一种基于异质摩擦界面弹流润滑性能的抗偏载液压缸的制作方法

本发明属于抗偏载低摩擦液压缸技术领域，具体涉及一种基于异质摩擦界面弹流润滑性能的抗偏载液压缸。

背景技术：

液压缸是液压传动系统的主要执行元件之一，它是将油液的压力能转换为机械能，实现往复直线运动或摆动的能量转换装置，也是液压系统中应用最多的执行元件。现有的液压缸与活塞之间的密封接触多为密封圈密封接触，这种形式的密封增加了活塞杆运动的阻力，增加了液压缸缸筒内壁与活塞之间的磨损，使得液压缸的动态特性难以提高。

目前已有学者研制出一种变间隙密封的伺服液压缸(zl200910272743.3)。活塞与缸筒之间，通过唇状复合变形结构构造了可变的弹性密封间隙；利用压力自补偿机制，形成能自动适应压力变化的间隙密封流场，使液压缸内泄漏量在31.5mpa压力下降低至95ml/min。

间隙密封伺服液压缸的出现，虽然在很大程度上解决了频响低、内泄漏大的问题，但由此带来的磨损问题却日益突显出来。由于摩擦副间没有密封圈，因此支撑活塞的力完全来自于间隙中的油液，而这种支撑力非常有限。此外，重载高速伺服液压缸在实际工作中，由于自重、工况的不稳定、活塞杆的挠度等因素，均会引起活塞杆及活塞的偏心，使活塞与缸筒内壁、活塞杆与支撑环等摩擦副组件之间产生较大的接触压力，随着使用时间的增加，运动副之间间隙扩大，这将造成间隙中油液的承载能力降低，油膜被破坏，从而使活塞与缸筒内壁、活塞杆与支撑环等摩擦副组件之间发生干接触，最终导致严重磨损和巨大的经济损失。

综上所述，现有的液压缸存在如下问题：摩擦力大、磨损量大、泄漏量大、偏载接触力大等缺点。

另外由武汉科技大学陈克应等老师发表的《elastohydrodynamiclubricationinpointcontactonthesurfacesofparticlerein-forcedcomposite》(颗粒增强符合材料的表面点接触弹流润滑)一文中提到关于基于增强颗粒的异质摩擦界面点接触弹流润滑的研究。研究表明，在重载情况下，含增强颗粒的摩擦界面会在颗粒处形成微凸体，当颗粒在特定的分部条件下可以增加油膜的厚度，增强油膜的承载力，并且可以减小接触面的摩擦力。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术中存在的不足，提供一种摩擦力小、磨损量小、泄漏量低、抗偏载的基于异质摩擦界面弹流润滑性能的液压缸。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于异质摩擦界面弹流润滑性能的抗偏载液压缸，包括活塞和缸筒，所述活塞外壁的亚表层或缸筒内壁的亚表层中均匀埋布有球型夹杂颗粒。

优选地，所述球型夹杂颗粒在所述活塞外壁或缸筒内壁亚表层的埋布深度为h＝0.02mm～0.08mm。

优选地，所述球型夹杂颗粒直径为d＝0.02mm～0.08mm，其弹性模量e2＝450gpa～650gpa。

优选地，所述球型夹杂颗粒沿所述活塞外壁或缸筒内壁轴线方向分布间距l1＝0.2mm～1mm，沿所述活塞外壁或缸筒内壁圆周方向分布间距l2＝0.2mm～1mm。

优选地，所述活塞或缸筒作为球型夹杂颗粒的基体，弹性模量e2＝100gpa～200gpa。

优选地，所述液压缸为单活塞杆重载液压缸。

优选地，所述活塞外壁和缸筒内壁的间隙δ＝10μm～15μm。

本发明在液压缸的活塞外壁或缸筒内壁的亚表层埋布球型夹杂颗粒，能在活塞重载工况下，减少液压缸的内泄漏。

本发明在液压缸的活塞外壁或内壁埋布球型夹杂颗粒，能在活塞和缸筒内壁发生高强接触时，增强油膜的承载力，提高液压缸抗偏载能力。

因此，本发明具有摩擦力小、磨损量小、泄漏量低、抗偏载的特点。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为图1中i、ii两处的局部放大图；

