專利名稱：液壓單元的閉腔活塞的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在一液壓單元如一泵或一馬達的轉動的氣缸體里往復運動的一閉腔活塞組合件。由于諸活塞組合構件的獨特幾何形狀，它們可采用包含少量機加工或無機加工的成本經(jīng)濟的工藝，如金屬壓力鑄造法。
背景技術：
實心鋼活塞為人們所熟知，并已被用在液壓動力單元的轉動的氣缸體中。實心鋼活塞耐用、可靠，制造較為經(jīng)濟。但是，它們的重量會限制它們所在的氣缸體的運轉速度。它們也產(chǎn)生了較多的運轉摩擦力。
因此，有些制造商尋求成本經(jīng)濟的制造中空活塞的方法。已經(jīng)制造出了開端的中空活塞，該種活塞的重量小于它們的實心活塞對應件，但是這些中空活塞并不減少液壓單元的壓縮油容積。所以，有些制造商將一帽焊接在活塞體的開口端之上，以在該活塞內(nèi)形成一閉合的內(nèi)腔。這樣就減少了該液壓單元的壓縮油容積。減少的壓縮油容積是所希望的，因為它提供在旋轉斜盤控制的液壓動力單元里的較好的對旋轉斜盤力矩的控制和較好的效率。
盡管閉腔中空活塞能減少壓縮油容積，它們也有自身的一些獨特的問題。在樞轉連接于該活塞的一滑塊的運行表面上需要潤滑和平衡所需的流體。供應這樣的流體的一個普通的途徑是通過沿縱向延伸通過該活塞中心并與該滑塊里的一類似的通道對齊的一小流體通道。由于為這個目的將流體引入該中空活塞的內(nèi)腔中將消除減少壓縮油容積的目的，所以一般往內(nèi)腔里填入一種比油更輕并較少可被壓縮的材料如塑料。然后在該被充填的活塞上鉆孔，以提供位于中心的小的流體通道。這樣的充填和鉆孔操作明顯提高了該中空活塞的成本，因此也就提高了在其內(nèi)使用了多個活塞的液壓單元的成本。獲得能承受惡劣的活塞環(huán)境的可靠的材料是困難的。因此，塑性材料的變質是一共同的問題。對比塑料更耐久的鋁芯作了試用，但它們難以被保持在空腔里。
有些活塞包括至少三個單獨的不同的構件一活塞體、一活塞蓋和一中空管。該管利用沿徑向延伸在該管的外壁與活塞體的內(nèi)壁之間的一或多個墊圈被設置于該空腔里并連接于活塞體。盡管這種設計的活塞解決了至少一些上面概述過的問題，它們的制造是很貴的。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的主要目的是提供一活塞組合件，該活塞組合件的制造成本經(jīng)濟，并能減少精加工操作數(shù)量。
本發(fā)明的另一目的是提供一中空或減少了容積的活塞組合件，其諸構件能使用金屬壓力鑄造技術加工，然后將它們密封接合在一起。
本發(fā)明的又一目的是提供一經(jīng)濟的閉腔中空活塞，該活塞具有沿縱向延伸通過它并位于其中心的一流體通道，該通道與該內(nèi)腔的其余部分相隔離。
本發(fā)明的再一目的是提供一閉腔活塞，該活塞具有一固定在該腔內(nèi)的中空桿，而無需若干環(huán)形墊圈以將它連接于壁。
本發(fā)明還有一目的是提供一閉腔中空活塞，該活塞僅有兩個構件，即一活塞體和一活塞蓋，它兩之一包括一位于中心的、與其整體形成的中空桿。
本發(fā)明的另一目的是提供一活塞組合件，該組合件由于在活塞蓋和活塞體上的互補對準特點而易于組裝。
本發(fā)明的另外一目的是提供一液壓活塞組合件，該組合件在工作時安靜和有效，并能在一高速轉動的氣缸體里工作。
本發(fā)明的又一目的是提供一活塞組合件，該組合件耐用并使用可靠。
從諸附圖，以及從下面的描述和權利要求書，對于熟悉該領域的人員，這些和其他的目的將變得很清楚。
