ПОРШЕНЬ С РОЛИКОМ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, ВЫПОЛНЕННЫЙ ЗА ОДНО ЦЕЛОЕ С ЦЕНТРИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ, ОГРАНИЧИВАЮЩИМ ТРЕНИЕ О РОЛИК Российский патент 2021 года по МПК F04B1/04 F04B53/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к поршням и, в частности, к поршням с роликом. С особой выгодой изобретение может найти применение в радиально-поршневых гидравлических машинах.

Уровень техники

«Поршнем с роликом» называется поршень, выполненный с возможностью скольжения в ответной камере по продольной оси и на одном из концов которого имеется ролик, смонтированный с возможностью вращения вокруг оси, поперечной по отношению к продольной оси, и опирающийся на связанную с ним деталь.

Поршни с роликами используются, в частности, в гидравлических аппаратах. В некоторых из таких аппаратов имеется блок цилиндров, содержащий множество цилиндров, распределенных в радиальном направлении, каждый из которых имеет поршень с роликом, опирающийся на профилированный кулачок. При вращении блока цилиндров относительно профилированного кулачка, которое обусловлено действующим на цилиндры гидравлическим давлением, приводится во вращение вал, или же наоборот - относительное вращение, вызываемое механическими факторами, позволяет генерировать давление рабочей среды. Такие аппараты раскрыты, например, в документах FR 2651836 и FR 2955903.

Как показано на приложенных чертежах фиг. 1а и 1b, где изображены, соответственно, поршень в сборе и различные детали, образующие поршень до сборки, этот поршень 1 содержит, как правило, тело А110, имеющее цилиндрическую направляющую поверхность А111 с центром на продольной оси скольжения С-С'. Верхняя часть А110а тела имеет форму седловидного углубления А112 для вмещения ролика 120 с возможностью качения по профилированному кулачку. При перемещении блока цилиндров с вращением относительно кулачка поршни 1 повторяют форму этого кулачка, совершая тем самым возвратно-поступательное движение внутри цилиндра по оси скольжения С-С'.

Были предприняты различные модификации, позволившие усовершенствовать такой поршень 1. Для обеспечения центрирования ролика 120 в поршне по оси С-С' в патенте FR 2651836 предложены центрирующие элементы А130, помещаемые на боковых сторонах тела А110 ортогонально к оси качения R-R' роликов 120. Эти направляющие элементы А130 сопровождают поршень 1 в его перемещении по оси скольжения С-С', препятствуя поступательному движению ролика 120 по оси качения R-R'. Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления, благодаря направляющему пазу А131, выполненному на наружной поверхности центрирующих элементов А130, удается добиться того, что скоба (не показана), закрепленная в блоке цилиндров, будет входить в зацепление с этим направляющим пазом А131, препятствуя при этом вращению поршня вокруг его оси скольжения С-С'.

Для удержания ролика 120 в нужном положении в поршне в конструкции, описанной в документе FR 2899650, предусмотрен вкладыш А140 с формой, комплементарной к форме седла А112 поршня 1, который вставляется в дно этого поршня. Этот вкладыш изготавливается их одного или нескольких материалов, ограничивающих трение, что способствует лучшему качению ролика 120. Верхние края углубления А112 и вкладыша А140 имеют стопорные или удерживающие поверхности А113, которые имеют вид выступа или выдвинутого скоса стенки верхних краев в направлении внутрь.

В настоящее время седло А112 получают с помощью операции специальной повторной механической обработки в направлении, поперечном к оси поршня. Однако эта методика, в сочетании с обязательным наличием направляющих элементов А130 для установки ролика, ведет к усложнению и удорожанию процесса изготовления, если учесть необходимость нескольких операций механической обработки для выполнения отдельных элементов, дополнительную сборку, автоматизированное или ручное снятие заусенцев и т.д.

Позднее были разработаны новые конфигурации поршня и роликов. Так, в документе WO 2012010241 (см. фиг. 1 с) раскрыт поршень, имеющий тело А110 с седлом А112, изготавливаемым методом спекания. Для этого предусмотрено, чтобы верхняя часть 110а не занимала места больше 180 градусов вокруг седловидного углубления и образовывала собой расходящиеся края, так как в противном случае понадобится проведение операций повторной механической обработки.

Тем не менее, сохраняется потребность в усовершенствовании этого нового конструктивного исполнения поршня. Так, в документе ЕР 2015/080375 раскрыты некоторые направленные на это технические решения, касающиеся, в частности, центрирования ролика в седле, удержания вкладыша и пр.

Раскрытие сущности изобретения

Согласно первому аспекту

В соответствии с первым аспектом изобретения, оно относится к поршню с роликом, выполненному с возможностью приема ролика и скольжения в цилиндре по оси скольжения, причем указанный поршень содержит:

- тело, имеющее направляющую поверхность,

- верхнюю часть, имеющую седловидное углубление по оси качения, выполненное с возможностью приема ролика, причем седло имеет расходящийся край, то есть он закрывает угол меньше 180° по оси качения,

- по меньшей мере один центрирующий элемент, образующий осевой упор для ролика и выполненный с возможностью удержания осевого центрирования ролика в седле по оси качения,

причем указанный поршень отличается тем, что

тело, указанный по меньшей мере один центрирующий элемент и верхняя часть представляют собой единственную выполненную за одно целое деталь, причем

центрирующий элемент имеет изгиб для вхождения в контакт только с частью поверхности осевого конца ролика, причем указанная часть расположена по меньшей мере на оси качения ролика, чтобы уменьшать момент сопротивления трения.

Изобретение может характеризоваться нижеследующими признаками, которые могут рассматриваться как по отдельности, так и в комбинации:

- по всему сечению, ортогональному к оси скольжения, размеры изгиба центрирующего элемента являются одинаковыми,

- изгиб является вогнутым, предпочтительно в виде дуги окружности,

- изгиб является выпуклым, предпочтительно в виде дуги окружности, образуя, таким образом, выступ внутрь углубления,

- изгиб проходит по всей ширине центрирующего элемента,

- изгиб выступает внутрь углубления и проходит только по части указанной ширины центрирующего элемента, предпочтительно менее, чем на 50%, а еще предпочтительнее менее, чем на 75%,

- указанный по меньшей мере один центрирующий элемент имеет на линии его продолжения по оси скольжения выступ в форме ушка,

- выступ в форме ушка имеет в сечении, ортогональном к оси качения, треугольную форму или форму дуги окружности,

- выступ в форме ушка имеет в сечении, в котором расположены ось скольжения и ось качения, треугольную форму или форму дуги окружности.

Объектом изобретения, в соответствии с первым аспектом, является также узел, содержащий поршень описанного выше типа и вкладыш, выполненный с возможностью установки на дне углубления.

Целесообразно, чтобы вкладыш имел форму, комплементарную к форме изгиба, чтобы блокировать его вращение по оси вращения посредством изгиба центрирующего элемента.

Целесообразно, чтобы вкладыш имел расходящийся край, то есть закрывал угол меньше 180° по оси качения, или сходящиеся края, то есть закрывал угол строго больше 180°.

Целесообразно, чтобы вкладыш имел по меньшей мере один срезанный угол.

Объектом изобретения, в соответствии с первым аспектом, является также система, содержащая узел описанного выше типа и ролик, причем вкладыш выполнен с возможностью его вставления между дном углубления и указанным роликом для облегчения качения ролика в углублении.

