一种滑靴、柱塞组件和柱塞设备的制作方法

1.本发明涉及液压柱塞领域，尤其涉及一种滑靴、柱塞组件和柱塞设备。


背景技术：

2.滑靴是液压柱塞泵及液压柱塞马达功能实现的核心部件之一。在液压泵及液压马达的工作过程中，滑靴受力复杂、工况条件恶劣。斜盘-滑靴、滑靴-柱塞、滑靴与卡盘等之间配合是否正常，直接影响液压柱塞泵或液压柱塞马达的工作寿命及可靠性。
3.目前，为了改善在工作时斜盘-滑靴、滑靴-柱塞、滑靴与卡盘等磨擦副的工况及条件，滑靴采用铜合金进行制造。但由于采用铜合金制造滑靴，其与柱塞的拉脱力（也可以称作收口强度）比较小，使得液压柱塞泵和液压柱塞马达的使用压力、寿命及可靠性均降低。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种滑靴、柱塞组件和柱塞设备，以在满足滑靴与所述柱塞之间的工作工况及条件的情况下，增加柱塞与滑靴收口强度，提高液压柱塞泵和液压柱塞马达的使用压力、寿命及可靠性。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明实施例提供一种滑靴，用于与柱塞进行随动，所述柱塞具有与所述滑靴转动连接的球头；所述滑靴包括滑靴本体、第一合金板，所述滑靴本体的材质强度大于所述第一合金板的材质强度；所述滑靴具有第一端面和第二端面，所述第二端面用于与斜盘配位，所述第一合金板设在所述第二端面，所述滑靴本体具有腔体以及位于所述第一端面的第一开口，所述第一开口与所述腔体连通，所述腔体用于容置所述球头。
6.根据本发明的至少一个实施方式，所述腔体的内壁具有润滑层；其中，所述润滑层包括软金属润滑层和/或润滑剂膜。
7.根据本发明的至少一个实施方式，所述第一合金板具有至少一个凹槽，所述凹槽为环形槽。
8.根据本发明的至少一个实施方式，所述滑靴本体包括基座部以及设在所述基座部的限位部，所述腔体至少位于所述限位部，所述第一端面位于所述限位部背离所述基座部的表面，所述第二端面位于所述基座部背离所述限位部的表面；所述限位部在所述基座部背离所述第二端面的表面的正投影位于所述基座部背离所述第二端面的表面内，所述滑靴还包括第二合金板，所述第二合金板设在所述基座部背离所述第二端面的表面，所述第二合金板具有供所述限位部穿过的通孔；和/或，所述第二合金板的材质与所述第一合金板的材质相同根据本发明的至少一个实施方式，所述滑靴本体的材质密度小于所述第一合金板和/或所述第二合金板材质的密度；和/或，
所述滑靴本体的材质为钢基材料，所述第一合金板和所述第二合金板的材质为铜基材料和/或铝基合金。
9.根据本发明的至少一个实施方式，所述滑靴还包括第一结合层和第二结合层，所述第一结合层位于所述第一合金板与所述滑靴本体之间，所述第一结合层的材质包括第一合金板的材料和所述滑靴本体的材料；所述第二结合层位于所述第二合金板与所述滑靴本体之间，所述第二结合层的材质包括第二合金板的材料和所述滑靴本体的材料。
10.根据本发明的至少一个实施方式，所述基座部的厚度为第一厚度，所述第一合金板的厚度和所述第二合金板的厚度为第二厚度，所述第一厚度与所述第二厚度之比为（2-3）：1；所述基座部的厚度方向、所述第一合金板的厚度方向和所述第二合金板的厚度方向为：垂直于所述第一端面的方向。
11.根据本发明的至少一个实施方式，所述限位部的外侧壁具有靠近所述基座部的环槽，所述环槽的槽口至少部分部位与所述通孔的孔壁相对。
12.根据本发明的至少一个实施方式，所述环槽的深度为0.5mm