本發(fā)明涉及在一液壓動力單元如一泵或一馬達的轉動的氣缸體里往復運動的一閉腔活塞組合件。該發(fā)明提供一有效、耐用、可靠和經(jīng)濟的活塞組合件。
本發(fā)明的一閉腔活塞組合件包括一中空活塞體、活塞蓋和一連接于活塞體和活塞蓋的加長桿?；钊w與活塞蓋是單獨形成的，然后兩者密封連接在一起，以包容和限定一內(nèi)部空腔。在一實施例中，桿與活塞體整體形成，并設置在空腔內(nèi)。在另一實施例中，桿與活塞蓋整體形成并可滑動地支承在活塞體的底部上的一孔內(nèi)。該桿凸出于活塞蓋上的一頭部?；钊w的該頭部和桿密封接合于活塞體，以包容空腔。一流體通道可設置得通過桿、活塞組合件的活塞體和蓋。與桿相對的、活塞蓋的端部可包括一在其上的表面，用于接合一滑塊。該滑塊樞轉連接于活塞蓋，以形成一活塞一滑塊組合件。


圖1是在本發(fā)明一實施例里采用的活塞體的一立體圖。
圖2是圖1中的該活塞體的一正視圖。
圖3是圖2中的該活塞體的一左視圖。
圖4是圖2中的該活塞體的一右視圖。
圖5是本發(fā)明的完成組裝的活塞與滑塊組合件的一截面圖，其中的活塞體是沿圖2里的5-5線剖示的。
圖6是圖5里的活塞蓋的立體圖。
圖7是圖6中的活塞蓋的一正視圖。
圖8是圖7中的活塞蓋的一右視圖。
圖9是沿圖7里的9-9線剖切的、活塞蓋的截面圖。
圖10是本發(fā)明的該活塞一滑塊組合件的一第二實施例的一正視圖。
圖11是圖10的活塞體的一正視圖。
圖12是圖11的該活塞體的一左視圖。
圖13是圖11的該活塞體的一右視圖。
圖14是圖10的活塞組合件的一分解立體圖。
圖15是沿圖10里的15-15線剖切的、活塞一滑塊組合件的一中心縱向截面圖。
具體實施例方式
在此描述本發(fā)明的兩個實施例。圖1-9表示了采用本發(fā)明的該閉腔活塞組合件的一第一實施例的、其總的標號為“10”的一活塞—滑塊組合件。圖10-15表示了該閉腔活塞組合件的一第二實施例，其中，用標號10A標注—活塞—滑塊組合件的一部分。
看圖1-5，該活塞—滑塊組合件10包括一活塞體12；一單獨形成的活塞蓋14，該活塞蓋密封接合于活塞體12，以形成一閉腔活塞組合件16；以及，一樞轉連接于活塞蓋14的滑塊18。
該長圓筒形活塞體12包括一外側壁20、一底壁21和相對的第一和第二端22、24。外側壁20和底壁21的每一個分別具有外表面和內(nèi)表面26、28、29、31。在活塞體12的第一端設有一開孔30，該開孔限定了通向一內(nèi)腔32的入口。在所示的實施例中，該空腔32是圓柱形的，表面26、28同心地包圍著該空腔。
一長桿34與活塞體12整體性并連續(xù)地形成。因此，如從圖5可最清楚地看出的，該桿34與活塞體12的其余部分共用一連續(xù)不間斷或不斷開的橫截面。該桿34從活塞體12的底壁21的內(nèi)表面31向上凸出。該桿34具有一朝著入口或開孔30伸到內(nèi)腔32內(nèi)的自由端36。該桿34居中心地位于活塞體12內(nèi)，偏離圓柱形內(nèi)表面28并和圓錐形內(nèi)表面共中心。沿著該桿的一部分長度，有一剛性材料幅板38將該桿34與外壁20的內(nèi)表面28隨意地互連。該桿34的自由端36朝著開孔30延伸得比幅板38更遠些，其原因在后面將予以說清楚。該幅板38在活塞體12的制造期間為桿34提供了另外的支撐和剛度。
如圖所示，能通過該桿34設置一流體通道40，該通道完全通過活塞體12的底壁21。該流體通道40提供一居中的隔離通道，用于供油流過中空的活塞體12而不必通過活塞體12的外側壁20或充填該內(nèi)腔32。在活塞體12的外表面26上可隨意設置一或多條槽42?；钊w12具有與第二端24鄰接的一減小了直徑的部分44。
