与偏心轴之间摩擦力的影响规律。

此外，为了测量的摩擦力更加精准，不同油压加载或转速驱动被测马达，待油温恒定后再记录数据；

本实用新型中所提到的低转速和低油压加载，根据不同被测马达设置成不同的数值。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

(1)将马达内腔内的偏心轴改为同心轴球结构，有效地消除了油缸与活塞之间相对伸缩运动产生的摩擦力、油缸搅拌马达内腔油液的摩擦力和活塞与缸盖之间摇摆运动产生的摩擦力，有效地提高测量的准确度；去除配油机构的传动轴、油封结构，有效地消除了配油机构摩擦副的摩擦力、油封与同心轴球结构之间的摩擦力和传动轴摩擦副的摩擦力，从而有效地提高测量的准确度。

(2)每次同时测量多个油缸与偏心轴之间的总摩擦力，每个油缸与偏心轴之间的摩擦力为总摩擦力除以油缸个数，采用平均值法，有效地减小了系统误差，从而有效地提高测量准确度和测量效率。

(3)结构简单、加载方便、制造成本低：加载模块采用现有马达测试台引一油管到被测马达后盖即可实现模拟实际工况的负载，避免为了本实用新型的测量另行设计加载系统。

本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。

Claims (7)

1.径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力测量装置，其特征在于：其包括加载模块、被测马达、驱动单元和扭矩转速测量单元；所述被测马达包括壳体、前盖、后盖、后盖空腔、若干个油缸和偏心轴，所述驱动单元驱动所述偏心轴旋转，所述偏心轴为同心轴球结构；所述加载模块经油路连通于所述后盖空腔，所述后盖空腔经各流道同时连通于若干个油缸。

2.根据权利要求1所述径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力测量装置，其特征在于：所述后盖空腔处无配油机构。

3.根据权利要求1或2所述径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力测量装置，其特征在于：所述壳体靠后盖空腔端无传动轴通孔。

4.根据权利要求1所述径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力测量装置，其特征在于：所述后盖上设有若干油口，所述油口连通于所述后盖空腔；所述加载模块依次经油路、油口、后盖空腔和流道后同时给若干个油缸提供油压。

5.根据权利要求4所述径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力测量装置，其特征在于：所述加载模块设有一油路连通于一油口，其他油口设有液压油物理参数测量传感器；所述物理参数测量传感器包括温度、压力传感器。

6.根据权利要求1所述径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦副摩擦力测量装置，其特征在于：所述偏心轴与所述前盖之间无油封结构。

7.根据权利要求6所述径向柱塞马达油缸偏心轴摩擦力测量装置，其特征在于：所述偏心轴与所述前盖之间形成环形泄露缝隙。