專利名稱：軸向活塞泵或馬達的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及能量轉(zhuǎn)換裝置，例如泵、馬達、液壓傳動裝置、或壓縮機，更具體說涉及軸向活塞能量轉(zhuǎn)換裝置，這種裝置采用傾斜的凸輪面使活塞在缸筒中作往復運動，缸筒的取向平行于所述裝置驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動軸線。
背景技術(shù)：
許多能量轉(zhuǎn)換裝置都采用軸向活塞泵、馬達或壓縮機將由一轉(zhuǎn)動軸輸送來的能量轉(zhuǎn)換成液力能，或者相反將液力能轉(zhuǎn)換成軸轉(zhuǎn)動能。盡管這種軸向活塞裝置的具體設計細節(jié)各有不同，但轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)換成液力能一般都是由一個或多個的活塞來完成的，活塞限定在取向平行于驅(qū)動軸或傳動軸轉(zhuǎn)動軸線的缸筒孔中作往復運動?；钊耐鶑瓦\動是通過將活塞連接到一凸輪板，凸輪設有一凸輪面，該凸輪面相對于轉(zhuǎn)動軸線傾斜一個角度，該角度應使得各活塞的一端能隨著軸的轉(zhuǎn)動而沿凸輪面滑動。由于凸輪面相對于轉(zhuǎn)動軸線是傾斜的，因此當活塞沿凸輪面滑動時，它就被驅(qū)使在缸筒孔中作往復運動。
為了使這種軸向活塞機器能達到其滿意的效能和使用壽命，需要特別注意活塞和凸輪板面之間連接的結(jié)構(gòu)設計，以便確保活塞端和凸輪面之間滑動接觸所產(chǎn)生的固有摩擦減少到最小程度。為了使摩擦減少到最小程度，并使能量轉(zhuǎn)換裝置具有可接受的使用壽命，至關重要的是活塞表面和凸輪板面要用兩者配合起來能產(chǎn)生小的運行摩擦和高的抗磨損的材料來制備。由于凸輪板在構(gòu)形上常常是很復雜的，因而制作成本高，所以總是希望在結(jié)構(gòu)配置上將凸輪板設計成具有更能抗損壞性，這樣就可以在軸向活塞裝置由于各種原因出現(xiàn)故障需進行修復時不致將凸輪板廢棄，故障原因例如可以是凸輪面和活塞之間缺少潤滑。
為解決這些問題，一先有技術(shù)在活塞與凸輪面接觸的那端上安裝了一稱之為活塞滑塊或活塞滑履的旋轉(zhuǎn)附件，該附件由較軟材料，例如青銅來制作，而整個凸輪板由一種淬硬材料，例如鋼52100，又稱之為AMS 6444來制作，其淬硬硬度例如可以是洛氏硬度58C。活塞滑塊有時也鍍一層具有潤滑性、更軟的材料，例如銀。只要凸輪面得到適宜的潤滑，該先有技術(shù)能較好地解決低摩擦和合理的使用壽命問題。
然而，這項先有技術(shù)有若干缺陷。首先，當凸輪面最終磨損時，整個凸輪板需要更換或進行再加工，以便凸輪面能恢復到其原始狀態(tài)。再者，在凸輪面由于能量轉(zhuǎn)換裝置的故障，例如由于缺少潤滑活塞滑塊和凸輪面之間產(chǎn)生咬著的故障，而導致?lián)p壞情況下，凸輪板的損壞可能到了無法修復的程度。這種更換或再加工就可能加大整修費用到不能接受的程度，特別當凸輪板構(gòu)形復雜時。
其次，由于需要用一種兼有結(jié)構(gòu)性和抗磨損性的材料來制作凸輪板，這就限制了可用材料的選擇范圍。這導致要采用一種經(jīng)常要求加厚和加重凸輪板結(jié)構(gòu)的折衷方案，而如果抗磨損不是要考慮的因素，以及凸輪板可能用具有優(yōu)良結(jié)構(gòu)性的材料，例如鋼300M來制備，就不會出現(xiàn)上述加厚和加重情況。
在該先有技術(shù)的一種變化方案中，凸輪板是由一種具有優(yōu)良結(jié)構(gòu)性的材料來制備，然后在凸輪面上涂鍍一層抗磨損材料。這一鍍層一般是通過火焰噴射法將一種材料，例如碳化鎢鍍覆在凸輪面上，或通過一種方法，例如汽相沉淀法(PVD)將一種材料，例如氮化鈦鍍覆在凸輪面上。這種鍍層與淬硬鋼比較有時能改善磨損性能，并減輕由于采用必須兼有結(jié)構(gòu)性和抗磨損性的材料來制備凸輪板而產(chǎn)生的折衷方案的后果。但是，這些鍍層成本高，而且很難做到涂鍍得當，在運行中不會被剝落，從而引起過早磨損或?qū)е履芰哭D(zhuǎn)換裝置出故障。