Целесообразно, чтобы в ролике были сформированы располагающиеся ортогонально к оси качения плоский участок качения и плоский концевой участок в области осевого конца ролика, причем указанный участок качения соответствует участку ролика, выполненному с возможностью качения по вкладышу, при этом площадь сечения указанного концевого участка меньше, чем у участка качения.

Целесообразно, чтобы ролик имел на конце поверхность, содержащую конический элемент вращения, или усеченно-конический элемент вращения, или сферический сегмент, или цилиндрический элемент вращения.

Объектом изобретения, в соответствии с первым аспектом, является также гидравлическая машина, содержащая профилированный кулачок и блок цилиндров, содержащий множество радиально расположенных цилиндров и множество систем описанного выше типа, причем каждая система помещена в цилиндр, а ролик может входить в контакт с профилированным кулачком.

Целесообразно, чтобы ролик находился в контакте с профилированным кулачком вне зависимости от рабочего режима гидравлической машины.

Объектом изобретения, в соответствии с первым аспектом, является также способ изготовления поршня описанного выше типа, в соответствии с которым поршень изготавливают посредством приложения к формуемому материалу одноосной сжимающей силы, причем никакой другой силы к материалу не прикладывают.

Целесообразно, чтобы поршень изготавливали посредством спекания, штамповки, ковки в штампах или литья под давлением.

Объектом изобретения, в соответствии с первым аспектом, является также способ сборки узла описанного выше типа с использованием способа изготовления описанного выше типа, содержащий этап, на котором заполняют седло вкладышем.

Целесообразно, чтобы вкладыш вставляли в поршень.

Целесообразно, чтобы вставление осуществляли вдоль центрирующего элемента, вне вершины выпуклости.

Целесообразно, чтобы вставление вкладыша осуществляли по его срезанным углам.

Согласно второму аспекту

Объектом изобретения, в соответствии со вторым аспектом изобретения, является также поршень с роликом, выполненный с возможностью приема ролика и скольжения в цилиндре по оси скольжения, причем указанный поршень содержит:

- тело, имеющее направляющую поверхность,

- верхнюю часть, имеющую седловидное углубление по оси качения, выполненное с возможностью приема ролика, причем седло имеет расходящийся край, то есть закрывает угол меньше 180° по оси качения,

- по меньшей мере один центрирующий элемент, образующий осевой упор для ролика и выполненный с возможностью удержания осевого центрирования ролика в седле по оси качения,

причем указанный поршень отличается тем, что

тело, указанный по меньшей мере один центрирующий элемент и верхняя часть представляют собой единственную выполненную за одно целое деталь, причем

центрирующий элемент имеет по меньшей мере один прорезанный паз, расположенный вне оси качения, причем указанный паз, проходит по всей высоте седловидного углубления,

в результате чего ролик входит в контакт только с частью поверхности осевого конца ролика, причем указанная часть расположена по меньшей мере на оси качения ролика, уменьшая момент сопротивления трения.

Изобретение может характеризоваться нижеследующими признаками, которые могут рассматриваться как по отдельности, так и в комбинации:

- центрирующий элемент имеет другой паз, расположенный на другом центрирующем элементе, находящемся напротив него, причем этот другой центрирующий элемент имеет прорезанный паз, расположенный вне оси качения,

- каждый центрирующий элемент имеет два прорезанных паза по обе стороны от оси качения,

- центрирующий элемент имеет изгиб для вхождения в контакт только с частью поверхности осевого конца ролика, причем указанная часть расположена по меньшей мере на оси качения ролика, уменьшая момент сопротивления трения,

- изогнутая поверхность находится между двумя пазами,

- в поршне имеется также по меньшей мере одно просверленное отверстие, проходящее через центрирующий элемент в области дна прорезанного паза,

- паз имеет на своем дне ступенчатую конструкцию с расположенными рядом нижней поверхностью и верхней поверхностью,

- указанный по меньшей мере один центрирующий элемент имеет на линии его продолжения по оси скольжения выступ в форме ушка,

- выступ в форме ушка имеет в сечении, ортогональном к оси качения, треугольную форму или форму дуги окружности,

- выступ в форме ушка имеет в сечении, в котором расположены ось скольжения и ось качения, треугольную форму или форму дуги окружности.

Объектом изобретения, в соответствии со вторым аспектом, является также узел, содержащий поршень описанного выше типа и вкладыш, выполненный с возможностью установки на дне углубления.

Целесообразно, чтобы вкладыш имел по меньшей мере один язычок, выполненный с возможностью его размещения в соответствующем прорезанном пазу.

Целесообразно, чтобы вкладыш имел язычок, выполненный с возможностью его размещения в просверленном отверстии.

Целесообразно, чтобы вкладыш имел расходящийся край, то есть закрывал угол меньше 180° по оси качения, или сходящиеся края, то есть закрывал угол строго больше 180°.

Целесообразно, чтобы вкладыш имел по меньшей мере один срезанный угол.

Объектом изобретения, в соответствии со вторым аспектом, является также система, содержащая узел описанного выше типа и ролик, причем вкладыш выполнен с возможностью его вставления между дном углубления и указанным роликом для облегчения качения ролика в углублении.

Целесообразно, чтобы в ролике были сформированы располагающиеся ортогонально к оси качения плоский участок качения и плоский концевой участок в области осевого конца ролика, причем указанный плоский участок качения соответствует участку ролика, выполненному с возможностью качения по вкладышу, при этом площадь сечения указанного концевого участка меньше, чем у участка качения.

Целесообразно, чтобы ролик имел на конце поверхность, содержащую конический элемент вращения, или усеченно-конический элемент вращения, или сферический сегмент, или цилиндрический элемент вращения.

Объектом изобретения, в соответствии со вторым аспектом, является также гидравлическая машина, содержащая профилированный кулачок и блок цилиндров, содержащий множество радиально расположенных цилиндров и множество систем описанного выше типа, причем каждая система помещена в цилиндр, а ролик может входить в контакт с профилированным кулачком.

Целесообразно, чтобы ролик находился в контакте с профилированным кулачком вне зависимости от рабочего режима гидравлической машины.

Объектом изобретения, в соответствии со вторым аспектом, является также способ изготовления поршня описанного выше типа, в соответствии с которым поршень изготавливают посредством приложения к формуемому материалу одноосной сжимающей силы, причем никакой другой силы к материалу не прикладывают.

Целесообразно, чтобы поршень изготавливали посредством спекания, штамповки, ковки в штампах или литья под давлением.

Целесообразно, чтобы был предусмотрен этап осевого сверления в пазу насквозь центрирующего элемента.

Объектом изобретения, в соответствии со вторым аспектом, является также способ сборки узла описанного выше типа с использованием способа изготовления описанного выше типа, содержащий этап, на котором заполняют седло вкладышем.

Целесообразно, чтобы вкладыш вставляли в поршень.

Целесообразно, чтобы вставление осуществляли с использованием запаса материала, имеющегося на дне углубления, в пазу, причем запасом материала является предпочтительно верхняя поверхность ступенчатой конструкции, описанной выше.

Целесообразно, чтобы вставление вкладыша осуществляли по его срезанным углам.