有一與活塞蓋14匹配的表面46位于活塞體12的相對端22。在所示的實施例中，該活塞蓋匹配表面46是由在開孔30的入口處的一錐形斜面形成的。該表面46是一圍繞開孔30呈錐形地延伸的基本上筆直的表面。但是，正如從圖5和15能理解的，該活塞蓋匹配表面也能呈球形內(nèi)彎或具有其他的外形，只要該外形有益于密封匹配活塞體和活塞蓋。在一個或兩個部分上一環(huán)形小凸緣甚至有助于將它兩密封接合在一起。
圖6-9詳細圖示了本發(fā)明第一實施例的活塞蓋14。該大致圓筒形活塞蓋14具有第一和第二端部48、50。第一端48具有滑動配合于空腔32的上方部分內(nèi)的一直徑減小部分52和形成在其上、鄰接于該直徑減小部分52的一本體接合表面54。該本體接合表面54的形狀是與活塞體12的活塞蓋匹配表面46對稱一致鏡面或密封配合。因此，該表面54可是一筆直的圓錐形表面(圖5)、一球形表面(圖15)或能與表面46鏡面對稱一致或匹配以形成一密封表面或線接觸的其他形狀的表面。一中心孔56延伸到活塞蓋14的第一端48里，用于收置桿34。為了在組裝期間將桿34引導到孔56內(nèi)，一錐口孔58與孔56同心地延伸在孔56的四周。因此，在組裝期間，活塞體12、活塞蓋14和桿34基本上是自動對準的。一流體通道60延伸通過活塞蓋14，并當完成了活塞組件16的組裝后通常與桿34和活塞體12中的流體通道40對齊。請閱圖5。
活塞蓋14的第二端50具有一在其上形成的滑塊接合表面62。在圖5和9所示的實施例中，該滑塊接合表面62是在該活塞蓋14的該第二端50上形成的一球窩凹部。但是，熟悉該領域的人員將意識到該滑塊18可設置一球窩凹部，該適當?shù)幕瑝K接合表面62可是形成為一球表面的一部分的一匹配表面。該活塞蓋14具有鄰接于其第二端50的一直徑被增大的部分64，該部分能防止該活塞蓋掉到空腔32中，并確保一旦該活塞蓋被牢固就位時就關閉空腔。以凹坑66設置在直徑增大部分64并鄰接于本體接合表面54。該凹坑66與表面54相交。
一流體通道70被設置通過滑塊18。該流體通道70大致與活塞蓋里的流體通道40對齊。對于圖示的結構，油能流過組裝好并包括滑塊18的活塞組合件。如此，為該滑塊18的運行面72提供了潤滑和平衡所需的油，而不必完全充填空腔32。請見圖5。
活塞體12和活塞蓋14最好用一種強硬而具耐久性的金屬，如鋼或鐵制成?；钊w12和活塞蓋14的形狀通過鑄造或模注易于形成。最好是，用金屬壓力鑄造技術形成這些零件，這樣，如果需要接著的機加工，其工作量也是很少的?？涨?2和34可設置有一個芯子或芯銷，孔40可以設置有延伸通過用來制造活塞體12的模子的另一芯銷。
為了組裝該活塞組合件16，在放置活塞體12時將空腔32的入口向上。然后，安裝人員將活塞蓋14落到桿34和空腔32的入口上。表面46和斜面58引導活塞蓋14，使它定中。然后，通過焊接或銅焊將活塞蓋14密封接合于活塞體12和桿34。最好的工藝是銅焊。銅焊材料是通過用作流道(gate)的凹坑66施加于表面46上的接縫上。銅焊材料也通過通道60施加于孔56四周的桿和活塞蓋界面和桿的端部36?；蛘撸深A先將銅焊材料施加于斜面58的區(qū)域，再通過對桿端36或在那個區(qū)域里的活塞蓋14的加熱而使之熔化。當然，能使用幾乎任何銅焊或焊接工藝以接合活塞體12、桿34和活塞蓋14，只要該工藝能提供其形狀為一面接觸或線接觸的一密封接縫。一滑塊18通過卷邊、軋制、鍛造或其他傳統(tǒng)方法可樞轉連接于活塞蓋14，以形成完整的活塞—滑塊組合件10。
圖10-15表示了本發(fā)明的第二實施例。在這一實施例中，該活塞—滑塊組合件10A包括一活塞體12A和一活塞蓋14A，該活塞體和活塞蓋密封接合在一起以形成一活塞組合件16A。該中空活塞組合件16A樞轉連接于滑塊18。本發(fā)明第一與第二實施例之間的主要區(qū)別涉及活塞體12A和活塞蓋14A的結構以及桿34A的位置。