在另一先有技術(shù)中，凸輪板設有一構(gòu)成凸輪面的可更換耐磨板或嵌入墊件。當表面磨損或損壞時，可以安裝一新耐磨板，使凸輪板恢復到其原始狀態(tài)。由于只更換耐磨板，所以與凸輪板必須更換或再加工的那些先有技術(shù)比較，這項先有技術(shù)能極大地降低成本。這種耐磨板嵌入件一般由涂鍍的或未涂鍍的淬硬鋼來制備，而且比較厚，其厚度范圍為0.040-0.100英寸。授予哥斯托姆斯基(Gostomski)的美國專利3,996,841就采用這種技術(shù)。哥斯托姆斯基公開了采用一種多少能變形的推入環(huán)形鋼件，其厚度最好為0.050英寸，該推入環(huán)形鋼件松動地安裝在傾斜凸輪板的粗加工或鑄造狀態(tài)的支撐面上，從而不需要高精度地加工支撐面，降低了制造成本。
很久以來大家都知道，陶瓷材料，例如碳化硅和氮化硅具有抗磨損性，其抗磨損性大大優(yōu)于淬硬鋼的抗磨損性。它們也不如鋼那么致密和剛硬，對于一種陶瓷材料來說，其典型的楊氏模數(shù)處于45-55MSI范圍內(nèi)，而對于鋼來說，其典型的楊氏模數(shù)為30MSI。所以很久以來軸向活塞裝置設計者的目標是探尋出一種在凸輪板結(jié)構(gòu)中利用這些陶瓷材料的途徑，以便能增加能量轉(zhuǎn)換裝置的效能和使用壽命。迄今這個目標尚未達到，這是因為這種陶瓷材料所呈現(xiàn)出來的獨特的性能組合，以及用這些材料制造硬件時所帶來的困難，結(jié)果是其可靠性不那么理想。
盡管從直觀上看，只要用一種陶瓷材料替代先有技術(shù)中的凸輪板或耐磨板似乎是符合邏輯的，但實際上卻不是那么簡單。即便不是不可能用陶瓷材料來制作復雜的構(gòu)形，如許多凸輪板所要求的那種構(gòu)形，可由于陶瓷材料的脆硬特性使其成本增高而不能使用純陶瓷材料。再者，陶瓷中小凹點或表面缺陷可以成為裂紋的引發(fā)點，最終導致陶瓷件失效、破損。一般說這就要求對陶瓷件的所有表面進行精加工或拋光，所謂所有表面也包括許多目前金屬材料，例如鋼、鐵或鋁凸輪板上僅需粗加工或呈鑄造狀態(tài)的表面。由于需要對所有表面進行加工，因此極大地增加了一全陶瓷件的成本，以至于在很多情況下，實際上不能考慮用陶瓷材料來制作整個凸輪板。
過去一直認為，陶瓷材料的脆性和高剛硬性使其不能用作耐磨板插在鋼或其它金屬材料凸輪板中。確實，對鋼凸輪板組件中陶瓷耐磨板進行測定和應力分析證明這種想法是對的。如果簡單地用相同厚度的陶瓷耐磨板來替代具有典型厚度0.080-0.100英寸的鋼耐磨板插件，那么陶瓷插件一般會斷裂和破損。由于若干原因，這種破損是會發(fā)生的。
由于陶瓷插件在彎曲方面要比同樣厚度的鋼插件剛硬得多，所以陶瓷材料在負載作用下不如較韌性的鋼那樣容易彎曲以適配在下的凸輪板結(jié)構(gòu)。換句話說，如果陶瓷板彎曲程度象鋼板一樣，那么陶瓷板將經(jīng)受更高的內(nèi)應力。其結(jié)果是，陶瓷板本身承受的負載要比鋼板與在下的凸輪板結(jié)構(gòu)組合時所要求承受的負載大。另外，耐磨板表面粗糙度，例如那種在哥斯托姆斯基專利中公開的、對于柔性鋼插件來說可以接受的表面粗糙度，在陶瓷耐磨板中將產(chǎn)生非承載區(qū)域和高點接觸負載，這就引發(fā)陶瓷耐磨板的裂紋和破損。
為了解決上述問題，有人會認為，本領域普通技術(shù)人員是能夠在陶瓷耐磨板中求得一種可接受的應力水平，通過重新設計在下凸輪板結(jié)構(gòu)以限制其在載荷作用下的最大彎曲變形，或者通過減小陶瓷插件的厚度以便產(chǎn)生相匹配的彎曲變形，從而在陶瓷插件中產(chǎn)生可接受的低應力。然而事實上，迄今為止無論上述哪種途徑對于本領域普通技術(shù)人員來說都是非顯而易見的。
