内曲线液压马达滚子、导轨设计加工技术

　　引 言

　　低速大扭矩液压马达种类较多、依据产品的压力等级分为高压与低压的低速大扭矩液压马达。高压低速大扭矩液压马达在欧美等少数发达国家的工程机械、船舶、港口、钻探、矿山、水泥、冶金等行业有较为广泛的应用，其中英国(川琦)Staffa曲轴连杆液压马达和瑞典Hagglunds、法国Poclain为代表的内曲线多作用径向低速大扭矩液压马达，以其产品的压力等级高、功率密度大、低速稳定性好、抗冲击能力强、模块化生产等特点已广泛应用在静液压传动装置(简称HST)中。

　　国外内曲线液压马达在制造、应用经过60多年的发展已比较成熟。国内内曲线液压马达的设计、制造也已有近40年的历史，但国内企业因进行调整而时断时续，没有形成一定规模。国外已成熟生产的滚子式内曲线液压马达,国内目前还处于起步阶段，性能还不稳定，且因生产制造水平较低及使用中油液污染等问题而使液压马达存在故障率偏高，寿命短等一系列问题，随着材料选取和工艺水平及油液清洁度的提高，相信上述问题将逐渐得到解决。

　　1 设计、制造过程中的问题

　　自20世纪70年代以来，我国在内曲线液压马达的参数选择和导轨曲线的输出无脉动设计等方面取得了不低于国外的进步。但近20多年来，国外出现的滚子柱塞副取代滚轮柱塞副的新结构，我国在滚子柱塞副的材料匹配选择设计、滚子外形设计及柱塞内圆柱面的设计加工等方面与国外尚有明显差距，影响了这类液压马达性能和寿命的提高。

　　经过大量的台架试验、工业性试验，发现液压马达在中低压状态下运行时的使用状况较好，高压状态下使用时液压马达的寿命会出现下降，经过仔细观察及分析后发现，这不仅与滚子柱塞副，滑动轴承结构和材料的选取及液压马达使用中的油液清洁度有关，而在设计、加工、装配过程中一直忽略了导轨曲面的母线及滚动体(以下简称滚子)母线型式对液压马达承载能力及接触疲劳寿命的重要性。其中滚子母线型式对内曲线液压马达功能部件损坏的影响较大(同滚子轴承的受力状态及失效型式十分相近)。

　　2 滚子与导轨作用机理及凸度设计分析

　　内曲线液压马达滚子与导轨形成一对线接触重载的滚动摩擦副，滚子与导轨接触面间形成油膜润滑。此摩擦副属弹性流体动力润滑特性，它决定了零件的承载力及运行使用寿命。借鉴低速重载情况下滚子轴承的应用状况，在弹流润滑工况下滚子端部的油膜变薄，形成闭合效应，并成为滚子摩擦副弹流的重要特征。闭合效应使端泄阻力增大，油膜压力局部升高，形成端部的压力峰值，相应的油膜厚度减薄，其值比线接触理论计算值小得多。滚子端部的闭合效应随载荷的增大，其端部边缘应力也会随之升高，其压力的奇异分布有可能切断端部的油膜。闭合效应在弹流中具有双重特性：一方面，它能减弱以阻止端泄，把润滑油封在摩擦副内，有利于形成和增厚润滑油膜;另一方面，过高的端部压力油膜会破裂，使材料的局部早期失效。