±
0.2mm；和/或，所述环槽的宽度为0.9mm
±
0.2mm。
13.相对于现有技术，本发明的滑靴中，滑靴本体的材质强度大于所述第一合金板的材质强度，且滑靴本体具有腔体，以及位于第一端面的第一开口，第一开口与所述腔体连通，因此，当滑靴本体的材质强度大于第一合金板的材质强度时，滑靴与柱塞在收口过程中具有较高的收口强度，可以大大提高柱塞的拉脱力，增加柱塞泵或马达的使用压力级别和拉脱力。不仅如此，由于滑靴具有的第二端面与斜盘配合，而第一合金板设在第二端面，因此，当第一合金板的材质强度低于滑靴本体的材质时，可以改善滑靴与斜盘之间的摩擦性能，避免同等强度材质的滑靴本体与斜盘直接摩擦，从而增加滑靴的使用寿命。
14.本发明的另一目的在于还提供一种柱塞组件，包括上述的滑靴，所述柱塞组件还包括斜盘、卡盘和柱塞，所述柱塞材质为钢基材料；所述斜盘设在滑靴本体具有的第二端面，所述卡盘卡在所述滑靴上，所述柱塞的球头与所述滑靴本体具有的腔体配合。
15.根据本发明的至少一个实施方式，当所述滑靴包括基座部和限位部，所述限位部的外侧壁具有环槽，所述环槽的槽口至少部分部位与卡盘的内壁相对。
16.相对于现有技术，本发明所述的柱塞组件具有以下优势：所述柱塞组件与上述滑靴相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
17.本发明的另一目的在于还提供一种柱塞设备，包括上述的柱塞组件。
18.相对于现有技术，本发明所述的柱塞设备具有以下优势：所述柱塞设备与上述滑靴相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
19.附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
20.图1是根据本发明的实施方式的双合金滑靴结构的示意图。
21.图2是根据本发明的实施方式的双合金滑靴装配结构示意图。
22.附图标记：1-滑靴本体；11-基座部；12-限位部；13-腔体；14-环槽；15-第二端面；16-第三端面；2-第一合金板；3-第二合金板；4-柱塞；5-斜盘；6-卡盘；17-第一端面；18-凹槽。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
24.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
25.柱塞泵及柱塞马达可以广泛使用于航空航天、工程机械、舰船等各领域中。在液压柱塞泵及液压柱塞马达工作过程中，滑靴承受柱塞轴向的液压力、滑靴面的静压力与油膜反力形成的分离力。因此，滑靴是液压泵、液压马达中受力最复杂、工况条件最恶劣的零件之一。而斜盘-滑靴、滑靴-柱塞、滑靴与卡盘之间的摩擦直接影响液压柱塞泵/液压柱塞马达的工作寿命及可靠性。因此，在液压柱塞泵及液压柱塞马达设计时斜盘-滑靴、滑靴-柱塞、滑靴与卡盘的设计非常重要。
26.现有技术中滑靴采用铜合金进行制造，以保证斜盘-滑靴、滑靴-柱塞、滑靴与卡盘摩擦副材料配对要求。但由于滑靴与柱塞之间采用特殊的工艺方法进行收口连接，而采用铜合金的滑靴在进行收口连接是，由于铜合金材料本身的特性，其收口强度较低，也即柱塞的拉脱力较小，直接影响液压泵或马达的使用压力、寿命及可靠性。
27.请参阅图1和图2所示，本发明的实施例提供一种滑靴，用于与柱塞随动，柱塞具有与所述滑靴转动连接的球头。