重新設計在下凸輪板結(jié)構(gòu)以限制其彎曲變形立即就意味著使凸輪板增加相當多的厚度，體積，重量和成本，從而使這種重新設計在實際上成為不可行的。這種途徑，即只是用陶瓷板替換鋼板，也排除了改型陶瓷耐磨板使其適配現(xiàn)存的、原始設計用鋼耐磨板的軸向活塞裝置的可能性。
減少陶瓷耐磨板的厚度使其在負載下的內(nèi)應力減小到可接受的水平，這也是極其非顯而易見性的，理由有二。首先，直到目前尚未可能制造出其厚度能與鋼插件匹配的、厚度僅為0.050-0.100英寸的陶瓷材料結(jié)構(gòu)件，更不用說進一步減少厚度以滿足降低內(nèi)應力到可接受的水平的要求。即使到今日，也只有這樣一些公司，例如奇奧司拉公司(Kyocera)，世界最大陶瓷材料供應商和諾頓高新陶瓷公司(Norton Advanced Ceramics)，美國最大陶瓷材料供應商才具備這種專有技術(shù)，使其能生產(chǎn)出適用本發(fā)明耐磨板的那種斷面足夠薄、精度和表面光潔度足夠好的陶瓷材料結(jié)構(gòu)件。
另外，即使可以得到所要求厚度的陶瓷材料件，看來也是絕對難以想象，這種由脆如玻璃厚度僅為0.005-0.0030英寸的陶瓷材料制成的耐磨板能經(jīng)受得住一軸向活塞裝置中受載耐磨板所經(jīng)受的彎曲載荷和其它環(huán)境條件，要知道0.005英寸僅比本專利申請文件的一張紙厚一點。
力圖僅用陶瓷材料插入件替代松動地安裝在凸輪板支撐面上的鋼插入件，正如哥斯托姆斯基在其專利中所公開那樣，這時由于陶瓷的剛硬和耐磨性還會出現(xiàn)另外的問題。盡管一般認為哥斯托姆斯基式的插入件在負載作用下相對于支撐面作一定角度的轉(zhuǎn)動是可接受的，但還是要盡力采取措施保持陶瓷插入件不轉(zhuǎn)動，這是因為陶瓷件是如此之薄而且又比鋼件耐磨得多，所以這種轉(zhuǎn)動就會導致陶瓷插入件象刀子一樣切割支撐的鋼結(jié)構(gòu)件，從而使支撐結(jié)構(gòu)件磨損和嚴重損壞。
為避免這種磨損和損壞，看來需要加設某種使陶瓷插入件相對于凸輪板的在下支撐結(jié)構(gòu)不作轉(zhuǎn)動的定位措施。需要這種定位的另一原因在于它最大限度地發(fā)揮了磨損表面的效能，因為它確保了所有相對運動只出現(xiàn)在活塞滑快和耐磨板的凸輪面之間，而不是在耐磨板和支撐面之間有某些運動，要知道支撐面一般是不需要設計成耐磨的。
確實，一些類似于哥斯托姆斯基專利的先有軸向活塞裝置加設了防轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，例如在耐磨板的邊緣處栽設銷軸、鍵或板片，它們與凸輪板支撐結(jié)構(gòu)中的相匹配結(jié)構(gòu)互相連鎖，防止耐磨板相對于在下的凸輪板支撐結(jié)構(gòu)作轉(zhuǎn)動。但是，由于兩個原因這些結(jié)構(gòu)一般是不能用在陶瓷件上的。首先，象銷軸、板片或鍵齒之類的結(jié)構(gòu)件會產(chǎn)生集中的點載荷，這些點載荷盡管對于象鋼這樣柔韌性材料來說是可接受的，但卻會在陶瓷這樣脆性材料中引發(fā)斷裂。即使陶瓷材料能經(jīng)受得起由于將銷軸栽設到具有大厚度的在先鋼耐磨板中所產(chǎn)生的那種集中載荷，可我們發(fā)明中的陶瓷插入件的斷面非常之薄，實際上使其沒有足夠的厚度作為我們發(fā)明中的防轉(zhuǎn)動裝置來使用。其次，加工具有鍵齒這樣復雜構(gòu)形的陶瓷耐磨板的成本太高。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的軸向活塞能量轉(zhuǎn)換裝置，它通過設有一具有優(yōu)良耐磨性的陶瓷材料凸輪面而獲得增強的功效和較長的使用壽命，并且制造成本低。本發(fā)明其它目的包括a)提供一種可容易改形而適配現(xiàn)有軸向活塞裝置的凸輪面；b)提供一種使陶瓷磨損板插入件相對于在下凸輪板支撐結(jié)構(gòu)不作轉(zhuǎn)動的定位結(jié)構(gòu)。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種符合上述目的的軸向活塞能量轉(zhuǎn)換裝置，它利用一具有僅約0.005-0.040英寸典型厚度的薄陶瓷耐磨板插入件作為凸輪面，該凸輪面由空氣壓力固緊在一凸輪板支撐結(jié)構(gòu)的在下支撐面上。
