一种转子、转子组件和柱塞设备

1.本发明涉及液压柱塞领域，尤其涉及一种转子、转子组件和柱塞设备。


背景技术：

2.转子是液压柱塞泵及液压柱塞马达必不可少的核心部件之一。在液压泵及液压马达的工作过程中，转子是主要的高压受力及结构受力零件之一。对于外支撑液压马达转子，要同时保证与柱塞体、分油盖（配油盘）、外支撑轴承构成摩擦副的摩擦性能，又要承担传递液压马达工作中的输入或输出的扭矩。
3.目前，解决上述摩擦副材料配对问题，转子一般采用铜合金。但由于液压马达未来的发展方向为小体积、高压大功率和重量轻。现有的铜合金转子的强度以及刚度无法满足高速高压下工况。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种转子、转子组件和柱塞设备，既可以保证转子与其配合的柱塞体、配油盘、外支撑轴承等在工作时的摩擦副工况及条件的情况下，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：一种转子，所述转子与外支撑轴承配合；所述转子包括缸体、第一套筒，所述缸体的材质刚度大于所述第一套筒的材质刚度；所述缸体具有外支承面，所述外支承面用于与所述外支撑轴承配位，所述第一套筒设置在所述外支承面。
6.根据本发明的至少一个实施方式，所述转子还包括合金板，所述缸体的材质刚度大于所述合金板的材质刚度，所述缸体还具有第一端面，所述第一端面用于与配油盘配位，所述合金板设置在所述第一端面。
7.根据本发明的至少一个实施方式，所述转子还包括第二套筒，所述缸体的材质刚度大于所述第二套筒的材质刚度，所述缸体具有至少一个第一腔体以及位于第二端面的开口，所述开口与所述第一腔体连通；所述第一腔体包括第一腔段和背离所述第一端面的第二腔段，所述第二腔段中设置所述第二套筒，所述第二套筒具有供柱塞通过的第二腔体；所述第二腔体的直径小于所述第一腔段的直径。
8.根据本发明的至少一个实施方式，所述第一腔段的直径小于所述第二腔段的直径。
9.根据本发明的至少一个实施方式，所述第一套筒、第二套筒和合金板的材质密度
大于所述缸体的材质的密度；所述缸体的材质为钢基材料，所述第一套筒、第二套筒和合金板的材质为铜基材料或铝基材料。
10.根据本发明的至少一个实施方式，所述第一套筒、第二套筒和合金板与相应所述缸体连接部分之间具有结合层，所述结合层的材质包括钢基材料和铜基材料。
11.根据本发明的至少一个实施方式，所述第二套筒沿轴向的长度为l1，满足l0＜l1＜l0+0.5d；其中，l0为当所述柱塞伸出所述第一腔体具有最大行程，所述柱塞与所述第二套筒具有的最小接触长度；d为所述柱塞的直径。
12.根据本发明的至少一个实施方式，当所述柱塞伸进所述第一腔体具有最小行程，所述柱塞与所述第一腔体的底部具有最小间隔，所述最小间隔为0.1d-0.3d。
13.相对于现有技术，本发明的滑靴具有以下优势：本发明提供的转子，转子与外支撑轴承配合；转子包括缸体、第一套筒，缸体的材质刚度大于第一套筒的材质刚度；缸体具有外支承面，外支承面用于与外支撑轴承配位，第一套筒设置在外支承面。由于缸体的材质刚度大于第一套筒的材质刚度，使得缸体与外支撑轴承之间形成的摩擦副配对部分形成合理的材料配对，降低了二者之间的摩擦。此外缸体的刚度较大，可以解决负载扭矩对转子传扭以及耐压的要求，满足转子在高速高压工况下的强度刚度需求。使用该结构转子的液压泵或马达，可以大幅度提升转速、压力等指标。
14.本发明的另一目的在于还提供一种转子组件，包括上述的转子，所述转子组件还包括配油盘、外支撑轴承和柱塞，所述配油盘设置在所述缸体具有的第一端面，所述外支撑轴承套设在所述缸体的外支承面，所述柱塞与所述缸体具有的第一腔体配合。
15.相对于现有技术，本发明所述的转子组件具有以下优势：所述转子组件与上述转子相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
16.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。