图3本发明的另一种结构示意图；

图4为图3中iii、iv两处的局部放大图；

图5为重载下异质摩擦界面形貌示意图；

图中：1活塞，2缸筒，3球型夹杂颗粒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，并非对其保护范围的限制。

实施例1

一种基于异质摩擦界面弹流润滑性能的抗偏载液压缸，所述液压缸的活塞1外壁和液压缸的缸筒2内壁的间隙δ＝10μm～15μm，此时的摩擦界面处于弹流润滑状态。如图1所示，在活塞1外壁的亚表层埋布球型夹杂颗粒3，埋布深度h＝0.02mm～0.08mm。球型夹杂颗粒3沿轴线方向分布间距l1＝0.2mm～1mm，沿圆周方向分布间距l2＝0.2mm～1mm。所述球型夹杂颗粒3的弹性模量e1＝450gpa～650gpa，活塞1作为球型夹杂颗粒3的基体，其弹性模量e2＝100～200gpa。所述球型夹杂颗粒3的直径d＝0.02mm～0.08mm。

实施例2

一种基于异质摩擦界面弹流润滑性能的抗偏载液压缸，所述液压缸的活塞1外壁和液压缸的缸筒2内壁的间隙δ＝10μm～15μm，此时的摩擦界面处于弹流润滑状态。如图3所示，在液压缸缸筒2内壁亚表层埋布球型夹杂颗粒3，埋布深度h＝0.02mm～0.08mm。球型夹杂颗粒3沿轴线方向分布间距l1＝0.2mm～1mm，沿圆周方向分布间距l2＝0.2mm～1mm。所述球型夹杂颗粒3的弹性模量e1＝450gpa～650gpa，缸筒2作为球型夹杂颗粒3的基体，其弹性模量e2＝100～200gpa。所述球型夹杂颗粒3的直径d＝0.02mm～0.08mm。

本技术在液压缸的活塞1外壁或缸筒2内壁埋布球型夹杂颗粒3，在重载液压缸发生偏载时，接触表面能产生变形，形成类织构的微型结构，所述类织构的微型结构即在活塞1或缸筒2内壁形成如图5所示的微凸体，所述微凸体的形成，能够锁住动压油膜，改善润滑状态。由于球型夹杂颗粒3分布于活塞1外壁或缸筒2内壁的亚表层，即使表层材料发生磨损其结构也不会被立刻破坏，依旧可以发挥作用在表面产生可靠的动压润滑油膜，减少液压缸缸筒2内壁与活塞1外壁之间的磨损。由于在液压缸的活塞1外壁或缸筒2内壁埋布球型夹杂颗粒3，能在活塞1重载工况下，减少液压缸的内泄漏；能在活塞1外壁和缸筒2内壁发生高强接触时，增强油膜的承载力，提高液压缸抗偏载能力。

因此，本发明具有摩擦力小、磨损量小、泄漏量低、抗偏载的特点。

技术特征：

技术总结
本发明属于抗偏载低摩擦液压缸技术领域，具体涉及一种基于异质摩擦界面弹流润滑性能的抗偏载液压缸。一种基于异质摩擦界面弹流润滑性能的抗偏载液压缸，包括活塞和缸筒，所述活塞外壁的亚表层或缸筒内壁的亚表层中均匀埋布有球型夹杂颗粒。本发明具有摩擦力小、磨损量小、泄漏量低、抗偏载的特点。

技术研发人员：柴宇峰;曾良才;陈克应;丁显忠;刘文可
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：2019.04.19
技术公布日：2019.07.19