球塞液压马达
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结构 
                                                                 
                                                                                                        图6- 28球塞
                                                                                                 (a)基本结构 (b)另一种结构
            图1为两种球塞式内曲线液压马达的球塞副，它由一个阶梯柱塞和一个容纳于柱塞大端的钢球组成。柱塞大、小端直径之比约为√2。导轨曲面最好能做成适于钢球滚动的滚道槽。钢球之所以较大，是为了降低导轨曲面的接触应力和柱塞球窝处的比压。切向力由钢球经柱塞大端传给缸体，所以球塞马达也属于柱塞传力类型。 
          柱塞和缸孔之间通常是依靠控制配合间隙来保证密封的（间隙密封）。为了减少泄漏，配合间隙应尽量小；但间隙太小会使柱塞卡住，所以不能过小。实践证明，内曲线马达的泄漏主要不在柱塞和缸孔的配合面处，故其间隙可适当放大。目前一般取柱塞直径的万分之五到八。例如柱塞直径d=30～35mm时，常取配合间隙为0.015～0. 025mm。当工作压力低于16MPa时，配合间隙还可略大一些。
          柱塞小端与缸体配合间隙一般为0.03～0.05mm，较大端配合间隙较大，以免受附加的侧向力。因而柱塞小端需用密封材料密封，以减少漏损（此密封也有用活塞环者）。柱塞中心开有小孔，高压油经小孔内的阻尼塞(见图2-28(a》进入柱塞球窝的油腔，钢球与柱塞球窝设计成静压支承。此外，在柱塞大端的圆周表面上也开有与缸孔相连通的油孔，使高压油强制润滑柱塞与缸孔之间的滑动摩擦表面。缸孔底部装有弹簧，以防止马达启动或空载运转时钢球脱离导轨（亦有无弹簧结构），并使马达处于泵工况时具有良好的自吸能力。 
           柱塞工作表面通常还应车出几条矩形或三角形断面的环形窄槽，即所谓平衡槽，以保证柱塞与缸孔同心，改善润滑和密封性能。柱塞底边和环形槽边应保持锐利，以利剔除缸孔表面的污物杂质，并防止异物硬粒楔人间隙。
          为了马达的运动平稳，必须保证钢球各个方向上的全圆度，同时为了避免钢球局部磨蚀而过早失效，因此，球塞组结构设计中，一定要保证钢球在球窝中滑动和在导轨上滚动。也就是必须使钢球与导轨的摩擦系数f1大于钢球与球窝的摩擦系数f2，这样，马达运行中才能使钢球顺利地滚动。
          为了达到f2<f1，图6-28(b)提供了性能良好的柱塞结构。在球面静压支承中，除中心油腔外，在四周还对称布置着四个油腔，以增大强制滑润效果和钢球在偏心运动情况下的各向承载能力。其球面则由三段圆弧组成，可使球窝部的静压和动压效应更好地发挥作用。应当说明一下，宁波液压马达厂生产的QJM、QKM系列马达，已在球窝中嵌入了一层填充改性的(聚四氟乙烯(PTFE)SF-1型自润滑复合材料。SF-1型材料类同于英国梅拉西尔的(青铜粉层的)DU、DX材料，它还有经过精心筛选的塑料配方加以青铜丝网，因此，具有十分理想的耐疲劳、低摩擦系数，承载能力强，寿命长等优点。 
                                                                          
                                                                                  图6-29衬垫式柱塞
           根据测定，该材料最高工作压力可达140MPa，干摩擦状态的pv值为300 (N/cm^2×m/s)，
            在流体润滑状态下，pv值可达10000～12000 (N/cm^2×m/s)。
          该材料还具有静摩擦系数与动摩擦系数大致相等的突出优点，因此，不但保证了f2<f1的条件，而且还大大提高了QJM、QKM系列马达的启动扭矩Mo，并使启动机械效率ηmo≥0.98。
          （二）加工概况
          球塞副中的钢球，一般可取之市售的滚动轴承的大钢球，因此，球塞副的制造实际上是柱塞的加工。
曾经有采用轧制铝青铜及高强度球墨铸铁作为柱塞的材料，尽管这种软材料加工方便，但配合面的磨损速度严重影响马达的性能与寿命。因此，我国宁波液压马达集团公司（宁波液压马达厂）等单位为了使柱塞具有均匀的硬度和耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性与淬透性。现大多采用高硬度的合金钢如轴承钢G Cr15、GCr15SiMn等。选用材料中含0.40%～1.65%Cr的主要作用是增加钢的淬透性，以保证工件的高硬度、高强度和高耐磨性。其合金中的铬与碳所形成的(Fe，Cr)。c’金渗碳体比一般Fe3C稳定，能阻碍奥氏体晶粒长大，减小钢的过热敏感性，使淬火后能获得细针状和隐晶马氏体组织，而增加钢的韧性。Cr还有利于提高钢件低温回火时的回火稳定性。
          在GCr15的基础上，若加入适量的Si(0.40%～0. 6%)和Mn(0.90%～1.20%)，可进一步改善淬透性，提高工件的强度和弹性极限，但又不降低韧性。
          柱塞加工工艺一般为：
(1)下料，多取冷拉棒材。
(2)粗加工。按图纸要求粗车成形。
(3)热处理。主要目的是消除加工应力。常在400℃温度下进行，为减小变形创造条件。
(4)精车各圆柱表面，钻孔。
(5)精加工球窝部。这是柱塞加工的重点与难点部位。通常采用钻孔、搪孔后再进行粗铰与精铰。粗铰可参考本书第二章中图2-25的片状铰刀，精铰或者粗、精铰可采用图6-30的球窝定形铰刀。 
                                                                            

                                                                                                                图6- 30定形球窝铰刀
                                                                                                        (a)加工 (b)刀体 1-工件；2-铰刀
          图2(a)为球形铰刀铰削球窝的情形。铰刀(图5(b》的切削部分如同一个半圆球头，上面开有四至六个刀齿。刀齿的前角为零，后角靠手工操作在工具磨床上沿圆弧刃的后刀面修磨出来。为了保持刀形的正确，沿刀刃后面留有0.2 -0.3mm的刃带，此刃带在铰削时还对工件内球面有修光作用。球铰刀有粗、精之分，粗铰刀刀齿上开有分屑槽，精铰刀则没有。加工时，一般都先用钻头在工件上钻出盲孔，再用成形车刀粗车成形，然后粗铰、精铰。精铰时切削速度比粗铰圆柱孔时的切削速度要低。一般v=5～6m/min。钢件加工时表面粗糙度为Ra1.6μm。
          (6)热处理。常加热至840-860℃后保温，淬火冷却常采用硝盐分级淬火，以减小变形。低温回火温度通常取170℃，硬度为HRC61- 65。
          (7)研磨，抛光。
          要求表面粗糙度处于Ra0.1μm左右。
          若柱塞采用氮化钢材料，则在研磨后氮化，然后再进行配研或抛光。
          衬垫式球塞在嵌入SF-1型自润滑复合材料后，再进行精铰、研磨加工。


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