活塞體12A具有一外壁20A、第一和第二端部22A和24A、一圓柱形外表面26A、一圓柱形內(nèi)表面28A、一開孔30A和一內(nèi)腔32A。但是，活塞體12A并不包括在其內(nèi)整體形成的一桿或輻板，而是在活塞體12A的第二端24A設置一用于收置桿34A的孔74A。如圖15所示，在該孔74A的四周有一同心的錐形擴孔76A。在活塞體12A的第一端22A形成有一活塞蓋匹配表面46A。在這一實施例中，該活塞蓋匹配表面46A是一內(nèi)凹球形凹部或承窩。如前面討論過的，能使用其他的表面外形而不會有損于本發(fā)明。
活塞蓋14A具有一被加大的頭部78A，該頭部帶有相對的第一和第二端部80A、82A。加長桿34A從該頭部78A的第一端80A伸出，并與其整體形成。正如從圖15能最清楚地看到的，桿34A最好是中空的，并包括一通過活塞蓋14A延伸了全程的流體通道60A。桿34A足夠長，以致當活塞蓋14A連接于活塞體時桿的自由端36A伸入活塞體12A里的孔74A中。活塞蓋14A具有一外凸的球形表面54A，以與活塞體12A的表面46A相配合。該兩配合的球表面46A和54A促進了桿34A的對準，使它在組裝過程中對準孔74A。與第一實施例類似，活塞蓋14A具有形成在其第二端82A上的一滑塊配合表面62A。一滑塊18通過卷邊、軋制、鍛造或其他傳統(tǒng)方法樞轉連接于活塞蓋14A，以形成完整的活塞—滑塊組合件10A。
還有，活塞體12A和活塞蓋14A的形狀是金屬的，并適于由鑄造或較可取的是由金屬壓力鑄造技術形成。
為了組裝第二實施例的活塞組合件16A，在放置活塞體12A時將空腔32的入口朝上。操作人員將活塞蓋14A的桿34A插入空腔32A內(nèi)?；钊w14A的頭部78A上的球形表面54A幫助桿34A定中心，并將它導入活塞體12A的第二端的孔74A中。一旦活塞蓋14的表面54A座落在活塞體12A的表面46A上，可將它們之間的接合處銅焊或焊接起來，以提供一密封的焊縫，并將活塞蓋14A牢固地連接于活塞體12A。還有，桿34A在孔74A處被銅焊或焊接于活塞體的底壁。銅焊或焊接材料用標號84A表示。
因此，獲得了一廉價的活塞組合件，其中，流體通道遠離活塞體的外側壁并與空腔彼此流體隔離。根據(jù)上述，很清楚的是本發(fā)明至少滿足了所述的諸目的。
在諸附圖和說明書中，提出諸最佳實施例和涉及本發(fā)明的諸實例，盡管使用了專門的名稱，它們是僅僅用于一般意義和具體描述，而并不具有限制的目的?？梢愿鶕?jù)情況不同而建議或設想出在諸零件的形狀和比例方面的變化以及等效物的替換，或者提出具體手段，而不離開由下面諸權利要求限定的本發(fā)明的精神或范圍。
權利要求
1.一種活塞組合件，該活塞組合件包括一中空活塞體，該活塞體包括相對的第一和第二端、一連續(xù)的外側壁和一底壁，該底壁和側壁限定一內(nèi)部空腔，該空腔具有在第一端形成的一入口，底壁和外側壁的每一個具有一內(nèi)表面和一外表面，該活塞體具有一在其中形成的內(nèi)部空腔，該內(nèi)部空腔由側壁的內(nèi)表面和底壁的內(nèi)表面部分地限定；該活塞體是一單件整體結構，并包括一整體形成在其中的加長中空桿，該桿具有一連接于底壁的第一端和一從底壁朝空腔的入口伸出的第二端，該桿平行于活塞體的側壁的外表面延伸；以及一活塞蓋，它從活塞體分開形成并具有第一和第二端，活塞蓋的第一端密封接合于活塞體的側壁和桿的第二端，使防止流體通過入口和桿填充空腔。