Согласно третьему аспекту

Объектом изобретения, в соответствии с третьим аспектом изобретения, является также поршень с роликом, выполненный с возможностью приема ролика и скольжения в цилиндре по оси скольжения, причем указанный поршень содержит:

- тело, имеющее направляющую поверхность,

- верхнюю часть, имеющую седловидное углубление по оси качения, выполненное с возможностью приема ролика, причем седло имеет расходящийся край, то есть закрывает угол меньше 180° по оси качения,

- по меньшей мере один центрирующий элемент, образующий осевой упор для ролика и выполненный с возможностью удержания осевого центрирования ролика в седле по оси качения,

причем указанный поршень отличается тем, что

тело, указанный по меньшей мере один центрирующий элемент и верхняя часть представляют собой единственную выполненную за одно целое деталь, причем

центрирующий элемент имеет паз и содержит штифт, помещенный в паз, причем указанный штифт имеет выступ внутрь углубления вдоль оси качения.

Изобретение может характеризоваться нижеследующими признаками, которые могут рассматриваться как по отдельности, так и в комбинации:

- штифт содержит палец и фрикционный элемент, причем палец выполнен с возможностью его вставления в паз,

- фрикционный элемент проходит по всей ширине углубления,

- фрикционный элемент проходит только по части ширины углубления, предпочтительно меньше, чем на 50% ширины углубления,

- палец выполнен с возможностью его вставления в паз, причем штифт и паз образуют соединение типа «ласточкин хвост»,

- указанный по меньшей мере один центрирующий элемент имеет на линии его продолжения по оси скольжения выступ в форме ушка,

- выступ в форме ушка имеет в сечении, ортогональном к оси качения, треугольную форму или форму дуги окружности,

- выступ в форме ушка имеет в сечении, в котором расположены ось скольжения и ось качения, треугольную форму или форму дуги окружности.

Объектом изобретения, в соответствии с третьим аспектом, является также узел, содержащий поршень описанного выше типа и вкладыш, выполненный с возможностью установки на дне углубления.

Целесообразно, чтобы вкладыш имел расходящийся край, то есть закрывал угол меньше 180° по оси качения, или сходящиеся края, то есть закрывал угол строго больше 180°.

Целесообразно, чтобы вкладыш имел по меньшей мере один срезанный угол.

Объектом изобретения, в соответствии с третьим аспектом, является также система, содержащая узел описанного выше типа и ролик, причем вкладыш выполнен с возможностью его вставления между дном углубления и указанным роликом для облегчения качения ролика в углублении.

Целесообразно, чтобы в ролике были сформированы располагающиеся ортогонально к оси качения плоский участок качения и плоский концевой участок в области осевого конца ролика, причем указанный плоский участок качения соответствует участку ролика, выполненному с возможностью качения по вкладышу, при этом площадь сечения указанного концевого участка меньше, чем у участка качения.

Целесообразно, чтобы ролик имел на конце поверхность, содержащую конический элемент вращения, или усеченно-конический элемент вращения, или сферический сегмент, или цилиндрический элемент вращения.

Объектом изобретения, в соответствии с третьим аспектом, является также гидравлическая машина, содержащая профилированный кулачок и блок цилиндров, содержащий множество радиально расположенных цилиндров и множество систем описанного выше типа, причем каждая система помещена в цилиндр, а ролик может входить в контакт с профилированным кулачком.

Целесообразно, чтобы ролик находился в контакте с профилированным кулачком вне зависимости от рабочего режима гидравлической машины.

Объектом изобретения, в соответствии с третьим аспектом, является также способ изготовления поршня описанного выше типа, за исключением штифта, в соответствии с которым поршень изготавливают посредством приложения к формуемому материалу одноосной сжимающей силы, причем никакой другой силы к материалу не прикладывают.

Целесообразно, чтобы поршень, за исключением штифта, изготавливали посредством спекания, штамповки, ковки в штампах или литья под давлением.

Объектом изобретения, в соответствии с третьим аспектом, является также способ сборки поршня описанного выше типа с использованием способа изготовления описанного выше типа, содержащий этап, на котором вставляют штифт в паз.

Объектом изобретения, в соответствии с третьим аспектом, является также способ сборки узла описанного выше типа с использованием способа сборки поршня описанного выше типа, содержащий этап, на котором заполняют седло вкладышем.

Целесообразно, чтобы вкладыш вставляли в поршень.

Целесообразно, чтобы вставление осуществляли вдоль центрирующего элемента, вне вершины выпуклости.

Целесообразно, чтобы вставление вкладыша осуществляли по его срезанным углам.

Краткое описание чертежей

Остальные признаки, цели и преимущества изобретения следуют из нижеследующего описания со ссылками на приложенные чертежи, приводимые в качестве примеров, не имеющих ограничительного характера, на которых:

- фиг. 1а и 1b (рассмотрены выше) иллюстрируют поршень, известный из предшествующего уровня техники, соответственно, в собранном положении и с пространственным разделением деталей перед сборкой,

- фиг. 1с (рассмотрена выше) иллюстрирует поршень, известный из предшествующего уровня техники,

- фиг. 2а и 2b представляют собой трехмерные изображения согласно одному из вариантов осуществления (с центрирующим элементом, не обязательно соответствующим изобретению),

- фиг. 3а и 3b представляют собой продольные разрезы по оси скольжения поршня с вкладышем и роликом для двух разных вариантов вкладыша,

- фиг. 4а-4е иллюстрируют различные формы ролика,

- фиг. 5a-5d иллюстрируют различные формы ушек центрирующего элемента,

- фиг. 6а-6с иллюстрируют несколько модификаций одного варианта осуществления центрирующего элемента,

- фиг. 7 представляет собой продольный разрезы поршня с роликом,

- фиг. 8a-8d иллюстрируют несколько модификаций другого варианта осуществления центрирующего элемента,

- фиг. 8e-8h представляют собой одно их дополнений к фиг. 8a-8d,

- фиг. 8i-8k представляют собой другое дополнение к фиг. 8a-8d,

- фиг. 9а, 9b, 9с иллюстрируют две модификации другого варианта осуществления центрирующего элемента,

- фиг. 10 иллюстрирует гидравлическую машину,

- фиг. 11а и 11b иллюстрируют один вариант осуществления вкладыша и соответствующего углубления,

- фиг. 12а иллюстрирует вариант осуществления вкладыша, выполненного с возможностью его вставления по его углам,

- фиг. 12b представляет собой вид в разрезе, иллюстрирующий вставление по фиг. 12а.

Осуществление изобретения

На фиг. 2а, 2b, 3а, 3b представлены различные варианты осуществления тела 110 поршня 1, при этом некоторые из конструкций, как показано на видах в сборе или с пространственным разделением деталей, содержат ролик 120 и вкладыш 140.

Тело 110 имеет направляющую поверхность 111, верхнюю часть 110а, имеющую седловидное углубление 112, и нижнюю часть 110b, находящуюся с противоположной стороны от верхней части 110а.

Направляющая поверхность 111 является цилиндрической, центрирована на продольной оси С-С' скольжения и является предпочтительно цилиндрической поверхностью вращения вокруг оси С-С'. Она обеспечивает направленное перемещение поршня 1 в дополнительном цилиндре 2 по оси С-С' скольжения, о чем уже было сказано выше.

Седловидное углубление 112 выполнено с возможностью приема ролика 120. Для этого углубление 112 предпочтительно выполняют в форме полуцилиндрической полости вращения вокруг оси R-R' качения, ортогональной к продольной оси С-С' скольжения и секущей по отношению к этой последней. Под словом «полуцилиндрическая» понимается форма, соответствующая половине или менее половины цилиндра.

