具有部分为球形的密封环的轴向活塞机制造技术

本发明专利技术涉及一种轴向活塞机，其中活塞在缸体中进行冲程运动，并且其中所述活塞具有用于密封环的密封环托架。为了提高稳固性、耐磨性、摩擦力和粘滑性，根据本发明专利技术，密封环为球形，其中在区域内为球形构造的密封环的曲率半径基本上相当于缸体内壁的直径的一半。本上相当于缸体内壁的直径的一半。本上相当于缸体内壁的直径的一半。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有部分为球形的密封环的轴向活塞机
[0001]本专利技术涉及一种轴向活塞机，其中活塞在缸体中进行冲程运动，所述活塞具有用于密封环的密封环托架。
[0002]所有轴向活塞机的共同点是，在轴线平行于缸筒轴线的缸筒内设置缸体围绕缸筒轴线在一圆周上。每个缸体都容纳带有活塞头的活塞，其中活塞与活塞头相对的一端围绕板轴线被固定在板上，或靠在板上。当缸筒轴线和板轴线相交成角度时，在缸筒和/或板的旋转过程中，活塞被迫进行冲程运动。
[0003]轴向活塞机属于液压正排量机，液压正排量机根据正排量原理工作。因此，当对应地控制压力介质流时，这些液压置换机既可作为泵又可作为马达运行。泵和马达通常具有相同的设计结构。在马达的情况下，压力介质在压力下被供给到大致缸体的第一半部分，并且有关活塞通过缸体中的压力和/或与板的机械连接向板的方向挤压。如果缸筒轴线与板轴线的角度不等于零，就会产生切向力分量，根据设计该切向力分量使缸筒或板旋转，从而产生驱动。
[0004]在泵的情况下，根据泵的设计，使缸筒轴线或板旋转。如果缸筒轴线与斜盘轴线的角度不等于零，活塞和斜盘之间的距离不断变化迫使活塞进行振动冲程运动，在冲程运动过程中膨胀阶段与压缩阶段交替进行。在向下运动过程(即膨胀阶段)中，活塞允许各缸体充满压力介质，压力介质在随后的活塞向上运动过程(即压缩阶段)中从活塞底部被推出，从而产生压力介质的体积流量。
[0005]由以下会议论文已知一种具有置于斜盘上的活塞板和浮动活塞(floating pistons)的轴向活塞机的原型机：“一种具有浮动活塞的新型轴向活塞泵/马达原理：设计与测试[A NOVEL AXIAL PISTON PUMP/MOTOR PRINCIPLE WITH FLOATING PISTONS DESIGN AND TESTING]”,Liselott Ericson和Jonas Forsell，巴斯/ASME流体动力和运动控制研讨会论文集,2018年9月12
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14日，巴斯(Bath)，英国。静液压机的活塞室和加低压的壳体内部之间的密封是通过密封环实现的，在活塞和缸体之间导入该密封环。这种密封环由相对柔软、可变形的材料制成。会议论文披露了由聚四氟乙烯(PTFE)和青铜组成的混合材料。这种密封环具有球形的密封面，选择其外径略大于缸体的内径，以使得在变形时也能达到密封效果。球形密封面的曲率直径明显小于活塞直径。由于倾斜的活塞板，密封环以活塞的速度沿缸体内壁运动并且附加地相对于活塞孔轴线以圆形轨迹运动。由于密封环的倾斜位置在筒状活塞孔中会产生缝隙。为了弥补该缝隙，选择密封环的直径比缸体的直径大约1％。在会议报告中提出的活塞中，密封环在远离缸筒的一侧由支承环支撑，支承环的外径比密封环小，由比密封环更硬的材料聚醚醚酮(PEEK)制成。
[0006]然而，试验表明，在运行中，尤其是在高压下、在缸筒轴线与活塞板轴线之间有较大角度的情况下以及在高转速的情况下，密封环倾向于向无压力的壳体内部的方向，即活塞与活塞孔之间的缝隙挤压。由于活塞轴线相对于活塞孔轴线的倾斜位置，在运动学上产生了活塞和密封环的轴向偏移。该轴向偏移增加了密封环在离活塞更远的一侧被挤压的风险。
[0007]例如，在摆动角为8
°
的情况下，密封环在完整的往返运行过程中两次被拉伸和压
缩约1％的直径，这从长远来看会导致材料疲劳。从长远来看，这可能导致密封失效。然而，也有研究表明，尤其是在低转速时，由于密封环的预紧力，断裂扭矩和粘滑效应增加，从而导致机器的不均匀运行。在转速控制的应用中，这些影响特别不利。在转速控制的应用下，通过施加某个转速(甚至很低的转速)也不能实现稳定的系统压力。由于这些影响，大大增加了控制的难度。
[0008]因此，本专利技术的任务是设计一种上述类型的轴向活塞机，以确保在机器的整个运行范围内，在活塞孔的密封位置处的低摩擦、低脉冲、可靠的运行。
[0009]在上述类型的轴向活塞机中，该任务通过如下方式得以解决，密封环至少在一个区域是球形的，该区域在冲程运动中对缸体内壁产生密封作用，即至少在该区域具有恒定的曲率半径，其中在区域为球形的密封环的曲率半径基本上相当于缸体直径的一半。在实践中，密封环的直径略小于缸体的直径，以使得在缸体内壁和密封环之间有足够的间隙。例如，该间隙约为10μm。
