一种液压回转组件、柱塞泵及柱塞马达的制作方法

本发明属于液压传动，具体涉及一种液压回转组件、柱塞泵及柱塞马达。

背景技术：

1、斜盘式轴向柱塞泵和柱塞马达(以下简称柱塞泵马达)因其工作压力范围广而高、效率高、结构紧凑、体积小、重量轻、功率密度大等特点，被广泛应用于工程机械、冶金、机床、矿山等领域中的各类机械中，尤其适用于高压大流量的大功率液压传动系统。

2、柱塞泵马达运转时，配流盘处于静止状态，摩擦盘倾斜一定角度且处于静止状态，缸体、柱塞、滑靴、回程弹簧、球铰、回程弹簧等零部件绕缸体轴线做高速旋转运动。对于柱塞泵，缸体旋转带动柱塞沿轴向往复运动完成吸油、排油动作；对于柱塞马达，柱塞在高压油的推动下沿轴向往复运动，带动缸体旋转完成排油动作。在柱塞泵马达回转组件运转过程中，缸体相对配流盘做平面旋转或球面旋转运动，柱塞相对缸体做直线加旋转运动，滑靴相对耐磨盘做平面运动，三大摩擦副(配流盘和缸体之间的配流摩擦副、缸体和柱塞之间的圆柱运动摩擦副、滑靴和摩擦盘之间的平面运动摩擦副)的特性对柱塞泵马达的性能及寿命有着至关重要的影响。

3、在柱塞泵马达高速运转过程中，三大摩擦副间零部件相对高速运动，极易产生摩擦磨损，是柱塞泵马达的主要失效模式。此外，三大摩擦副间油液一方面在对零部件进行润滑的同时，也会被摩擦副间的零部件拖拽、挤压，而产生积热甚至压溃油膜，对柱塞泵马达的效率、可靠性、使用寿命等产生不利影响。

4、为了降低柱塞泵马达回转组件三大摩擦间零部件的摩擦阻力，减少磨损，提高柱塞泵马达的可靠性及使用寿命，现有技术方案主要从提高零件表面硬度、降低摩擦系数等两个方面入手。

5、提高零件表面硬度主要是为了降低零件表面磨损，常用方法有零件表面氮化、渗碳淬火等热处理方式，或在零件表面镀膜，以提高零件表面硬度，如：发明专利cn101984133a采用一种磁控溅射离子镀技术，在柱塞表面产生复合镀层，提高了柱塞表面的硬度，同时降低量摩擦系数，达到降低柱塞磨损的目的。

6、降低摩擦系数主要是为了减少摩擦、提升泵马达机械效率，主要有改善零件表面光洁度、润滑等两种方法。改善零件表面光洁度主要靠精磨、珩磨、研磨等精加工方式来实现，或采用专利cn101984133a所述方法对零件表面进行镀膜，达到降低零件表面摩擦系数的目的。润滑可有效降低摩擦系数，通过零件表面织构化设计来改善润滑特性，是降低摩擦系数的最常用方法，如下所示：

7、1)针对配流副：专利cn114320804a在配流盘或缸体配流面上设置与旋转反向相反的类渐开线形状仿生复合织构，仿生织构上设置相连的多级凹坑，可提高承载能力，降低摩擦力和磨损率；专利cn116838561a在配流盘上高低压窗口之间设置复合织构，能提高油膜承载能力，减小配流盘磨损；专利cn108644059a在配流盘设置若干微孔，微孔为半球形且呈扇形分布，可改善配流副的润滑效果，降低摩擦力。

8、2)针对柱塞副：专利cn111237152a在柱塞表面设置沟槽-凹坑组合式织构，可提高柱塞副油膜承载能力，减小摩擦力，改善润滑特性；专利cn115507013a在柱塞表面设置疏水型微结构，在衬套内表面设置沟槽及疏水微结构，具有润滑减阻的效果；专利cn111237153a在柱塞表面设有不同深度的平行分布的环形阶梯式多重沟槽，可提高承载能力，减少摩擦磨损；文献《基于cfd织构表面柱塞适用工况的数值模拟》研究了六边形沟槽织构对柱塞副环形间隙流场的影响及适应性，研究表面织构能提高柱塞副的承载能力，降低摩擦磨损。