Полуцилиндрическое седло закрывает угол меньше 180° по оси R-R' качения, так что он не смыкается. В этом случае говорят, что седло имеет расходящийся край. Угол δ, который меньше или равен 180°, определяет протяженность материала седла 112. Таким образом, угол свободного раскрытия превышает 180° по оси цилиндра, который может быть образован полуцилиндрическим седлом. Угол β, который является комплементарным к углу δ, образует собой угол, открытый наружу.

Оба эти угла образуются двумя прямыми, проходящими через ось R-R' вращения в сечении, ортогональном к этой оси.

Говоря другими словами, когда установлен ролик 120, верхняя часть 110а проходит вокруг ролика на угол меньше 180°.

Для обеспечения качения ролика 120 в седловидном углублении 112 в указанном углублении 112 между поршнем 1 и роликом 120 помещен вкладыш 140, благодаря чему трение ограничивается.

Наружный диаметр ролика 120 является комплементарным, если не считать требуемого зазора и вкладыша 140, к внутреннему диаметру полости, образующей углубление 112. Он входит в эту полость, образующую углубление 112, и вращается вокруг собственной оси в направлении по оси R-R' качения.

В соответствии с модификацией, показанной на фиг. 3а, поршень 1 сконструирован таким образом, чтобы ось R-R' качения ролика 120 была, по существу, параллельна верхней поверхности верхней части 110а. Говоря иначе, седло 112 имеет строго полуцилиндрическую форму и закрывает угол строго 180° вокруг ролика 120.

Что касается вкладыша 140, то он закрывает угол более 180°.

В соответствии с другой модификацией, представленной на фиг. 3b, поршень 1 сконструирован таким образом, чтобы ось R-R' качения ролика 120 проходила вне седла 112. Таким образом, форма седла 112 соответствует только части цилиндра вращения, причем эта часть меньше или строго меньше половины цилиндра.

Показанный на фиг. 3b вкладыш 140 закрывает угол 180° вокруг ролика 120 и, соответственно, проходит вне седла. Здесь формируется угол δ', который меньше или равен 180° и соответствует протяженности материала вкладыша 140.

Для вкладыша 140 установлены некоторые ограничения, обозначенные на фиг. 3b стрелкой, которые состоят в том, чтобы он не касался профилированного кулачка. Эти ограничения относятся, в основном, к его размерам (длине и толщине). Чем больше вкладыш отходит от углубления, тем ограничения накладываются на его толщину во избежание касания им профилированного кулачка.

В действительности в углублении 112 существуют ось качения, определяемая полуцилиндрической формой седла 112, и ось качения ролика 120, связанная с этим роликом 120 и определяемая его цилиндрической формой вращения. Когда ролик помещен в седло, эти две оси совпадают. Если выразиться не совсем точно, мы имеем здесь дело с единственной осью R-R' качения.

Можно провести различия между двумя общими вариантами. В соответствии с первым вариантом, вкладыш 140 не удерживает ролик 120 в углублении 112. Другими словами, вкладыш 140 имеет расходящийся край, а угол δ' меньше или равен 180°. Согласно второму варианту, вкладыш 140 удерживает ролик 120 в углублении 112. Другими словами, вкладыш 140 имеет сходящиеся края, а угол δ' строго больше 180°.

У ролика сформированы два осевых конца 120а, 120b, каждый из которых имеет поверхность S120 (см. фиг. 4a-4d). Эта поверхность S120 может иметь разные формы, о которых детально будет сказано ниже.

Кроме этого, можно выделить располагающийся ортогонально к оси R-R' качения плоский участок Sr качения, который имеет форму диска и соответствует части ролика 120, обязательно находящейся в контакте с вкладышем 140. Выделяют также концевой плоский участок Se, который соответствует участку ролика в области осевого конца 120а, 120b и тоже имеет форму диска, так как ролик 120 является телом вращения с точки зрения симметрии. Как будет показано ниже, концевой участок не обязательно находится в контакте с вкладышем 140. Участки представляют собой плоские поверхности. Любой концевой плоский участок не соответствует поверхности S120, которая не может быть плоской.

Аналогичным образом у вкладыша 40 выделяют зону 140а качения, на которой ролику 120 может быть придано движение качения (эта зона зависит от типа ролика 120). С другой стороны, в зависимости от формы вкладыша, некоторые зоны 140b не могут контактировать с роликом 120.

Вкладыш 140 состоит, как правило, из нескольких слоев материалов: первого металлического слоя из стали или медьсодержащего металла и второго слоя скольжения из какого-либо пригодного для этого материала типа фторсодержащего синтетического материала, при необходимости заполненного частицами медьсодержащего металла. Для получения нужного диаметра эти слои разрезают и гнут либо подвергают вальцовке.

Тело 110 содержит также по меньшей мере один центрирующий элемент 130, образующий упор для удержания центрирования ролика 120 в поршне 1, то есть воспрепятствования возникновению ситуации, когда ролик 120 мог бы выйти из углубления 112 в осевом направлении в результате поступательного перемещения вдоль оси R-R' качения по цилиндрической боковой поверхности тела. Центрирующие элементы 130 расположены в верхней части 110а в двух местах седловидного углубления 112, диаметрально противоположных относительно оси С-С' скольжения, что позволяет предотвратить поступательное перемещение ролика по оси R-R' качения.

Крайне желательно, чтобы поршень содержал два расположенных друг напротив друга центрирующих элемента 130.

Для ограничения трения о ролик 120 центрирующий элемент 130 выполнен, в соответствии с предпочтительным техническим решением, с такой формой, чтобы он входил в контакт только с частью каждой поверхности S120 осевого конца ролика 120. Речь идет о выпуклой форме, то есть такой, при которой все плоские концевые участки Se имеют площадь поверхности, строго меньшую, чем у плоского участка Sr качения.

Предпочтительно, чтобы поверхность контакта составляла меньше 50% от площади поверхности S120 конца ролика 120. Эту часть помещают на оси R-R' качения для ограничения момента сопротивления трения.

Под точечной опорой понимается опора между внутренней стороной центрирующих элементов 130 и поверхностью S120, образующей диск, площадь поверхности которого меньше 20% площади поверхности S120. Предпочтительно, чтобы круг, образуемый опорой, имел площадь поверхности меньше 10% площади поверхности S120, еще предпочтительнее - меньше 5%.

Под линейной опорой понимается опора между внутренней стороной S130 центрирующих элементов и поверхностью S120 3, образующей прямоугольник, площадь поверхности которого меньше 30% площади поверхности S120.

Другими словами, точечный контакт исключает наличие периферийной кромки осевого конца ролика 120. Как было сказано выше, предпочтительно, чтобы поверхность контакта (которой является концевой участок Se) представляла собой диск (из соображений симметрии), площадь поверхности которого меньше 50% площади поверхности участка Sr качения, предпочтительно 20%, еще предпочтительнее 10%, а еще предпочтительнее - 5%. Когда эта площадь поверхности достаточно мала (диск с практически нулевым радиусом), можно говорить о «точечном контакте».

Сказанное объясняется тем, что тангенциальная скорость ролика возрастает по мере удаления от центра. Силы трения, возникающие на наибольшем удалении от центра, способны генерировать более значительный момент сопротивления.