具體說，耐磨板和凸輪板之間的固定連接是這樣實現(xiàn)的先將凸輪板的支撐面和耐磨板的配合面兩者拋光到具有非常平滑的光潔度，再在一個拋光面上涂抹一薄層油之類的液體，然后將耐磨板放置在支撐面上。由于表面經(jīng)過極好的拋光，再加上一薄層油膜，所產(chǎn)生的表面間結(jié)合實質(zhì)上是氣密性的。作用在耐磨板的凸輪面上的大氣壓力就緊緊地將耐磨板固定就位在支撐面上，其方式就如同一對約翰遜塊規(guī)一樣，只要它們的經(jīng)過極好拋光的表面互相貼配，兩塊規(guī)就能固緊在一起。
我們的經(jīng)驗表明，在耐磨板和在下凸輪板結(jié)構(gòu)的配合面拋光到光潔度約為1/10微英寸(0.000001-0.000010)情況下，厚度小于0.020英寸的耐磨板可以成功地應用在設有鋼支撐凸輪板結(jié)構(gòu)的軸向活塞裝置中，提供增強的功效和良好的抗磨性。能夠成功地將如此薄的陶瓷插入件安裝在支撐面上就使得陶瓷插入件在操作載荷作用下能有足夠的彎曲與在下的凸輪板支撐結(jié)構(gòu)貼合并由該結(jié)構(gòu)完全支撐住，而不會引起不可接受的高內(nèi)力，這樣就解決了陶瓷插入件由于先有技術(shù)中企圖利用大厚度的陶瓷耐磨板插入件或按不是本發(fā)明所公開的方法安裝薄插入件而產(chǎn)生的不恰當支撐所引發(fā)的破裂問題。
我們的經(jīng)驗還表明，利用上述的固緊方法，耐磨板會固定就位，而不會相對于凸輪板支撐面作任何轉(zhuǎn)動，從而排除了由于耐磨板相對于支撐結(jié)構(gòu)作轉(zhuǎn)動而使在下支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生磨損的可能性。
盡管本發(fā)明的耐磨板最好是用陶瓷材料制成，但本發(fā)明所公開的將耐磨板安裝到一凸輪板的在下支撐面上的方法也可以應用到將薄金屬耐磨板安裝到在下支撐結(jié)構(gòu)面上，并具有極大的優(yōu)越性。不管是采用陶瓷的，或非陶瓷的插入件，本發(fā)明都可應用于使用固定的或變化的凸輪面的能量轉(zhuǎn)換裝置上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明采用具有同心內(nèi)形和外形的環(huán)形耐磨板插入件來為活塞滑塊提供耐磨表面，這樣隨著活塞繞一轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動通過凸輪面就會在該凸輪面上形成一基本呈橢圓形的接觸軌道區(qū)域。耐磨板外形采用簡單的圓環(huán)形就能夠使比較復雜的橢圓形更容易在陶瓷結(jié)構(gòu)中成形，既減少了耐磨板初始制作成本，也減少了能量轉(zhuǎn)換裝置更換耐磨板時的維修費用。
采用簡單的圓環(huán)形陶瓷耐磨板就能比前述的方法，例如在凸輪板表面上鍍上或火焰噴涂上一層耐磨鍍層的方法，提供更好的耐磨性和可修理性，而其成本相當于或低于實施鍍層的成本。
本領域的普通技術(shù)人員將認識到，由于本發(fā)明能夠使用非常薄的陶瓷耐磨板插入件，所以插入件的厚度可以容易地進行調(diào)節(jié)，以便在彎曲變形下產(chǎn)生可接受的內(nèi)應力，該彎曲變形與采用金屬耐磨板的現(xiàn)有能量轉(zhuǎn)換裝置中的在下凸輪板支撐結(jié)構(gòu)的彎曲變形是相匹配的。這樣，本發(fā)明通過實際上只是用薄陶瓷插入件替代先前使用的鋼插入件就能使具有改進耐磨性的薄陶瓷耐磨板經(jīng)改形后根據(jù)本發(fā)明所公開的方式安裝到現(xiàn)有的裝置中。