9、3)针对滑靴副：专利cn115263705a在斜盘上设置一种类似穿山甲鳞片结构的表面微织构，改善了滑靴副的水膜流动方向，提高了承载能力和耐磨减阻效果；专利cn113090485a在斜盘表面设置一种类似荷叶表面跨尺度二级微观结构，可降低滑靴副的摩擦系数，提高耐磨性能。

10、现有方案解决柱塞泵马达三大摩擦副零部件的摩擦磨损问题时，忽略了摩擦副油膜因挤压造成的积热的问题。油膜产生积热后，油液粘度降低，加剧泄露，柱塞泵马达效率下降。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，本发明提供一种液压回转组件、柱塞泵及柱塞马达，在摩擦副表面设置导引槽，对摩擦副间的油膜进行疏导，将高压、高热油膜引流至摩擦副之外，对摩擦副降温，改善摩擦副润滑摩擦特性。

2、为解决现有技术的不足，本发明提供的技术方案为：

3、一种液压回转组件，包括配流盘、缸体、柱塞、滑靴和摩擦盘，

4、所述配流盘的配流面设有第一导引槽和/或所述缸体的配流面上设有第二导引槽；所述第一导引槽的两端分别位于配流盘的配流面的内边缘和外边缘；所述第二导引槽的两端分别位于缸体的配流面的内边缘和外边缘；

5、缸体的柱塞孔圆柱面上设有第三导引槽和/或所述柱塞的圆柱面上设有第四导引槽；所述第三导引槽的一端位于缸体的柱塞孔圆柱面的外端，另一端位于缸体的柱塞孔圆柱面的最深处；所述第四导引槽的两端分别位于柱塞的圆柱面的两端；

6、所述摩擦盘的摩擦面上设有与摩擦盘的摩擦面外边缘连通的第五导引槽。

7、优选的，所述第一导引槽和第二导引槽呈螺旋线型，第一导引槽和第二导引槽的螺旋方向与所述缸体的旋转方向相同；

8、第一导引槽的起点位于所述配流盘的配流面的内边缘，终点位于配流盘的配流面的外边缘；

9、第二导引槽的起点位于所述缸体的配流面的内边缘，终点位于缸体的配流面的外边缘。

10、优选的，所述第一导引槽和第二导引槽的螺旋升角为1～5°。

11、优选的，所述第一导引槽、第二导引槽的间距为500～1000μm。

12、优选的，从所述配流盘的角度看向所述缸体，若缸体顺时针转动，则所述第三导引槽、第四导引槽呈s型；若缸体逆时针转动，则第三导引槽、第四导引槽呈反s型。

13、优选的，建立以所述缸体的柱塞孔圆柱面的外端面所在平面为yz平面，以缸体的轴线为x轴，z轴穿过缸体的轴线和柱塞孔圆柱面的轴线的空间坐标系，将所述缸体的柱塞孔圆柱面展开成矩形后，所述第三导引槽所在曲线相互平行；第三导引槽所在曲线fyz(x)是缸体的柱塞孔圆柱面上点的轴向坐标值x的奇数次方函数，过原点的曲线fyz(x)的计算公式如下：

14、

15、其中，ξv为柱塞副间油液的速度系数，无量纲；为缸体柱塞孔的长度结构系数，无量纲；l1为缸体的柱塞孔圆柱面的轴向长度，mm；x为缸体的柱塞孔圆柱面上点的轴向坐标值，mm；k为奇数，且k≥3；

16、建立以所述柱塞的圆柱面靠近柱塞长孔的端面所在平面为y’z’平面，以柱塞的轴线为x’轴，z’轴穿过柱塞的轴线的空间坐标系；将柱塞的圆柱面展开成矩形后，所述第四导引槽所在曲线相互平行，第四导引槽所在曲线fy”z'(x')是柱塞的圆柱面上点的轴向坐标值x'的奇数次方函数，过原点的曲线fy”z'(x')的计算公式如下：