Тело 110, верхняя часть 110а и указанный по меньшей мере один центрирующий элемент 130 представляют собой единственную выполненную за одно целое деталь. Наружная поверхность центрирующих элементов 130 дополняет собой цилиндрическую форму поверхности 110 контакта, благодаря чему поршень образует, по сути, полный цилиндр, образующие которого параллельны оси С-С' скольжения. Предпочтительно, чтобы весь это узел образовывал собой цилиндр круглого сечения.

Существуют разные способы изготовления с использованием однонаправленной технологии, в частности спекания, ковки, литья, которые позволяют получать подобные детали, - они будут детально изложены ниже. Общим для всех этих способов является этап ударного воздействия или выемки из формы в единственном направлении. Благодаря наличию седла 112, имеющего расходящийся край (то есть с углом 6 меньше или равным 180°), применение таких способов становится возможным в случаях, когда ось С-С' скольжения ориентирована в направлении удара. Это означает, что любое сечение детали входит в предыдущее при приближении к выходному концу углубления 112. Иначе было бы невозможно произвести выемку детали из формы.

Благодаря использованию этих способов удается снизить затраты на изготовление деталей и упростить операции восстановления и машинной обработки.

Ниже при указании на рассмотренные выше технологии мы будем говорить о способе с использованием одноосного ударного воздействия.

Верхняя часть 110а и центрирующие элементы 130 могут проходить вдоль оси С-С' скольжения над седлом 112, так чтобы полость имела полуцилиндрическую часть в глубине цилиндрического отверстия, форма которого является прямоугольной в сечении, ортогональном к оси С-С' скольжения.

Закрытие седлом угла меньше 180° может привести к возникновению напряжения в области оси R-R' качения, которая может располагаться на краю углубления 112, поскольку трение имеет место вокруг оси R-R' качения. Между тем, это краевое трение чревато повреждением детали, а также появлением проблем с опорой для ролика 120 и прочностью материалов.

Учитывая сказанное, как видно на фиг. 5a-5d, предусмотрено, чтобы указанный по меньшей мере один центрирующий элемент 130 имел на линии его продолжения по оси С-С' скольжения выступ 132 в форме ушка. Этот выступ 132 идет вдоль оси С-С' скольжения за пределы конца углубления 112.

Следовательно, ось R-R' качения проходит через ушки 132 центрирующих элементов 130.

Ниже по тексту описания под контактом с центрирующим элементом 130 может пониматься контакт с выступом 132 в форме ушка центрирующего элемента 130.

Выступы 132 в форме ушка могу иметь разные формы.

В сечении, ортогональном к оси R-R' качения, выступ имеет треугольную форму, предпочтительно в виде равнобедренного треугольника (фиг. 5а), или же в виде дуги окружности (фиг. 5b). Назначение такой формы может быть разным: во-первых, добиться того, чтобы ушко 132 не заходило за ролик 120 (иначе оно могло бы задевать профилированный кулачок); во-вторых - ограничить потребность в дополнительном материале (по соображениям снижения веса и экономии).

В сечении, в котором расположены ось R-R' качения и ось С-С' скольжения, выступы в форме ушка имеют тоже треугольную форму (фиг. 5с) с наклонной гранью вращения или форму дуги окружности вращения (фиг. 5d).

Здесь расчет состоит в ограничении потребности в дополнительном материале путем максимального упрощения технологии изготовления. Эту форму можно получить, например, с помощью токарной обработки.

Говоря о выступе 132 в форме ушка и различных рассматриваемых ниже модификациях, следует напомнить, что эти формы должны быть выполнены за одно целое с телом 110 поршня с использованием технологии одноосного ударного воздействия.

Переходим к описанию нескольких вариантов осуществления формы центрирующего элемента. На фиг. 2а и 2b эти варианты осуществления центрирующего элемента проиллюстрированы не были.

Первый вариант осуществления

В соответствии с первым вариантом осуществления, представленным на фиг. 6а-6с, центрирующий элемент 130 имеет форму изгиба 131, 133.

Говоря точнее, имеется внутренняя поверхность S130, имеющая форму изгиба.

Для получения форм с использованием технологии одноосного ударного воздействия размеры изгиба должны быть одинаковыми по всему сечению, ортогональному к оси С-С' скольжения, или же, как минимум, возрастать по мере приближения к концу углубления 112.

Для надежного уменьшения трения изгиб должен быть центрирован на оси R-R' качения.

В соответствии с первой модификацией, иллюстрируемой на фиг. 6а, изгиб 131 проходит по всей ширине центрирующего элемента 130 и является вогнутым, то есть внутренняя поверхность S130 с изгибом ориентирована в сторону углубления 112.

Вогнутость может быть получена с помощью дуги окружности или какой-либо другой подобной формы.

При этом изгиб 131 может иметь форму, комплементарную к цилиндру вращения, так чтобы размеры были одинаковыми по всему сечению. В этом случае углубление 112 имеет в области своего осевого конца форму участка цилиндра вращения.

В соответствии с другим решением, изгиб 131 может представлять собой участок гиперболоида, так чтобы между двумя сечениями, следующими друг за другом по плоскости, ортогональной к оси С-С' скольжения, размеры изменялись, причем каждое сечение входило в предыдущее при движении в направлении наружу углубления 112. При этом углубление 112 приобретает в области своего осевого конца форму параболоида.

В соответствии со второй модификацией, показанной на фиг. 6b, изгиб 133 проходит по всей ширине центрирующего элемента 130 и является выпуклым, то есть внутренняя поверхность S130 с изгибом выступает в углубление 112.

Выпуклость может быть получена с помощью дуги окружности.

При этом изгиб 133 может представлять собой участок цилиндра вращения, так чтобы размеры были одинаковыми по всему сечению. В этом случае углубление 112 имеет в области своего осевого конца форму участка, комплементарного к цилиндру вращения.

В соответствии с другим решением, изгиб 133 может представлять собой участок параболоида, так чтобы между двумя сечениями размеры изменялись. При этом углубление 112 приобретает в области своего осевого конца форму гиперболоида.

Контакт с роликом 120 имеет место в области вершины выпуклости.

Для большей ясности следует уточнить, что, если внутренняя поверхность S130 с изгибом является выпуклой, то седловидное углубление 112 имеет вогнутую форму, и наоборот.

В соответствии с третьей модификацией, показанной на фиг. 6с, изгиб 139 проходит только по части ширины центрирующего элемента 130 и является выпуклым, то есть внутренняя поверхность S130 с изгибом 139 центрирующего элемента 130 ориентирована в сторону углубления 112, выдаваясь в сторону этого последнего. При использовании этой модификации ширина изгиба составляет меньше 50%, предпочтительно меньше 75% ширины центрирующего элемента 130.

Таким образом, изгиб создает бугорок, о который трется ролик 120 в области оси R-R' качения.

Кроме того, можно комбинировать эту третью модификацию с первой или второй.

Контакт с роликом 120 происходит в области вершины выпуклости.

В соответствии с этим первым вариантом осуществления, вкладыш 140 имеет особую форму, комплементарную к используемому изгибу.

Дело в том, что комплементарная форма вкладыша 140 может при этом упираться в изгиб 131 центрирующего элемента 130, что будет препятствовать приведению его во вращение роликом 120. Поэтому отпадает необходимость в специальных язычках, описанных в документе ЕР 2015/080375.

При использовании второй модификации рассматриваемого варианта осуществления зоны 140b отсутствия контакта с роликом 120 располагаются по углам углубления, как показано на фиг. 6b. Говоря точнее, если смотреть сверху, зона 140а контакта изображена в виде самого большого прямоугольника, вписанного в седловидное углубление 112, причем указанный прямоугольник отходит от поверхности S130 центрирующего элемента 130. Таким образом, зоны 140b оказываются расположенными по длине центрирующего элемента 130, за исключением отвесной линии вершины выпуклости.