17.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转子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
18.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。
19.图1是根据本发明的实施方式的转子结构的示意图。
20.图2是根据本发明的实施方式的转子装配结构示意图。
21.附图标记：1-合金板；2-缸体；3-第一套筒；4-第二套筒；5-花键；6-配油盘；7-转子；8-外支撑轴承；9-柱塞；10-第一端面；11-第一腔体；12-开口；13-第二端面。
具体实施方式
22.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。
23.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。
24.现有结构中，为了解决摩擦副材料配对问题，转子一般采用铜合金、转子柱塞孔直接拉通。随着液压泵马达更新换代需要，体积小，高压大功率、重量轻等特点将是未来的发展趋势，则意味着转速升高、压力增加、功率增大，传统结构上的铜合金转子，无法解决高速高压工况下所带来的强度刚度问题。同时，高速情况下，柱塞分别处于上死点、下死点时，柱塞与柱塞孔的接触长度过长会导致润滑介质难以进入二者的接触面，从而导致“柱塞抱死”的问题；而柱塞与柱塞孔的接触长度过短会导致密封失效，进而出现油液泄露问题。
25.因此，本发明需要解决是既要保证与柱塞体、分油盖（配油盘）、外支撑轴承构成摩擦副材料配对，又要保证转速升高、压力增加、功率增大时，负载扭矩对转子传扭以及耐压的要求，满足转子高速高压工况下的强度刚度需求。
26.请参阅图1-2所示，根据本发明的实施例，提供一种转子，转子与外支撑轴承8配合；转子包括缸体2、第一套筒3，缸体2的材质刚度大于第一套筒3的材质刚度；缸体具有外支承面，外支承面用于与外支撑轴承8配位，第一套筒3设置在外支承面。由于缸体2的材质刚度大于第一套筒3的材质刚度，使得缸体2与外支撑轴承8之间形成的摩擦副配对部分形成合理的材料配对，降低了二者之间的摩擦。此外缸体2的刚度较大，可以解决负载扭矩对转子传扭以及耐压的要求，满足转子在高速高压工况下的强度刚度需求。使用该结构转子的液压泵或马达，可以大幅度提升转速、压力等指标。相对于现有技术中，转子材料选择铜合金，本发明实施例缸体2的材质可以为钢基材料，而第一套筒3的材质为铜基材料或铝基材料，钢基材料较铜基材料的刚性大。本发明实施例的转子可以满足高速高压工况下对转子的强度刚度要求。同时可在钢基材料的转子上加工传扭花键5在缸体2上进行加工，与动力轴花键连接，传递柱塞泵或马达工作时的转动扭矩，可以提高3倍扭矩。
27.在一些实施方式中，转子还包括合金板1，缸体2的材质刚度大于合金板1的材质刚度，缸体2还具有第一端面10，第一端面10用于与配油盘配位，合金板1设置在第一端面10。由于缸体为钢基材质，而配油盘也6也为钢基材质，因此在缸体2与配油盘6之间形成的摩擦副材料形成刚性摩擦，很容易损坏缸体2与配油盘6。在缸体2的第一端面10上设置合金板1，而合金板1选择为铜基材料，可以在缸体2与配油盘6之间形成铜-钢摩擦副，有效降低了二者之间的摩擦损坏问题。
28.在一些实施方式中，转子还包括第二套筒4，缸体2的材质刚度大于第二套筒4的材质刚度，缸体2具有至少一个第一腔体11以及位于第二端面13的开口12，所述开口12与所述第一腔体11连通；第一腔体11包括第一腔段和背离所述第一端面10的第二腔段，第二腔段中设置第二套筒4，第二套筒4具有供柱塞9通过的第二腔体；第二腔体的直径小于第一腔段的直径。柱塞9在柱塞孔中与缸体2之间形成摩擦副，为了形成铜-钢摩擦副，在柱塞孔中加入第二套筒4，第二套筒4的刚度小于缸体材质的刚度，例如第二套筒4可以为铜合金或铝合金等，有效地降低柱塞9与缸体2的柱塞孔之间的摩擦。而将第二套筒4在柱塞孔的第二端面