28.本发明实施例的滑靴包括滑靴本体1、第一合金板2，滑靴本体1的材质强度大于第一合金板2的材质强度；滑靴具有第一端面和第二端面15，第二端面15用于与斜盘5配位，第一合金板2设在第二端面15，滑靴本体1具有腔体13以及位于第一端面的第一开口，第一开口与腔体13连通，腔体用于容置球头。
29.使用时，滑靴的第二端面15上的第一合金板2与斜盘5之间形成摩擦副，也即滑靴的第一合金板2与斜盘5之间相对滑动。柱塞4通过球头球铰在滑靴腔体中，柱塞4带动滑靴在斜盘5上滑动和转动。卡盘6用于限制滑靴沿斜盘5做周向运动。
30.本发明实施例中滑靴本体1的强度大于第一合金板2的强度，滑靴本体1可以由钢基材料制造，通常情况下柱塞4也是由钢基材料制造，滑靴本体1上的腔体13中容置有柱塞4球头，腔体13与柱塞4球头之间在装配后需要收口技术将两部分联结在一起，而收口质量相当重要，他影响到整个柱塞泵或柱塞马达的性能及寿命。由于本发明的实施例中滑靴本体1由强度较大的钢基材料制造，相对于现有技术中滑靴采用铜基材料制造，本发明实施例中滑靴与柱塞之间的收口强度要远远大于铜基材料制造的滑靴。经过实验证明，本发明实施例的滑靴与柱塞，可以提高柱塞泵或柱塞马达的使用压力级别，耐压能力可以提高约2倍，拉脱力可以增大约2倍。
31.在一些实施例中，由于滑靴本体1中的腔体13与设置于腔体13中的柱塞4球头形成摩擦副。为了改善摩擦副的润滑条件，腔体13的内壁具有润滑层。
32.上述润滑层可以为软金属，例如：可以在腔体13的内壁镀一层软金属，以减小滑靴本体1与球头之间摩擦副的摩擦性能，软金属包括银、铜等金属。这里的软金属是相对于滑靴本体材质和柱塞材质而言，金属的刚性低于滑靴本体材质和柱塞材质即称为软金属。
33.上述润滑层也可以为润化剂膜，例如：可以在腔体13的内壁涂覆一层润滑剂以改善腔体13与柱塞4球头的摩擦润滑条件，从而改善摩擦副的工况。
34.上述的润滑层也可以为在腔体13的内壁镀一层软金属，并且在腔体13内壁再涂覆一层润滑剂来改善摩擦副的工况。
35.在一些实施例中，上述第一合金板2可以具有至少一个凹槽18，凹槽18为环形槽。第一合金板2与斜盘5之间采用液压油膜的静压力支撑并润滑，因此，环形槽可以将来自于柱塞中的液压油在第一合金板2与斜盘5之间形成静压油膜，不仅起到支撑作用还具有润滑作用，从而改善滑靴与斜盘之间的摩擦。
36.示例性的，滑靴本体1包括基座部11以及设在基座部11的限位部12，腔体13至少位于限位部12，第一端面17位于限位部12背离基座部11的表面，第二端面15位于基座部11背离限位部12的表面，限位部12在第二端面15的正投影位于第二端面15内；滑靴还包括第二合金板3，第二合金板3设在基座部11靠近限位部12的表面，第二合金板3具有供限位部12穿过的通孔。
37.例如：上述滑靴本体1为阶梯轴状，可以包括由短圆柱体形成的基座部11和长圆柱体形成的限位部12。腔体13至少位于限位部12中，其中基座部11的直径大于限位部12直径，且二者同轴。在基座部11和限位部12的连接部位，也即轴肩处，基座部11具有第三端面16，而第三端面16与卡盘6之间形成摩擦副，而卡盘一般为钢基材料，为了改善滑靴与卡盘之间的摩擦性能，在第三端面16上设置第二合金板3，第二合金板3具有通孔，通孔用于限位部12穿过，使得卡盘6靠近第三端面16所具有的第二合金板3，从而形成摩擦副，第二合金板3的材质可以与第一合金板2的材质相同，也即第二合金板3的材质的强度低于滑靴本体1的材质强度或者低于卡盘6的材质强度。示例性地，第二合金板3的材质为铜基材料，滑靴与卡盘6之间的摩擦形成铜-钢材料配对，从而改善二者之间的摩擦性能。