При использовании третьей модификации этого варианта осуществления зоны 140b расположены тоже по углам, а зона 140а контакта на виде сверху выглядит как самый большой прямоугольник, вписанный в седловидное углубление 112, причем указанный прямоугольник отходит от поверхности S130 центрирующего элемента 130. Таким образом, зоны 140b оказываются расположенными по длине центрирующего элемента 130, за исключением отвесной линии вершины выпуклости.

В соответствии сданным первым вариантом осуществления, ролик 120 тоже имеет предпочтительно особую форму (см. фиг. 7 и рассмотренные ранее фиг. 4а-4d).

Говоря конкретнее, во избежание ситуации, когда контакт с центрирующим элементом 130 мог бы быть линейным, концевой участок Se ролика 120 выполнен с площадью поверхности, меньшей, чем у участка Sr качения ролика 120. Другими словами, концевая поверхность S120 имеет выпуклую форму.

Для проверки выполнения этого условия осевая концевая поверхность ролика может быть выполнена с усеченно-коническим элементом вращения (см. фиг. 4а, 4b и 7), или с коническим элементом вращения (фиг. 4с), или со сферическим сегментом (фиг. 4d), или с цилиндрическим элементом вращения (фиг. 4е). Усеченно-конический или конический элементы вращения могут образовывать угол от 45 до 90° относительно оси качения.

Чем меньше поверхность контакта, тем меньше будут силы трения. Тем не менее, в этих случаях могут играть роль и другие ограничивающие факторы (симметрия ролика, износ, сложность изготовления и пр.).

Переход от последнего участка качения к первому концевому участку может быть как сплошным, так и прерывистым (за исключением конца, например, с цилиндрическим элементом вращения, когда обязательно необходимо нарушение непрерывности, чтобы изменилась площадь поверхности участка Se, Sr).

В случае с выпуклым изгибом, то есть если этот изгиб образует собой выступ внутри углубления 112 (фиг. 6а и 6b), очевидно, что нет особых требований к углам или радиусам кривизны. Так, в частности, можно применить стандартный ролик (строго цилиндрической формы), благодаря чему создается линейный контакт. Для создания же точечного контакта предпочтительней использовать ролик с выпуклой концевой поверхностью S120.

Напротив, когда используется вогнутая форма, как в случае с описанной выше первой модификацией (фиг. 6а), надо быть уверенными в том, что концевой участок Se имеет достаточно малую площадь поверхности для того, чтобы не было контакта с поддерживающим элементом 130 в каком-либо ином месте, нежели область вокруг оси R-R' качения. Таким образом, при использовании этой модификации получают точечный контакт.

Так, например, в случае центрирующего элемента 130 с изгибом в виде дуги окружности и с роликом 112, конец которого имеет вид сферического сегмента, радиус кривизны сферического сегмента должен быть меньше радиуса кривизны изгиба центрирующего элемента 130.

Второй вариант осуществления

В соответствии со вторым вариантом осуществления, представленным на фиг. 8а, 8b, 8с и 8d, центрирующий элемент 130 имеет по меньшей мере один прорезанный паз 134, находящийся вне оси R-R' качения.

Таким образом, в противоположность пазам, о которых говорится в документе ЕР 2015/080375, уменьшается трение, поскольку имеют место меньшие контакты на периферийном венце ролика 120 вокруг оси R-R' качения.

Прорезанный паз 134 проходит по вей высоте центрирующего элемента 130, что обеспечивает возможность вхождения в него язычка 142, предусмотренного во вкладыше 140 (см. фиг. 8b). Благодаря этому язычку 142 предотвращается приведение вкладыша 140 во вращение роликом 120. Паз 134 расположен не напротив оси R-R' вращения ролика.

В соответствии с одной из модификаций, паз 134 центрирующего элемента 130, находящегося напротив, расположен с другой стороны от оси качения.

В соответствии с другой модификацией, в центрирующем элементе 130 выполнены два прорезанных паза по обе стороны от оси R-R' качения.

Можно предусмотреть и большее количество пазов 134.

Благодаря наличию целого ряда пазов удается обеспечить более надежное удержание вкладыша 140 в нужном положении.

В соответствии с еще одной модификацией, центрирующий элемент 130 имеет выпуклый изгиб 139 рассмотренного типа применительно к третьей модификации первого варианта осуществления. Как показано на фиг. 8 с и 8d, поверхность S130, имеющая форму изгиба 139, находится между двумя прорезанными пазами 134, расположенными на центрирующем элементе 130.

В соответствии со следующей модификацией, центрирующий элемент 130 имеет выпуклый изгиб 139 рассмотренного типа для первой модификации первого варианта осуществления. Таким образом, поверхность S130, имеющая форму изгиба, расположена по всей ширине центрирующего элемента 130.

Как и в случае с первым вариантом осуществления, концевой участок ролика 120 имеет площадь сечения меньше, чем у участка качения, что позволяет уменьшить трение. Здесь можно сослаться на уже описанное выше.

Для удержания вкладыша 140 на дне седла можно использовать различные методы вставления. На фиг. 8е (чертеж выполнен не в масштабе, с изображением только одного язычка в пазу), 8f и 8g (язычок и верхняя поверхность показаны в увеличенном масштабе) иллюстрируются, соответственно, вид в разрезе ортогонально к оси R-R' качения и вид сверху пазов 134. Для облегчения вставления в дне этих пазов предусмотрена ступенчатая конструкция 135 в направлении С-С скольжения с расположенными рядом нижней поверхностью 135а и верхней поверхностью 135b, благодаря чему паз 134 является неплоским. Здесь язычок 142 устанавливается на нижней поверхности 135а, при этом, пользуясь соответствующим ударным инструментом, вставляют язычок 142 с помощью материала верхней поверхности 135b (фиг. 8h и 8g, где штриховкой показано состоянии по окончании операции вставления). Таким образом, толщина язычка 142 должна быть меньше разности уровней ступенчатой конструкции между двумя поверхностями 135а, 135b.

Таким образом, если не считать места, где находится язычок, ширина паза 134 больше ширины язычка 142.

Что касается сборки, то можно либо установить вкладыш 140 и после него ролик 120 и выполнить закрепление, проводя инструменты через паз 134, либо установит вкладыш 140, закрепить его и потом установить ролик 120. Если вкладыш 140 охватывает ролик 120 на угол больше 180° с целью его удержания, то ролик 120 может быть вставлен с усилием благодаря упругости.

В соответствии с другим решением, вставление осуществляют посредством выдавливания материала паза. Соответственно, ступенчатая конструкция в этом случае не нужна.

На фиг. 8i, 8j и 8k представлена другая модификация операции удержания вкладыша 140. В центрирующем элементе 130, внутри пазов 134, выполняют осевое просверленное отверстие 137. Это просверленное отверстие, по существу, параллельно оси R-R' вращения (на фиг. 8i показано пунктиром) и служит для формирования детали жесткости, внутри которой может фиксироваться язычок 142. Для этого предусмотрено, чтобы просверленное отверстие 137 находилось на уровне дна углубления 112.

При использовании этой модификации длина язычка 142 больше длины паза 134 (см. фиг. 8к). Предпочтительно, чтобы на каждый паз 134 было выполнено по одному просверленному отверстию 137.