13进入，而第二套筒4并不完全覆盖到柱塞孔的全部，也即第二套筒4只设置在第二腔段，距离柱塞孔的孔底还具有一定距离l，即第一腔段的长度。并且由于第二套筒4的腔体直径φd小于第一腔段的直径φh，也就是柱塞与第二套筒4的腔体接触的话，就无法与直径更大的第一腔段的内壁接触。这样，可以避免柱塞与柱塞孔接触长度过长，在高速情况下，润滑油无法进入到二者的接触面内，从而解决柱塞与柱塞孔密封区域润滑困难的问题。
29.在一些实施方式中，第一腔段的直径小于第二腔段的直径，也即在柱塞孔中形成阶梯孔，阶梯面可以对第二套筒4形成限位，可以有效地避免在柱塞的高速运动过程中，使得第二套筒4不至于由于失效进一步向柱塞孔的孔底滑落，保证了第二套筒4的稳定性。
30.在一些实施方式第一套筒、第二套筒和合金板的材质密度大于缸体的材质的密度，示例性地，第一套筒、第二套筒和合金板的材质为铜基材料，缸体的材质为钢基材料，相对于现有全部采用铜合金的转子结构，本发明实施例的转子的缸体采用钢基材料，由于钢基材料的密度小于铜基材料，使得转子的质量减轻，功重比提高。
31.由于第一套筒3、第二套筒4和合金板1所在的摩擦副工况较为恶略，为了保证不同材质的合金之间的固定强度，第一套筒3、第二套筒4和合金板1与相应缸体2连接部分之间具有结合层，结合层的材质包括钢基材料和铜基材料。
32.实际使用时，第一套筒3、第二套筒4和合金板1与相应缸体2连接部分之间通过扩散焊接或者熔铸的方式将二者固定连接在一起，使得铜合金材料与钢基材料的连接界面处产生结合层，二者的材料之间具有一定的扩散层（结合层），才能符合转子的工作强度，使得二者的结合强度满足转子在柱塞马达中高速运动。
33.在一些实施方式中，考虑到需要控制柱塞9与柱塞孔的密封长度，能避免高速情况下柱塞分别处于上死点、下死点时，柱塞与柱塞孔的密封长度过长导致润滑困难，出现“柱塞抱死”的问题。又要考虑，在高速情况下柱塞分别处于上死点、下死点时，柱塞与柱塞孔的密封长度过短导致密封失效而出现的泄漏的问题。第二套筒的轴向长度l1，其要满足l0＜l1＜l0+0.5d；其中，l0为当柱塞伸出第一腔体11具有最大行程，柱塞与第二套筒具有的最小接触长度；d为柱塞的直径。请参阅图2所示，l0为柱塞位于最大行程smax处，也即柱塞位于上死点处，为了使柱塞不被卡死以及保持足够的密封长度，l0的取值一般为1.4d至2.5d之间。
34.在一些实施方式中，为了防止柱塞9与缸体2干涉，柱塞9当运行到下死点时，也即柱塞在最小行程处，柱塞9的端面与第一腔体11的底部具有最小间隔，其中，最小间隔为0.1d-0.3d。
35.请参阅图2所示，本发明实施例还提供了一种转子组件，包括上述技术方案中的转子，转子组件还包括配油盘6、外支撑轴承8和柱塞9，配油盘6设置在缸体2具有的第一端面10，外支撑轴承8套设在缸体2的外支承面，柱塞9与缸体2具有的第一腔体11配合。
36.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转子组件。
37.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转子的描述，在此不再赘述。
38.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。
39.本发明实施例既解决了柱塞泵或柱塞马达中转子与柱塞体、转子与配油盘、转子
与外支撑轴承三对摩擦副配对的材料需要，降低了摩擦，通过钢质缸体，可以解决负载扭矩对转子传扭以及耐压的要求，与传统的铜质缸体相比，本发明实施例的钢质缸体可以通过花键传递的扭矩可以更大，更适合高速高压的工况。同时通过合理控制柱塞在上死点和下死点处，柱塞与柱塞孔的接触长度，既可以避免柱塞在上死点时能避免密封长度过短导致密封失效的问题，柱塞在下死点时能避免长度过长导致润滑困难而出现“柱塞抱死”的问题。同时还可以通过在下死点，柱塞的端面与柱塞孔孔底留有一定距离，从而防止柱塞与缸体之间的干涉。
40.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。
41.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。
42.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。