[发明专利]轴向活塞泵或马达

说明书

发明领域

本发明涉及能量转换装置，例如泵、马达、液压传动装置、或压缩机，更具体说涉及轴向活塞能量转换装置，这种装置采用倾斜的凸轮面使活塞在缸筒中作往复运动，缸筒的取向平行于所述装置驱动轴的转动轴线。

背景技术

许多能量转换装置都采用轴向活塞泵、马达或压缩机将由一转动轴输送来的能量转换成液力能，或者相反将液力能转换成轴转动能。尽管这种轴向活塞装置的具体设计细节各有不同，但转动能转换成液力能一般都是由一个或多个的活塞来完成的，活塞限定在取向平行于驱动轴或传动轴转动轴线的缸筒孔中作往复运动。活塞的往复运动是通过将活塞连接到一凸轮板，凸轮设有一凸轮面，该凸轮面相对于转动轴线倾斜一个角度，该角度应使得各活塞的一端能随着轴的转动而沿凸轮面滑动。由于凸轮面相对于转动轴线是倾斜的，因此当活塞沿凸轮面滑动时，它就被驱使在缸筒孔中作往复运动。

为了使这种轴向活塞机器能达到其满意的效能和使用寿命，需要特别注意活塞和凸轮板面之间连接的结构设计，以便确保活塞端和凸轮面之间滑动接触所产生的固有摩擦减少到最小程度。为了使摩擦减少到最小程度，并使能量转换装置具有可接受的使用寿命，至关重要的是活塞表面和凸轮板面要用两者配合起来能产生小的运行摩擦和高的抗磨损的材料来制备。由于凸轮板在构形上常常是很复杂的，因而制作成本高，所以总是希望在结构配置上将凸轮板设计成具有更能抗损坏性，这样就可以在轴向活塞装置由于各种原因出现故障需进行修复时不致将凸轮板废弃，故障原因例如可以是凸轮面和活塞之间缺少润滑。

为解决这些问题，一先有技术在活塞与凸轮面接触的那端上安装了一称之为活塞滑块或活塞滑履的旋转附件，该附件由较软材料，例如青铜来制作，而整个凸轮板由一种淬硬材料，例如钢52100，又称之为AMS 6444来制作，其淬硬硬度例如可以是洛氏硬度58C。活塞滑块有时也镀一层具有润滑性、更软的材料，例如银。只要凸轮面得到适宜的润滑，该先有技术能较好地解决低摩擦和合理的使用寿命问题。

然而，这项先有技术有若干缺陷。首先，当凸轮面最终磨损时，整个凸轮板需要更换或进行再加工，以便凸轮面能恢复到其原始状态。再者，在凸轮面由于能量转换装置的故障，例如由于缺少润滑活塞滑块和凸轮面之间产生咬着的故障，而导致损坏情况下，凸轮板的损坏可能到了无法修复的程度。这种更换或再加工就可能加大整修费用到不能接受的程度，特别当凸轮板构形复杂时。

其次，由于需要用一种兼有结构性和抗磨损性的材料来制作凸轮板，这就限制了可用材料的选择范围。这导致要采用一种经常要求加厚和加重凸轮板结构的折衷方案，而如果抗磨损不是要考虑的因素，以及凸轮板可能用具有优良结构性的材料，例如钢300M来制备，就不会出现上述加厚和加重情况。

在该先有技术的一种变化方案中，凸轮板是由一种具有优良结构性的材料来制备，然后在凸轮面上涂镀一层抗磨损材料。这一镀层一般是通过火焰喷射法将一种材料，例如碳化钨镀覆在凸轮面上，或通过一种方法，例如汽相沉淀法(PVD)将一种材料，例如氮化钛镀覆在凸轮面上。这种镀层与淬硬钢比较有时能改善磨损性能，并减轻由于采用必须兼有结构性和抗磨损性的材料来制备凸轮板而产生的折衷方案的后果。但是，这些镀层成本高，而且很难做到涂镀得当，在运行中不会被剥落，从而引起过早磨损或导致能量转换装置出故障。

在另一先有技术中，凸轮板设有一构成凸轮面的可更换耐磨板或嵌入垫件。当表面磨损或损坏时，可以安装一新耐磨板，使凸轮板恢复到其原始状态。由于只更换耐磨板，所以与凸轮板必须更换或再加工的那些先有技术比较，这项先有技术能极大地降低成本。这种耐磨板嵌入件一般由涂镀的或未涂镀的淬硬钢来制备，而且比较厚，其厚度范围为0.040-0.100英寸。授予哥斯托姆斯基(Gostomski)的美国专利3,996,841就采用这种技术。哥斯托姆斯基公开了采用一种多少能变形的推入环形钢件，其厚度最好为0.050英寸，该推入环形钢件松动地安装在倾斜凸轮板的粗加工或铸造状态的支撑面上，从而不需要高精度地加工支撑面，降低了制造成本。