Для двух располагающихся напротив друг друга пазов 134 можно проводить лишь одну операцию просверливания.

Как показано на фиг. 8j, после выполнения просверленных отверстий вставляют вкладыш 140, язычки 142 которого претерпевают в пазах 134 упругую деформацию, вследствие чего сразу после того, как они дошли до дна углубления 112, эти язычки 142 расправляются в соответствующем просверленном отверстии 137. Если имеет место деформация неупругого типа, то язычок 142 можно вставить или отогнуть с помощью пробойника.

Кроме того, выполняют просверленное отверстие в дне углубления вдоль оси, параллельной оси R-R' качения. Это просверленное отверстие позволяет вставлять язычок для вкладыша и ограничивать линейный контакт в случае со стандартным роликом, поскольку просверленное отверстие находится на вершине выпуклости.

Третий вариант осуществления

В соответствии с третьим вариантом осуществления, представленным на фиг. 9а, центрирующий элемент 130 имеет паз 136, предпочтительно с центром на оси R-R' качения, и содержит штифт 138 (фиг. 9b), помещенный в паз 136. В соответствии с другим решением, паз 136 не центрирован.

Указанный штифт 138 состоит из пальца 138а, выполненного с возможностью вставления в паз 136, и фрикционного элемента 138b, выступающего внутрь углубления 112 по оси R-R' качения, что позволяет ему входить в контакт с роликом 120.

Для ограничения трения можно предусмотреть соответствующие изменения геометрии фрикционного элемента 138b и/или ролика 120. В случае ролика с концевым участком Se, имеющим площадь сечения меньше таковой для участка Sr качения, описанного при рассмотрении первого варианта осуществления, может подойти прямой штифт.

В других ситуациях штифт может иметь поверхность, изогнутую внутрь углубления 112. В этом случае подходит стандартный ролик цилиндрической формы вращения.

Если требуется увеличение трения, то для штифта 138, а точнее фрикционного элемента 138b, можно применить фрикционный материал типа бонзы или пластика. Такой материал может иметь вид шарика, прикрепленного к штифту.

Фрикционный элемент 138b занимает либо всю (или практически всю) ширину углубления 112, либо только ее часть. Под выражением «только часть» имеется в виду величина меньше 50% ширины углубления 112.

Для более надежного удержания штифта 138 в пазу 136 эти два элемента могут образовывать соединение типа «ласточкина хвоста», как показано на фиг. 9с. Палец 138а имеет форму шипа, который скользит в пазу 136 параллельно оси С-С' скольжения.

Кроме того, для того чтобы штифт 138 удерживался в пазу 134 вдоль оси С-С' скольжения, можно после ввода штифта выполнить операцию его закрепления. Для этого верхнюю поверхность штифта 138 располагают на расстоянии 1-3 мм ниже части верхней поверхности поршня в месте закрепления.

Гидравлическая машина с неубирающимися поршнями

Рассмотренные выше поршни находят применение, в частности, в гидравлических машинах М0 описанного во вводной части типа, в которых ролик постоянно контактирует с профилированным кулачком М1 (см. фиг. 10). Говоря иначе, независимо от того, работает ли машина или стоит, включена она или выключена, ролик 120 касается профилированного кулачка.

Эти машины содержат блок цилиндров М3, в котором в радиальном направлении установлено множество цилиндров М2, в каждом из которых скользит соответствующий поршень 1, когда ролик 120 катится по профилированному кулачку М1. Блок цилиндров М3 приводит во вращение приводной вал М4.

Для удержания роликов 120 на кулачке М1 обычно монтируют под поршнями пружины, опирающиеся на блок цилиндров и на нижнюю часть 110b поршня 110.

При необходимости эти машины выполняют в таких случаях расцепляемыми или отсоединяемыми в области расположения приводного вала.

Таким образом, при использовании этого варианта осуществления нет необходимости в том, чтобы вкладыш 140 удерживал в радиальном направлении, то есть в направлении скольжения С-С', ролик внутри седла 112.

Гидравлическая машина с убирающимися поршнями

Рассмотренные выше поршни тоже находят применение в гидравлических машинах описанного во вводной части типа, но в которых поршень втягивается в связанный с ним цилиндр. В этих случаях предусматривают специальную систему М5 регулирования давления в картере. В отсутствие подаваемого а поршни давления и при наличии давления в картере поршни втягиваются в цилиндр, в результате чего происходят отсоединение и прекращение работы гидравлической машины. Аналогичным образом, можно предусмотреть возвратные пружины для отвода поршней обратно в соответствующий цилиндр. Возможно совместное использование обоих методов.

При этом ролик 120 должен удерживаться в седловидном углублении 112, чтобы он не упал в машину. Для этого помещают в углубление 112 вкладыш 140, который закрывает угол больше 180° вокруг этого углубления. Когда ролик 120 помещен в углубление 112, вкладыш закрывает угол больше 180° вокруг ролика, вследствие чего тот удерживается в радиальном направлении. Благодаря деформации металла в поршне формируются средства крепления вкладыша 140. Этот вкладыш входит в поршень под действием упругих сил. В соответствии с другим решением, его можно вводить перед ударным воздействием на средства 118. Ролик входит во вкладыш благодаря упругой деформации этого последнего, после чего удерживается в этом положении.

Способ изготовления

Здесь можно сослаться на документ ЕР 2015/080375 и на его разделы, касающиеся спекания, штамповки, ковки в штампах и литья под давлением, характеристики которых распространяются и на настоящее изобретение.

И действительно, возможность изготовления используемого здесь поршня с помощью этих различных технологий известна специалистам.

Таким образом, используют формовочное оборудование, включающее в себя по меньшей мере два элемента, совершающих поступательное перемещение относительно друг друга, с целью воздействия на формуемый материал одноосной сжимающей силой. При этом к материалу не прикладывают никакой другой силы и ему не придают движение в другом направлении.

Способ сборки

По завершении способа изготовления выполняют этап вставления вкладыша, то есть помещают это вкладыш в седловидное углубление.

Для его закрепления используют различные описанные в данном документе возможности, и в частности, касающиеся его закрепления.

Дополнительные меры

В теле 110 выполнен паз (или периферийная кольцевая канавка) 150, располагающийся предпочтительно в области нижней части 110b (см. например, фиг. 2а и 2b). Это паз 150 выполнен с возможностью приема уплотнительного кольца (на чертежах не показано, его обычно называют «сегментом»), которое может покоиться с возможностью скольжения на внутренней поверхности соответствующего цилиндра, разделяя тем самым цилиндр 2 на две части после установки поршня.

Тело 110 поршня 1 может иметь постоянный диаметр по всей своей длине вдоль оси С-С' скольжения за пределами седла 112 и вышеупомянутого паза 150 (см., например, фиг. 3а).

Оно может также иметь изменяющийся диаметр. Так, диаметр тела 110 в области нижней части 110b, как правило, ниже периферийного паза 150, может быть меньше диаметра выше периферийного паза 150, то есть в направлении верхней части 110а. В результате верхняя часть тела 119 в области ниже паза 150, которая является более хрупкой, не контактирует с цилиндром 2.

Такая сужающаяся форма может быть получена с использованием ранее описанных технологий (см. выше).

Кроме того, форма тела 110 поршня 1 может быть также сужена по осевым концам вдоль оси С-С' скольжения поршня 1, в верхней части 110а и нижней части 110b, с целью оптимизации сил давления в процессе работы (на чертежах не показано).