17、

18、其中，为柱塞的圆柱面长度结构系数，无量纲；l2为柱塞的圆柱面的轴向长度，mm；x'为柱塞的圆柱面上点的轴向坐标值，mm。

19、优选的，所述第三导引槽、第四导引槽的间距为200～500μm。

20、优选的，所述第五导引槽包括直线型导引槽和椭圆导引槽；

21、所述直线型导引槽与所述椭圆导引槽连通，端部位于摩擦盘的摩擦面外边缘；

22、所述椭圆导引槽位于所述摩擦盘的摩擦面上，椭圆导引槽的长轴位于摩擦盘的摩擦面上与所述缸体距离最近的端点和距离最远的端点组成的连线上。

23、优选的，所述直线型导引槽包括长轴导引槽和短轴导引槽；

24、所述椭圆导引槽同心设置，均匀分布；

25、所述长轴导引槽呈线型，数量为所述椭圆导引槽数量的两倍，两端分别位于椭圆导引槽的长轴顶点处、所述摩擦盘的摩擦面外边缘；

26、所述短轴导引槽呈线型，数量为椭圆导引槽数量的两倍，两端分别位于椭圆导引槽的短轴顶点处、摩擦盘的摩擦面外边缘。

27、优选的，所述长轴导引槽与所述椭圆导引槽的短轴平行，且椭圆导引槽的长轴端点处油液的流动方向与长轴导引槽的夹角为0°；所述短轴导引槽与椭圆导引槽的长轴平行，且椭圆导引槽的短轴端点处油液的流动方向与短轴导引槽的夹角为0°。

28、优选的，所述椭圆导引槽的长轴和短轴的计算公式如下：

29、

30、

31、其中，ai表示由内向外第i条椭圆导引槽的长轴长度；

32、bi表示由内向外第i条椭圆导引槽的短轴长度；

33、1≤i≤n，n为椭圆导引槽的总个数；

34、d为所述缸体的柱塞孔圆柱面外端的分布圆直径，mm；

35、α为所述摩擦盘的倾斜角度，°；

36、dh为所述滑靴的底座的直径，mm。

37、优选的，所述第一导引槽、第二导引槽、第三导引槽、第四导引槽、第五导引槽的深度为50～100μm。

38、优选的，所述第一导引槽、第二导引槽、第三导引槽、第四导引槽、第五导引槽的截面呈倒三角型；

39、第一导引槽、第二导引槽、第三导引槽、第四导引槽、第五导引槽的截面的两边夹角为50～60°，第一导引槽、第二导引槽、第三导引槽、第四导引槽、第五导引槽的槽底部和槽顶部设有倒圆角。

40、一种柱塞泵，包括前述的液压回转组件。

41、一种柱塞马达，其特征在于，包括前述的液压回转组件。

42、本发明的有益效果：

43、本发明中，柱塞泵马达运转时，通过第一导引槽和第二导引槽的设置，实现配流副与外界的冷热油液循环交换，达到对配流副降温、润滑的效果；通过第三导引槽和第四导引槽实现柱塞副与外界的冷热油液循环交换，达到对柱塞副降温、润滑的效果；通过第五导引槽实现滑靴副与外界的冷热油液循环交换，达到对滑靴副降温、润滑的效果。

44、本发明中，第一导引槽和第二导引槽为接近圆形的螺旋型，一方面能贴合配流副间油液运动特性达到较佳的引流作用减小拖拽效应对油膜的损坏，另一方面还能达到配流副间油液循环、与外界热交换的效果。

45、本发明中，第三导引槽和第四导引槽符合柱塞副运动特性，一方面能达到较佳的引流作用减小拖拽效应对油膜的损坏，另一方面还能达到柱塞副间油液循环、与外界热交换的效果。

46、本发明中，设置椭圆导引槽符合滑靴副间油液的运动特性以尽可能减小拖拽效应对油膜的损坏，设置直线型导引槽与外界连通能达到柱塞副间油液循环、与外界热交换的效果。