38.在一种示例中，滑靴本体1的材质密度小于第一合金板2和/或第二合金板3材质的密度。例如滑靴本体1的材质为钢基材料，第一合金板2和第二合金板3的材质为铜基材料或铝基合金。根据实验验证，由于钢基材料的密度相对于铜基材料的密度小，将滑靴的滑靴本体1替换为钢基材料后，滑靴的质量将减轻约12%，功重比将提高约16倍，有利于改善柱塞部件在运动过程中运动学、动力学等各种工作工况。
39.在一些实施例中，将现有技术中铜基材料的滑靴本体1替换为强度较大的钢基材料，为了斜盘-滑靴之间摩擦副材料的配对，避免出现钢-钢材料直接摩擦，以改善斜盘-滑靴在工作时的摩擦副工况及条件。本发明实施例中，采用第一合金板2覆盖在第二端面15，第一合金板2强度低于滑靴本体材质的强度。示例性地，第一合金板2的材质可以为铜基材料，或其它材质，例如铝基合金等。形成斜盘-滑靴之间摩擦副的铜-钢材料配对，极大地改善了滑靴的工况和使用寿命。
40.合金板的具体材料应具有良好的焊接性能，以满足可以与钢基材料进行异种合金
的焊接。本发明实施例的第一合金板和第二合金板可以为铜基材料，其包括锡青铜、锰黄铜、铍青铜中的一种或多种。可以理解的是，其他焊接性能、耐磨性能良好的铜基或铝基合金也在本发明的保护范围之内。
41.示例性的，上述滑靴还可以包括第一结合层和第二结合层，第一结合层位于第一合金板2与滑靴本体之间，第一结合层的材质包括第一合金板的材料和滑靴本体的材料；第二结合层位于第二合金板3与滑靴本体之间，第二结合层的材质包括第二合金板3的材料和滑靴本体的材料。
42.在实际应用中，第一合金板2与基座部11的第二端面15之间的连接要保证二者之间的结合强度，由于斜盘-滑靴摩擦副的工况较为恶略，上述二者的结合强度要求非常高，因为要承受高压、高温和高摩擦。示例性地，采用扩散焊或者熔铸工艺，使得铜合金材料与钢基材料的连接界面处产生第一结合层，二者的材料之间具有一定的扩散层，才能符合滑靴的工作强度。
43.可以理解的是，第一合金板2的外圆直径可以大于或等于基座部11的第一端面17的外圆直径，当二者焊接完成后，可以对第一合金板2尺寸进行进一步的补充加工，最终符合滑靴所要求的尺寸。
44.基于同样的原因，第二合金板3与基座部11的第三端面16之间的连接也要保证二者之间的结合强度，第二合金板3为圆环形的结构。示例性地，第二合金板3与基座部11的第三端面16之间也采用扩散焊或者熔铸工艺，使得铜合金材料与钢基材料的连接界面处产生第二结合层，二者的材料之间具有一定的扩散层，从而保证二者的结合强度。
45.可以理解的是，第二合金板3的外圆直径可以大于或等于基座部11的第三端面16的外圆直径，当二者焊接完成后，可以对第二合金板3尺寸进行进一步的补充加工，最终符合滑靴所要求的尺寸。
46.示例性的，考虑到铜基材料的本身刚性性质，第一合金板2和第二合金板3应具有第二厚度，而基座部11沿轴向具有第一厚度，第一厚度与第二厚度之比为（2-3）：1。
47.示例性地，第一合金板2和第二合金板3的厚度均为1mm
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1.5mm。可以理解的是，根据第一合金板2和第二合金板3摩擦工况的情况，二者的厚度也可以不同。当铜合金板的厚度太厚，由于铜合金相对于钢基材料的易变形性，铜合金板受到挤压以及摩擦的过程中，就会容易变形，进而造成摩擦副之间的间歇逐步扩大，磨损并最终导致整个滑靴部件的失效。