[0010]由于密封环在区域内为球形的构造，其中在区域内为球形构造的密封环的曲率半径基本上相当于缸体直径的一半，产生的密封区域呈环形，即形成封闭的圆周。封闭的圆周产生的摩擦力远远小于由于不利的尺寸和/或几何形状与平面的密封相当的密封。在球形密封环旋转，或作倾斜运动时，虽然圆形密封线在至少部分为球形的密封环的表面上的位置发生变化，但是因为该圆形密封线的直径由于球形形状为恒定的并且缸体的内径也为恒定的，因此无论球形活塞在缸体中的位置如何，也无论球形活塞的倾斜角如何，只要密封环托架允许密封环横向相对于活塞轴线进行平衡运动，产生的缸体内壁和部分为球形的密封元件之间的间隙总是完全相同。这种平衡运动是必要的，因为在缸筒的旋转过程中，密封环与缸筒轴线之间的距离基于活塞轴线相对于缸筒轴线的倾斜位置循环地变化。
[0011]通过允许密封环横向于活塞纵轴线侧向运动的密封环支承，密封环可以避开横向于活塞轴线的径向和切向力，这些力是由缸体内壁与密封环之间相对运动而产生的。虽然这在现有技术中已经是可能的，但由于弹性密封环的曲率半径相对于缸体内径要小得多，如果选择缸体内径和密封环的直径大致相同，则在旋转过程中，密封环的密封线仅两次理想地与缸体内径对应。在这两个理想位置之间，密封圆将比缸体内径小得多，因此会导致泄漏。因此，在现有技术中，选择密封环的直径比缸体内径略大。由于弹性密封环的尺寸过大，这些动力差部分地被弹性密封环的可逆变形所接收，然而，这导致缸体内某些位置出现平面的密封面，同时其他位置在密封环与缸体内壁之间出现缝隙。然而，如果密封环的直径大于缸体内径，当选择由刚性材料制成的密封环时，则不可避免地出现密封环被卡住。
[0012]根据本专利技术的设计，现在在缸筒的旋转过程中在每个位置在缸体内壁和密封环之间产生密封面，该密封面近似于圆周，其中密封环与缸体壁之间的间隙在冲程运动过程中保持恒定。由此有可能为密封环选择一种不变形的材料，从而使得密封环在高压和/或缸筒高速旋转的情况下不被挤出。同时或替代性地，密封环的材料可以选择特别耐磨损的材料。由此密封环的使用寿命更长，从而在活塞机的使用寿命内，密封环需要更换的次数更少，或者根本不需要更换。
[0013]由于在球体中，无论球体在哪个方向上旋转，大圆的直径却都是恒定的，所以活塞元件在作冲程运动和同时平衡运动时也不会卡在缸体中，因为各自的密封圆周的直径与缸体的直径相比保持不变。因此，轴向柱塞机的损耗和磨损都减少了。
[0014]在一个实施方案中，密封环由陶瓷制成。适合的陶瓷包括氧化物陶瓷，如氧化铝Al2O3或二氧化锆ZrO2，或者非氧化物陶瓷，如碳化硅SiC或氮化硅Si3N4。
[0015]在另一个实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种轴向活塞机(1)，其中活塞(2)在缸体(3)中进行冲程运动，所述活塞(2)具有用于密封环(5)的密封环托架(4)，所述密封环托架(4)被设计成允许所述密封环(5)横向于所述活塞(2)的纵轴线(20)运动，其特征在于，所述密封环(5)至少在一个区域内是构造成球形的，所述区域在所述冲程运动过程中靠所述缸体(3)的内壁(32)产生密封作用，其中在区域内为球形构造的密封环(5)的曲率半径基本上相当于所述缸体(3)直径(d)的一半。2.根据权利要求1所述的轴向活塞机(1)，其特征在于，所述密封环(5)由不可变形的材料制成。3.根据权利要求1或2所述的轴向活塞机(1)，其特征在于，所述密封环(5)由刚性材料、尤其是耐磨损的材料制成。4.根据权利要求1、2或3所述的轴向活塞机(1)，其特征在于，所述密封环(5)由金属或金属合金制成。5.根据权利要求1、2、3或4所述的轴向活塞机(1)，其特征在于，所述密封环(5)由陶瓷、尤其是氧化物陶瓷或替代性地非氧化物陶瓷制成。6.根据权利要求1至5中的一项所述的轴向活塞机(1)，其特征在于，所述密封环托架(4)包括销(23)，所述密封环(5)具有与所述销(23)相对应的中心内口(51)，其中选择所述密封环(5)的内径(d
i
)大于所述销的直径(d2)。7.根据权利要求1至6中的一项所述的轴向活塞机(1)，其特征在于，所述密封环(5)的横截面被设计成，在高工作压力下，所述密封环(5)由于工作压力而产生的变形在很大程度上补偿了缸体内壁(32)由于工作压力而产生的膨胀。8.根据权利要求7所述的轴向活塞机(1)，其特征在于，所述密封环(5)的中心内口(51)具有四周凸缘状凹槽(54)。9.根据权利要求7所述的轴向活塞机(1)，其特征在于，所述密封环(5)的中心内口具有阶梯状的曲线(55,56)。10.根据权利要求7至9中的一项所述的轴向活塞机(1)，其特征在于，所述活塞(2)被设计成，在活塞内部(31)和密封环的内部(57)之间能够实现压力平衡。11.根据权利要求10所述的轴向活塞机(1)，其特征在于，在所述密封环(5)的内径与所述销(23)之间的水平间隙(δ
Q
)和在所述密封环托架(4)内的所述密封环(5)的垂直间隙(δ
H
)选择为至少足够大，以使在活塞内部(31)和所述密封环(5)的内部(57)之间能够实现压力平衡。
12.根据权利要求10所述的轴向活塞机(1)，其特征在于，活塞内部(31)和所述密封环(5)的内部(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：德克，
申请(专利权)人：穆格股份有限公司，
类型：发明
国别省市：