本發(fā)明的目的，優(yōu)點和新特征都將在下述的附圖和最佳實施例的詳細說明中進一步得到展示。
附圖簡要說明

圖1為本發(fā)明軸向活塞能量轉(zhuǎn)換裝置剖視示意圖；圖2-4展示出圖1所示軸向活塞能量轉(zhuǎn)換裝置中變凸輪和陶瓷插入件的詳細特征，其中圖2為插入件的俯視圖，圖3為陶瓷插入件和變凸輪的剖視圖，圖4為變凸輪的俯視圖；圖5為圖1所示軸向活塞能量轉(zhuǎn)換裝置中定凸輪和陶瓷插入件的放大剖視圖；圖6為沿圖5中6-6線的截面圖。
發(fā)明說明圖1示出本發(fā)明應用于液壓測程器10，一種典型的能量轉(zhuǎn)換裝置的實施例，這種能量轉(zhuǎn)換裝置應用在飛行器電力系統(tǒng)的恒速傳動機構(gòu)中。在農(nóng)業(yè)機械或園藝拖拉機的動力系統(tǒng)中通常也采用類似的能量轉(zhuǎn)換裝置作為液壓傳動系統(tǒng)，以便在該液壓傳動系統(tǒng)的輸入軸轉(zhuǎn)速和輸出軸轉(zhuǎn)速之間提供無級變速。
如圖1所示，液壓測程器10一般包括有一由輸入軸14驅(qū)動的變排量軸向活塞泵12和一定排量軸向活塞馬達16，該馬達利用來自泵12的液體驅(qū)動一輸出軸18。孔板19將泵組件12和馬達組件16分割開，孔板設有弧形的進口和出口孔(未示出)將泵12和馬達16互相連接起來。注液泵(未示出)以本領域中公知的方式將液壓流體輸送到泵12和馬達16之間的液壓回路中。
泵12包括一基本呈鐘形的泵殼22，該泵殼的一開口端24通過緊固件26與孔板20連接；一封閉端部28，其中裝有用來支撐輸入軸14左端部的軸承30(如圖1所示)。輸入軸14的右端部支撐在軸承32中，后者則安裝在孔板19中，這樣輸入軸14就可繞轉(zhuǎn)動軸34轉(zhuǎn)動。
泵缸體36設置在軸14的外圍，與孔板20的左面滑動配合，并通過鍵連接件38與輸入軸14連接，從而能繞軸線34轉(zhuǎn)動。彈簧件39使泵缸體緊密地貼配在孔板20的左面上。
泵缸體36設有若干取向平行于輸入軸14的轉(zhuǎn)動軸線34的缸筒40，每一缸筒40裝有一活塞42。缸筒40呈環(huán)形地配置在缸體中，與缸體孔54連通，從而與孔板20中的弧形孔(未示出)對齊。每一活塞40的左端設有一旋轉(zhuǎn)活塞滑塊組件46，該組件由較軟材料，例如青銅制成。每一滑塊46包含有一支撐面47，該支撐面鍍有一層具有高潤滑性的材料，例如銀，并且配置得靠壓在一呈變擺輪形(有時又稱旋轉(zhuǎn)斜盤)凸輪板52的一凸輪面50上?；瑝K46由定位件48限定住，使得滑塊的支撐面47保持與變擺輪52的凸輪面50滑動接觸。
如圖2-4所示，變擺輪52有著較復雜的構(gòu)形，它包含有凸耳固定部56、58，用來將變擺輪52安裝在泵殼22中，安裝得使凸輪面50能相對于軸線34作有選擇地傾斜，從而使活塞44隨著泵缸筒40由輸入軸14驅(qū)動繞軸線34轉(zhuǎn)動而在缸筒中做往復運動。變擺輪52設有一下墊支撐結(jié)構(gòu)60，該結(jié)構(gòu)有一較平滑的支撐面62，該面與一薄陶瓷耐磨板插入件66的配合面64匹配，插入件66有另一相對的表面，該表面就構(gòu)成凸輪面50。當擺輪52安裝到組裝的液壓測程器10中時，陶瓷耐磨板66就介于擺輪52的支撐結(jié)構(gòu)62和活塞滑塊46的支撐面47兩者之間。
在一液壓測程器10的最佳實施例中，擺輪支撐結(jié)構(gòu)62是由具有良好結(jié)構(gòu)性的鋼材制成的，例如商業(yè)名稱為300M的鋼材，它又稱之為AMS6419。陶瓷插入件66最好由這樣一種材料制成，這種材料具有來自氮化硅和碳化硅系列材料的組份。陶瓷插入件66相當?shù)谋?，以便當?2的缸筒40中呈現(xiàn)正常的液壓壓力時，該插入件能貼靠在支撐面62上作柔性變形，而不會在插入件66中產(chǎn)生過大的應力?？梢钥吹?，一般可以采用厚度值為0.005-0.040英寸的插入件，而厚度值為0.005-0.020英寸的更薄的插入件則更可取。