2.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，活塞蓋的第二端具有一在其上形成的滑塊接合表面。
3.按照權利要求2的活塞組合件，其特征在于，包括—滑塊，該滑塊在該滑塊接合表面處樞轉安裝于活塞蓋，以致形成一滑塊—活塞組合件。
4.按照權利要求3的活塞組合件，其特征在于，該滑塊具有一延伸從其中通過的流體通道，通過該滑塊的該流體通道大致對準于通過活塞蓋的流體通道。
5.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，一剛性輻板通過從桿沿一單個方向徑向朝外、沿著該桿的一部分的側旁延伸，將桿連接于側壁的內(nèi)表面
6.按照權利要求5的活塞組合件，其特征在于，桿的第二端在輻板的上方朝著活塞蓋伸出。
7.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，中空桿具有一在其內(nèi)的流體通道，該流體通道沿縱向完全通過桿和活塞體的底壁。
8.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，活塞體是圓筒形的，其內(nèi)、外表面彼此同心。
9.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，桿是圓筒形的，并居中地位于空腔內(nèi)。
10.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，活塞蓋的第一端的一部分延伸到活塞體空腔內(nèi)。
11.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，活塞蓋的第一端包括一在其上的筆直朝里并向下傾斜的圓錐形外表面，活塞體的第一端包括一在其上的筆直朝里并向下傾斜的圓錐形凹入表面，以互補配合于活塞蓋上的圓錐形外表面。
12.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，活塞蓋的第一端具有一在其中的位于中心的凹部，以收置桿的第二端。
13.按照權利要求12的活塞組合件，其特征在于，活塞蓋上的該凹部包括一用于收置桿的第二端的一孔和一錐形擴孔，該擴孔位于所述孔的四周并導入該孔，以將桿導入所述孔內(nèi)。
14.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，活塞蓋具有一流體通道，該流體通道沿縱向從活塞蓋的第一端經(jīng)過該活塞蓋延伸到該活塞蓋的第二端，當活塞蓋接合于活塞體時，通過該活塞蓋的該流體通道大致與通過桿的流體通道對準。
15.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，活塞體和桿由金屬壓力鑄造被模注在一起而成為一單個整體件。
16.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，活塞蓋、活塞體和桿是金屬的。
17.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，活塞體和活塞蓋通過銅焊密封接合在一起，以密封內(nèi)部空腔。
18.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，活塞體和活塞蓋通過焊接密封接合在一起，以密封內(nèi)部空腔。
