一种具有微坑球弧面和摆线型花键孔结构的球铰的制作方法

本发明属于斜盘式轴向柱塞马达技术领域，涉及一种具有微坑球弧面和摆线型花键孔结构的球铰。

背景技术：

斜盘式轴向柱塞马达因其额定工作压力高、功率密度大、变量调节方便等优点，广泛应用于各类工程机械的液压系统中，其性能和可靠性直接影响液压系统的性能和可靠性。随着主机轻量化、节能化、操作舒适化的要求越来越高，对轴向柱塞马达的压力等级和转速、工作的可靠性提出了更高的要求。而随着压力等级和转速的提高，马达的工况条件变得越来越恶劣，马达的故障发生率不断增大。根据大量的调研统计和微观摩擦学理论分析可知，轴向柱塞马达三大摩擦副的摩擦磨损是发生故障的重要原因。其故障机理为：当轴向柱塞马达工作时，摩擦副间的力矩系数增大，使配对摩擦副在工作载荷下摩擦加剧，导致摩擦副间的油膜变薄，在这种应力的反复作用下，摩擦副间某一部件发生偏磨磨损，甚至还会发生表面疲劳磨损而脱落，使摩擦副运动间隙增大，降低马达的机械效率和容积效率，严重时还会导致马达内零件损坏，造成马达无法正常工作，进而危及整个液压系统的安全。

斜盘式轴向柱塞马达的三大摩擦副中，滑靴副因其运动特性复杂，受力工况恶劣，故其故障率相对较高。滑靴在回程结构的作用下，与斜盘构成摩擦副。目前，斜盘式轴向柱塞马达的回程结构主要包括浮动式和定间隙式，其中浮动式回程又分为中心弹簧式回程和分布弹簧式回程。

在浮动式回程结构中，滑靴始终受到回程盘对其的压紧力，使其压在斜盘表面。其中，弹簧通过球铰作用于回程盘上，使回程盘随着主轴的转动一起回转，随着压力等级和转速的提高，球铰副的接触面需要有足够的润滑度。当在恶劣工况下，球铰与回程盘的震动、微粒和铁屑对球铰与回程盘之间接触面的刮伤都会减少回程盘的寿命，甚至可能引发回程盘撕裂，直接导致整个马达失效。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于在高速高压和工作条件相对恶劣的工况下稳定工作的具有微坑球弧面和摆线型花键孔结构的球铰。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有微坑球弧面和摆线型花键孔结构的球铰，该球铰应用于斜盘式轴向柱塞马达中，所述的斜盘式轴向柱塞马达包括回程盘以及贯穿回程盘中心处的主轴，所述的球铰位于回程盘与主轴之间，所述的球铰包括球铰前端面、与回程盘相适配的球铰球弧面以及将球铰前端面与球铰球弧面的中心处连通并与主轴相适配的花键孔，该花键孔为摆线型花键孔，所述的球铰球弧面上设有球铰球弧面微坑结构。主轴上设有与花键孔相适配的花键，主轴通过花键孔贯穿球铰，与球铰采用花键形式传动连接，并通过球铰与回程盘铰接。球铰球弧面位于球铰后端，与球铰前端面一起围成球铰的外轮廓。球铰前端面为支撑推杆的光滑平面，与压在弹簧上的推杆相接触。球铰球弧面微坑结构能够提高球铰的压力承载和润滑油膜稳定性，并能够存储润滑油。

所述的球铰球弧面微坑结构包括6-21个沿圆周方向均匀开设有在球铰球弧面上的球铰球弧面微坑组，所述的球铰球弧面微坑组包括多个球铰球弧面微坑。球铰球弧面微坑组包括多个沿轴向均匀开设在球铰球弧面上的球铰球弧面微坑。根据不同的工作条件与要求，选用不同的球铰球弧面微坑分布形式。

所述的球铰球弧面微坑呈圆柱形、圆锥形或椭圆柱形。根据不同的工作条件与要求，选用不同形状的球铰球弧面微坑。

所述的球铰球弧面微坑的内径为450-550μm，深度为100-200μm。

所述的花键孔的内侧面上设有花键孔内侧面微坑结构。

所述的花键孔内侧面微坑结构包括6-21个沿圆周方向均匀开设有在花键孔内侧面上的花键孔内侧面微坑组，所述的花键孔内侧面微坑组包括多个沿轴向均匀开设在花键孔内侧面上的花键孔内侧面微坑。

所述的花键孔内侧面微坑的内径为250-350μm，深度为50-100μm。

所述的球铰前端面与花键孔的相交线为短幅外摆线等距曲线。短幅外摆线等距曲线是一种无重复交点且无相互重叠的封闭式曲线，其头数为n＝1+k(k为自然数)。

所述的短幅外摆线等距曲线的幅长系数﹤0.45。

所述的回程盘上设有与球铰球弧面相适配的回程盘球弧面，该回程盘球弧面上开设有多个回程盘球弧面微坑。球铰球弧面与回程盘球弧面的球心相重合。回程盘球弧面上回程盘球弧面微坑的尺寸及分布可与球铰球弧面微坑相同，以便在不影响强度的情况下增加其储油能力，减少球铰副相互作用的摩擦力。