在本發(fā)明更理想的實施例中，支撐面62和配合面64兩者都拋光到表面光潔度約為1/10微英寸的程度，再在配合面64或支撐面62上涂抹一薄層液體，例如油類，或者就是在液壓測程器10中所使用的那種液壓液體，然后將陶瓷插入件66安裝到支撐面62上。我們的經(jīng)驗表明，當配合面拋光到上述程度，插入件66如上所述安裝在一薄層液體上時，厚度等于或小于0.020英寸的插入件66能固定就位地保持在支撐面62上，插入件66相對于支撐結(jié)構(gòu)60只出現(xiàn)非常微小的轉(zhuǎn)動。在表面光潔度粗到約32微英寸時，我們也獲得滿意的成功，但必須承認，隨著表面粗糙度的增加，插入件66和支撐面62之間出現(xiàn)更大的轉(zhuǎn)動。
馬達16在結(jié)構(gòu)上基本類似于泵12，只是馬達是定排量型的，而不是變排量型的。如圖1和圖5所示，馬達16包含有一呈定擺輪80形的凸輪板組件，定擺輪80設有一下墊支撐結(jié)構(gòu)82，該結(jié)構(gòu)有一相對較平滑的支撐面84，該面與一薄陶瓷耐磨板插入件88的配合面86匹配，插入件88有另一相對的表面，該表面就構(gòu)成凸輪面90。當定擺輪80安裝到組裝的液壓測程器10中時，陶瓷耐磨板90就介于擺輪80的支撐結(jié)構(gòu)82和活塞滑塊94的支撐面92兩者之間，活塞滑塊94與馬達活塞96連接，而后者被限定住與馬達16陶瓷插入件88的凸輪面90進行滑動配合，其方式與先前對泵12所述的相同。
在一液壓測程器10的優(yōu)選實施例中，表面光潔度，材料和將插入件88安裝到定擺輪80的支撐面92上的方法與先前對泵12相應的特征，組件和方法所述的相同。
但是如圖5和6所示，由于定擺輪80的支撐面84和凸輪面90相對于轉(zhuǎn)動軸線34傾斜一個定角度θ，活塞滑塊94的支撐面92在插入件88的凸輪面90上滑成一基本呈橢圓形的軌道98，橢圓形軌道98確定出橢圓形徑向內(nèi)邊100和橢圓形徑向外邊102。將陶瓷插入件88加工成橢圓形以與活塞滑塊94所劃出的橢圓軌道98相匹配會極大地增加插入件88的復雜性和成本。為避免這增加的復雜性和成本，液壓測程器優(yōu)選實施例中的陶瓷插入件88作成一簡單的環(huán)形墊圈，環(huán)形墊圈設有同心的內(nèi)徑104和外徑106，分別與橢圓軌道98的徑向內(nèi)邊100的短徑108和徑向外邊102的長徑110相匹配。通過這樣的配置，環(huán)形插入件88完全包容了橢圓形軌道98，并且提供了一耐磨表面，活塞滑塊94的支撐表面92就能在該耐磨表面上運行而不會產(chǎn)生與陶瓷插入件88的內(nèi)外徑過度搭接或搭接不夠的問題。
本領域內(nèi)普通技術(shù)人員從上述說明中可以看出，本發(fā)明提供了一種改進的軸向活塞能量轉(zhuǎn)換裝置，該能量轉(zhuǎn)換裝置通過設置一由具有優(yōu)良耐磨性的陶瓷材料所形成的凸輪面就可能以較低成本提供增強的功效和增長的使用壽命。還可以看到，本發(fā)明提供了一種能容易地進行改形而適配現(xiàn)有軸向活塞裝置的凸輪面，還提供了一種改進的、將陶瓷耐磨板安裝到凸輪板支撐表面上的措施，使陶瓷耐磨板插入件相對于一下墊凸輪板支撐結(jié)構(gòu)保持固定，不作轉(zhuǎn)動。
本領域普通技術(shù)人員還會看到，盡管本發(fā)明的說明是根據(jù)具體實施例及其應用進行的，本發(fā)明權(quán)利要求還可能有許多其它實施例和應用。例如，本發(fā)明可以應用在凸輪板和缸筒及活塞一起繞軸線轉(zhuǎn)動的能量轉(zhuǎn)換裝置中，或者應用在設有轉(zhuǎn)動凸輪板和不轉(zhuǎn)動缸筒及活塞的裝置中。另外，我們希望特別指出，本發(fā)明不限于應用薄陶瓷耐磨板，而且還能夠為非陶瓷材料插入件，例如鋼插入件，提供改進的安裝措施。