19.一種活塞組合件，該活塞組合件包括一中空活塞體，該活塞體包括一連續(xù)的外側壁和一底壁，該底壁和側壁限定一內(nèi)部空腔，該空腔具有一相對于底壁形成的一入口，該底壁具有一在其中延伸到空腔內(nèi)的孔，該孔偏置于所述側壁并平行于該側壁；一活塞蓋，它是一單件整體結構并與活塞體分離地形成，活塞蓋包括一被放大了的頭部，該頭部適于覆蓋到達空腔的入口；以及，一加長桿，該加長桿具有與頭部相連接的一第一端和可插入空腔的一第二端；桿的第二端適于沿一軸向滑動配合于底壁上的孔，該桿具有一長度，使得當活塞蓋的頭部在空腔的入口處緊靠于活塞體時，第二端延伸通過該空腔并進入活塞體的底壁中的孔里；活塞蓋的頭部在空腔的入口處密封接合于活塞體，桿密封接合于孔四周的底壁；活塞蓋具有一流體通道，該流體通道沿縱向延伸通過桿和頭部；由此，當活塞蓋與活塞體密封接合時，內(nèi)部空腔被包容，在桿中的流體通道流體隔離于該空腔。
20.按照權利要求19的活塞組合件，其特征在于，活塞蓋的頭部具有一在其上形成的與桿相對的滑塊接合表面。
21.按照權利要求20的活塞組合件，其特征在于，該滑塊接合表面由在活塞蓋中形成的一球窩凹部限定。
22.按照權利要求20的活塞組合件，其特征在于，包括一滑塊，該滑塊在該滑塊接合表面處樞轉安裝于活塞蓋，以致形成一滑塊一活塞組合件。
23.按照權利要求22的活塞組合件，其特征在于，該滑塊具有一沿縱向延伸從其中通過的流體通道，通過該滑塊的該流體通道大致對準于通過活塞蓋的流體通道。
24.按照權利要求19的活塞組合件，其特征在于，活塞體大致上為圓筒形，側壁由同心的內(nèi)、外圓錐形表面形成。
25.按照權利要求23的活塞組合件，其特征在于，桿與頭部和活塞體的側壁同心。
26.按照權利要求19的活塞組合件，其特征在于，頭部具有鄰接于桿的一外凸的球形外表面，活塞體具有一在其上朝外的內(nèi)凹球形表面，該表面鄰接于空腔的入口，以配合于活塞蓋的外凸球表面。
27.按照權利要求19的活塞組合件，其特征在于，活塞蓋、活塞體和桿是金屬的。
28.按照權利要求19的活塞組合件，其特征在于，活塞體和活塞蓋通過銅焊密封接合在一起，以密封內(nèi)部空腔。
29.按照權利要求19的活塞組合件，其特征在于，活塞體和活塞蓋通過焊接密封接合在一起，以密封內(nèi)部空腔。
30.按照權利要求19的活塞組合件，其特征在于，活塞蓋和桿由金屬壓力鑄造被模注在一起而成為一單個整體件。
31.按照權利要求19的活塞組合件，其特征在于，通過活塞蓋和桿的流體通道位于中心處。
32.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，至少一剛性輻板通過從桿沿徑向朝外延伸，將桿連接于內(nèi)側壁。
33.按照權利要求1的活塞組合件，其特征在于，一剛性輻板通過從桿沿徑向朝外延伸，將桿連接于側壁的內(nèi)表面。
全文摘要
一閉腔活塞組合件包括一活塞體、一密封接合于活塞體而單獨形成的活塞蓋和一與活塞體或活塞蓋之一整體形成的加長桿。在一實施例中,桿與活塞體整體形成。在另一實施例中,桿與活塞蓋整體形成并可滑動地支承和密封在活塞體的底部上的一孔內(nèi)。該活塞組合件的活塞蓋還具有接合于一滑塊的一表面。在任一情況下,一流體通道延伸通過該活塞組合件的該桿活塞體和活塞蓋。該通道遠離于活塞體的側壁,并一旦活塞蓋和活塞體密封接合在一起時流體隔離于中空活塞體的主內(nèi)腔。該活塞組合件能樞轉連接于一滑塊,該滑塊有其自己的流體通道,該通道與活塞蓋里的通道相對準,從而為滑塊潤滑和平衡提供流體。
文檔編號F16J1/09GK1334410SQ0112278
公開日2002年2月6日 申請日期2001年7月19日 優(yōu)先權日2000年7月20日
發(fā)明者理查德·A·貝克, 羅伯特·J·施托佩克 申請人:沙厄-丹福絲股份有限公司