球铰中的各微坑由激光加工而成。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

(1)微坑结构增大了摩擦副的储油量及摩擦面油膜的稳定性，降低摩擦力，减小了马达的机械损失；改善了回程机构的抗污染状况，能够吸附并储存工作过程中的污染微粒和铁屑，延长球铰和回程盘的使用寿命；减少了球铰的总质量，提高了球铰的单位质量利用率。

(2)摆线型花键孔结构的形状简单圆滑，应力集中小，连接强度高，能够自动定心，传动时不易产生振动和噪声，花键孔内侧面微坑能够使花键孔与主轴之间形成楔形油膜，产生动压效应，提高球铰的压力承载。

(3)球铰整体受力状况好，具有自动对中特性；能协助完成柱塞滑靴组件的回程，增加回程球铰副的润滑条件和储油量，将工作中的污染微粒和铁屑沉积到微坑内，防止球铰刮伤回程盘而引发整泵失效的连锁反应，降低马达在工作过程中所受环境的影响，提高马达的机械效率，进而提高马达的可靠性和寿命，适用于高速高压和工作条件相对恶劣的工况。

附图说明

图1为实施例1中球铰的整体结构示意图；

图2为实施例1中球铰应用于斜盘式轴向柱塞马达中的结构示意图；

图中标记说明：

1—回程盘、2—主轴、3—球铰、301—球铰前端面、302—球铰球弧面、3021—球铰球弧面微坑、303—花键孔、3031—花键孔内侧面微坑、4—滑靴、5—柱塞、6—斜盘、7—缸体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

如图1所示的一种具有微坑球弧面和摆线型花键孔结构的球铰，该球铰应用于斜盘式轴向柱塞马达中，斜盘式轴向柱塞马达包括回程盘1以及贯穿回程盘1中心处的主轴2，球铰3位于回程盘1与主轴2之间，球铰3包括球铰前端面301、与回程盘1相适配的球铰球弧面302以及将球铰前端面301与球铰球弧面302的中心处连通并与主轴2相适配的花键孔303，该花键孔303为摆线型花键孔，球铰球弧面302上设有球铰球弧面微坑结构。

其中，球铰球弧面微坑结构包括15个沿圆周方向均匀开设有在球铰球弧面302上的球铰球弧面微坑组，球铰球弧面微坑组包括多个球铰球弧面微坑3021。球铰球弧面微坑3021呈圆柱形。球铰球弧面微坑3021的内径为500μm，深度为200μm。

花键孔303的内侧面上设有花键孔内侧面微坑结构。花键孔内侧面微坑结构包括15个沿圆周方向均匀开设有在花键孔内侧面上的花键孔内侧面微坑组，花键孔内侧面微坑组包括多个沿轴向均匀开设在花键孔303内侧面上的花键孔内侧面微坑3031。花键孔内侧面微坑3031的内径为300μm，深度为100μm。

球铰前端面301与花键孔303的相交线为短幅外摆线等距曲线。短幅外摆线等距曲线的幅长系数为0.4。回程盘1上设有与球铰球弧面302相适配的回程盘球弧面，该回程盘球弧面上开设有多个回程盘球弧面微坑。

该球铰能够降低对原有高密封、高洁净的液压马达油路的工作环境要求。如图2所示，该球铰用于斜盘式轴向柱塞马达中，其装配过程为：滑靴4与柱塞5铰接后，滑靴4通过回程盘1上的滑靴孔压在斜盘6上，回程盘1与球铰球弧面302相适配，且中心处都通过液压马达的主轴2，球铰前端面301与推杆接触支撑，推杆另外一端压在缸体7内部与主轴2同心的中心弹簧上。马达在工作过程中，柱塞副在高压油液的推动下，带动缸体7旋转，将能量传递给与之花键连接的主轴2上，实现液压马达的运转，运行过程中球铰副上面出现的微粒及铁屑滑落入球铰3上加工出的各微坑结构中，因而具有一定的自净功能，可以减小球铰3对回程盘1的磨损和能量损失，提高马达的机械效率，延长马达的使用寿命。

实施例2：

本实施例中，球铰球弧面微坑结构包括6个沿圆周方向均匀开设有在球铰球弧面302上的球铰球弧面微坑组，球铰球弧面微坑3021呈圆锥形，球铰球弧面微坑3021的内径为450μm，深度为100μm。花键孔内侧面微坑结构包括6个沿圆周方向均匀开设有在花键孔内侧面上的花键孔内侧面微坑组，花键孔内侧面微坑3031的内径为250μm，深度为50μm。短幅外摆线等距曲线的幅长系数为0.3。

实施例3：

本实施例中，球铰球弧面微坑结构包括21个沿圆周方向均匀开设有在球铰球弧面302上的球铰球弧面微坑组，球铰球弧面微坑3021呈椭圆柱形，球铰球弧面微坑3021的内径为550μm，深度为150μm。花键孔内侧面微坑结构包括21个沿圆周方向均匀开设有在花键孔内侧面上的花键孔内侧面微坑组，花键孔内侧面微坑3031的内径为350μm，深度为75μm。短幅外摆线等距曲线的幅长系数为0.2。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。