所以應該理解到，本發(fā)明權(quán)利要求范圍不應該限定在所述的具體實施例上。
權(quán)利要求
1．一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它包括有a)孔板件，設有進入口和排出口；b)一缸體，可以繞一穿過所述孔板件的軸線相對于所述孔板件作轉(zhuǎn)動；c)所述缸體中設有軸向取向的缸筒，所述缸筒可與所述孔板件中的進入口和排出口串通；d)在所述缸筒中滑行的活塞，所述活塞在其端部設有可轉(zhuǎn)動的支撐滑塊；和e)設在所述缸體一端的凸輪板件，用來使所述活塞能在所述缸筒中作往復運動；所述凸輪板件包括一支撐結(jié)構(gòu)，當所述裝置的缸筒中呈現(xiàn)正常的液壓壓力時，所述支撐結(jié)構(gòu)可以變形，所述支撐結(jié)構(gòu)還設有一較平滑的支撐面；和一薄陶瓷材料插入件，它安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)和所述支撐滑塊之間的支撐面上；所述陶瓷插入件相當?shù)谋。员惝斔鲅b置的缸筒中呈現(xiàn)正常的液壓壓力時，能貼靠在所述支撐面上作柔性變形，而不會在所述插入件內(nèi)產(chǎn)生過大的應力。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述陶瓷材料是由氮化硅和碳化硅系列材料中選取的。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述插入件的厚度約為0.005-0.020英寸。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述支撐結(jié)構(gòu)的支撐面和所述支靠在所述支撐結(jié)構(gòu)上的插入件的一配合面兩者均具有約為1微英寸-32微英寸的表面光潔度。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，它還包括有以一薄層液體涂層形式出現(xiàn)的防轉(zhuǎn)動措施，液體涂層放置在所述支撐面和所述配合面之間，用來使所述插入件固定，使其不會相對于所述支撐結(jié)構(gòu)自由地繞所述軸線作轉(zhuǎn)動。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述支撐面和所述配合面兩者均具有約為1微英寸-10微英寸的表面光潔度。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述插入件呈環(huán)形，設有同心的內(nèi)輪廓線和外輪廓線，分別確定出所述插入件的內(nèi)徑和外徑。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述支撐面相對于所述軸線是這樣傾斜的，所述滑塊在所述插入件的表面上繞所述軸線滑行出一基本呈橢圓形的軌道，所述橢圓形的軌道確定出其徑向內(nèi)邊緣和徑向外邊緣；所述插入件的內(nèi)徑微小于或等于所述橢圓形軌道內(nèi)邊緣的短徑；所述插入件的外徑大于所述橢圓形軌道外邊緣的長徑。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述支撐面相對于所述軸線傾斜一個定角度。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述支撐面相對于所述軸線傾斜一個變角度，所述能量轉(zhuǎn)換裝置還包括改變所述支撐面相對于所述軸線角度的措施。