48.当铜合金板的厚度太薄时，铜合金板与钢基材料的基体之间的联结方式就会受到限制，例如当采用焊接进行铜合金板与基体之间的联结时，铜合金板太薄容易被焊穿而无法使二者固定连接。铜合金板的厚度根据实际使用需求而定，一般为1mm，也可以大于1mm，可以留有足够多的余量，当铜合金板与基体固定连接后再补充加工来保证铜合金板的相应尺寸。
49.在一种示例中，限位部12的外侧壁具有靠近基座部11的环槽，环槽14的槽口至少部分部位与通孔的孔壁相对。也即在靠近轴肩的部位，限位部12沿周向设置有一个或多个环槽，环槽可以沿整个周向通长设置，也可以沿周向间断地设置。环槽14的设置是为了保证滑靴与卡盘6之间的装配以及工作过程中二者之间的相对运动。
50.在实际应用中，由于滑靴与卡盘6之间的摩擦配合比较精密，卡盘6与滑靴的限位部12之间的装配配合间隙较小，设置该圈环槽14可以使得卡盘很容易装配到限位部12上，
且与第二合金板3之间不发生干涉。相对于现有技术中采用圆角或者过渡段的方式，本发明实施例的环槽14加工更容易，且在滑靴与卡盘6之间的摩擦配合中，不损伤卡盘6，同时，由于第二合金板3较薄，不容易在环槽位置处加工出圆角或倒角。
51.上述环槽14位于滑靴与卡盘6的摩擦界面处，也就是环槽14的槽口一部分被第二合金板3的通孔的孔壁相对，环槽14的另一部分与卡盘6的孔的孔壁相对，这样的设置有利于卡盘6的角部边缘可进入到环槽14中，避免卡盘6的角部边缘的磨损。
52.例如：环槽14的深度为0.5mm
±
0.2mm，环槽14的宽度为0.9mm
±
0.2mm。环槽14的深度可以保证低于限位部的外圆直径，从而使得在滑靴与卡盘6装配时不干涉。环槽14的宽度可以保证足够的间歇，在滑靴与卡盘6的摩擦过程中，不损伤卡盘6的边角。环槽14的深度和宽度保证加工合格的滑靴与卡盘6装配时不干涉。示例性地，环槽14的深度，也就是环槽14底面圆周的直径只要小于颈部外圆直径即可，一般为0.5mm左右。而环槽14的宽度一般为0.7mm-1.1mm，还可选地为0.8-1mm。
53.请参阅图2所示，本发明实施例还提供了一种柱塞组件，包括本发明实施例的滑靴，柱塞组件还包括斜盘、卡盘和柱塞，其中柱塞的材质为钢基材料。斜盘5设在滑靴本体1具有的第二端面15的第一合金板2外侧，卡盘6卡在滑靴的限位部12上，柱塞4的球头与滑靴本体1具有的腔体13配合。
54.当柱塞组件在工作时，滑靴与斜盘5的工作面形成铜-钢摩擦副，滑靴与卡盘6的工作面形成铜-钢摩擦副，滑靴与柱塞4的球头形成软金属-钢摩擦副，可以大大改善柱塞泵或柱塞马达工作时各摩擦副的润滑条件及工况。
55.本发明实施例还提供了一种柱塞设备，包括上述技术方案中的柱塞组件。
56.本发明实施例提供的柱塞设备的具体功能实现和效果请参见上述滑靴的描述，在此不再赘述。
57.需要说明的是，本发明实施例的柱塞设备包括柱塞马达或柱塞泵，本发明实施例的滑靴可应用于航空航天、工程机械、舰船等各领域的柱塞泵和柱塞马达中。
58.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
59.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
60.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。