11．一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它包括有a)孔板件，設有進入口和排出口；b)一缸體，可以繞一穿過所述孔板件的軸線相對于所述孔板件作轉(zhuǎn)動；c)所述缸體中設有軸向取向的缸筒，所述缸筒可與所述孔板件中的進入口和排出口串通；d)在所述缸筒中滑行的活塞，所述活塞在其端部設有可轉(zhuǎn)動的支撐滑塊；和e)設在所述缸體一端的凸輪板件，用來使所述活塞能在所述缸筒中作往復運動所述凸輪板件包括一支撐結(jié)構(gòu)，當所述裝置的缸筒中呈現(xiàn)正常的液壓壓力時，所述支撐結(jié)構(gòu)可以變形，所述支撐結(jié)構(gòu)還設有一較平滑的支撐面；和一薄插入件，它安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)和所述支撐滑塊之間的支撐面上；所述插入件相當?shù)谋?，以便當所述裝置的缸筒中呈現(xiàn)正常的液壓壓力時，能貼靠在所述支撐面上作柔性變形，而不會在所述插入件內(nèi)產(chǎn)生過大的應力。所述支撐結(jié)構(gòu)的支撐面和所述支靠在所述支撐結(jié)構(gòu)上的插入件的一配合面兩者均具有約為1微英寸-32微英寸的表面光度；設有一薄層液體涂層，該涂層放置在所述支撐面和所述配合面之間，用來使所述插入件固定，使其不會相對于所述支撐結(jié)構(gòu)自由地繞所述軸線作轉(zhuǎn)動。
12．在一能量轉(zhuǎn)換裝置中，該裝置包括有a)孔板件，設有進入口和排出口；b)一缸體，可以繞一穿過所述孔板件的軸線相對于所述孔板件作轉(zhuǎn)動；c)所述缸體中設有軸向取向的缸筒，所述缸筒可與所述孔板件中的進入口和排出口串通；d)在所述缸筒中滑行的活塞，所述活塞在其端部設有可轉(zhuǎn)動的支撐滑塊；和e)設在所述缸體一端的凸輪板件，用來使所述活塞能在所述缸筒中作往復運動；所述凸輪板件包括一支撐結(jié)構(gòu)，當所述裝置的缸筒中呈現(xiàn)正常的液壓壓力時，所述支撐結(jié)構(gòu)可以變形，所述支撐結(jié)構(gòu)還設有一較平滑的支撐面；和一薄插入件，它安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)和所述支撐滑塊之間的支撐面上；所述插入件相當?shù)谋?，以便當所述裝置的缸筒中呈現(xiàn)正常的液壓壓力時，能貼靠在所述支撐面上作柔性變形，而不會在所述插入件內(nèi)產(chǎn)生過大的應力；一種將所述插入件安裝到所述支撐面上的方法，它包括下列步驟(1)拋光所述支撐結(jié)構(gòu)的支撐面和所述支靠在所述支撐結(jié)構(gòu)上的插入件的配合面兩者到表面光潔度約為1微英寸-32微英寸；和(2)在所述支撐面或配合面之一上涂覆一薄層液體，然后使所述平面互相接觸。
全文摘要
一種改進的軸向活塞能量轉(zhuǎn)換裝置,它利用一種具有典型厚度僅約為0.005－0.040英寸的薄陶瓷耐磨板插入件作為凸輪面,凸輪面由大氣壓力緊固在一鋼凸輪板支撐結(jié)構(gòu)的下墊支撐面上。耐磨板安裝到凸輪板支撐面上是這樣實現(xiàn)的:拋光凸輪板支撐面和耐磨板配合面兩者到非常平滑的程度,在拋光面之一上涂抹一薄層液體,例如油類,然后將耐磨板安放到支撐面上。高度拋光的表面,加上一薄層油液,結(jié)果就形成氣密性的結(jié)合。作用在耐磨板凸輪面上的大氣壓力使耐磨板緊固就位保持在支撐面上,其作用方式就象一對約翰遜塊規(guī)一樣,只要其高度拋光的表面互相貼配,它們就緊密地緊固在一起。
文檔編號F04B1/20GK1214105SQ97191430
公開日1999年4月14日 申請日期1997年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月26日
發(fā)明者小威廉姆·J·杜拉科, 希夫·C·古普塔, 正銀龍, 杰勒德·C·威索爾, 斯科特·M·湯姆遜 申請人:桑斯特朗德公司