Вариант осуществления углубления с утолщением

Как показано на фиг. 11а и 11b, данный вариант осуществления представляет собой измененное исполнение формы углубления 112 и вкладыша 140. По четырем углам, образующим углубление 112, когда оно достигает плоскости, ортогональной к оси С-С' скольжения, верхняя часть 110 имеет по меньшей мере одно утолщение 118, ориентированный внутрь углубления 112. Говоря точнее, углубление 112 имеет полуцилиндрическую форму, причем на протяжении некоторой осевой длины (по оси R-R'), находящейся вблизи одного из концов, радиус полуцилиндра выполнен меньшим, так чтобы элемент жесткости (утолщение 118) проходил от верхней части 110а внутрь углубления 112. Кроме того, важно, чтобы утолщение 118 не нависало консольно над углублением 11, так как в противном случае угол раскрытия не был бы постоянно больше 180°. Поэтому на центрирующих элементах 130 утолщение 118 не предусматривается.

Уменьшение этого диаметра предусматривают только в верхней части углубления 112, то есть на его дне, при этом радиус является постоянным по всей осевой длине углубления 112.

Предпочтительно, в общей сложности насчитывается четыре утолщения 118, каждое из которых расположено вблизи одного из четырех углов (фиг. 11b).

В дополнение к сказанному для обеспечения возможности установки вкладыша 140 вблизи от каждого его угла, по двум противоположным сторонам, выполнен паз 144, образующий собой углубление, причем каждый паз обеспечивает установку вкладыша 140 в области утолщений 118 (фиг. 11b). Другое решение касается просто толщины вкладыша, которая выполняется меньшей в области утолщений 118.

До установки вкладыша 140 он имеет, по существу, прямоугольную форму. На каждой из двух противоположных поверхностей выполнены две прорези, проходящие в сторону другой противоположной поверхности. Исходя из соображений симметрии, каждый из двух пазов выполнен на одинаковом расстоянии от соответствующей ближайшей кромки.

Толщина утолщений 118 меньше толщины вкладыша 120, что сделано для предотвращения опасности трения о ролик 120.

Утолщения 118 формируют перед установкой вкладыша 140. Предпочтительно, чтобы их получали с использованием технологии одноосного изготовления поршня 110.

Для поршня 1 могут быть предусмотрены запасы 117 материала в области кроки углубления 112. Благодаря этому после установки вкладыша 140 удается выполнить его закрепление с помощью пробойника с использованием каждого запаса материала, который, деформируясь, охватывает собой конец вкладыша 140 и фиксирует его в углублении 112 (фиг. 12b). Такая методика особенно пригодна для жестких вкладышей 140. Она позволяет получить поршень 1 в сборе, то есть вместе с сегментом и вкладышем, для которых не предусмотрена возможность съема. Такой поршень полностью готов к эксплуатации.

Вкладыш 140 может быть выполнен по меньшей мере с одним срезанным углом 141, что позволяет высвободить пространство для того, чтобы материал, вытесняемый в ходе операции вставления, мог заблокировать вкладыш 140 без выхода при этом запасов 117 материала за пределы углубления 112. Предпочтительно, чтобы для лучшего удержания вкладыша были срезаны все четыре угла. Предпочтительно также, чтобы необходимый для вставления срезанный угол 141 находился на 1-3 мм ниже части верхней поверхности поршня в месте вставления. Предпочтительно, чтобы срезанный угол 141 располагался в плоскости, перпендикулярной к оси С-С' скольжения и проходящей, по существу, в области оси R-R'.

Эта модификация применима ко всем вариантам осуществления, рассмотренным в настоящем описании.

Благодаря этим срезанным углам 141 (фиг. 12а) удается, в частности, устанавливать вкладыш 140 со сходящимися краями, то есть закрывающий угол δ' больше 180° вокруг углубления 112, удерживая его в то же время в поршне с использованием легкодоступного средства закрепления.

В порядке альтернативы или дополнения можно предусмотреть, чтобы вставление осуществлялось по краю вкладыша 140, находящемуся в контакте с центрирующим элементом 130. В этом случае, если исходить из эксплуатационных соображений, следует предпочесть вставление в неконтактных зонах 140b вкладыша 140, что будет практически соответствовать его углам. Если окажется, что единственный используемый ролик 120 является достаточно выпуклым, то вставление может производиться в любом месте вкладыша вдоль центрирующего элемента 130.

На фиг. 12а вкладыш 140 показан для простоты таким, что он не обязательно должен иметь форму, комплементарную к форме центрирующего элемента 130, как было продемонстрировано применительно к рассмотренным ранее вариантам осуществления.

При этом фиг. 12b может представлять собой вид в разрезе в области срезанных углов.

По всему тексту описания плоская поверхность не может быть определена ни как выпуклая, ни как вогнутая. Соответственно, ее следует считать «строго выпуклой» или «строго вогнутой».

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к радиально-поршневым гидромашинам. Поршень (1) с роликом (120) выполнен с возможностью приема ролика (120) и скольжения в цилиндре (2) по оси (С-С') скольжения. Поршень (1) содержит тело (110), имеющее направляющую поверхность (111), верхнюю часть (110а), имеющую седловидное углубление (112) по оси (R-R') качения, выполненное с возможностью приема ролика (120). Седло (112) имеет расходящийся край, то есть закрывает угол меньше 180° по оси (R-R') качения, по меньшей мере один центрирующий элемент (130), образующий осевой упор для ролика (120) и выполненный с возможностью удержания осевого центрирования ролика (120) в седле (112) по оси (R-R') качения. В поршне (1) в теле (110) указанный по меньшей мере один центрирующий элемент (130) и верхняя часть (110а) представляют собой единственную выполненную за одно целое деталь, причем центрирующий элемент (130) имеет такую форму или снабжен такими средствами, чтобы ограничить поверхность контакта с роликом. Изобретение позволяет усовершенствовать процесс изготовления и использования. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 39 ил.

1. Узел, содержащий поршень (1) с роликом (120), выполненный с возможностью приема ролика (120) и скольжения в цилиндре (2) по оси (С-С') скольжения, причем указанный поршень (1) содержит:

- тело (110), имеющее направляющую поверхность (111),

- верхнюю часть (110а), имеющую седловидное углубление (112) по оси (R-R') качения, выполненное с возможностью приема ролика (120), причем седло (112) имеет расходящийся край, то есть закрывает угол меньше 180° по оси (R-R') качения,

- по меньшей мере один центрирующий элемент (130), образующий осевой упор для ролика (120) и выполненный с возможностью удержания осевого центрирования ролика (120) в седле (112) по оси (R-R') качения, при этом

тело (110), указанный по меньшей мере один центрирующий элемент (130) и верхняя часть (110а) представляют собой единственную выполненную за одно целое деталь, причем

центрирующий элемент (130) имеет изгиб (131, 133, 139) для вхождения в контакт только с частью поверхности (S120) осевого конца (120а, 120b) ролика (120), причем указанная часть расположена по меньшей мере на оси (R-R') качения ролика (120), ограничивая момент сопротивления трения;

при этом указанный узел также содержит вкладыш (140), выполненный с возможностью установки на дне углубления (112) и имеющий форму, комплементарную к форме изгиба, чтобы блокировать его вращение по оси (R-R') вращения посредством изгиба центрирующего элемента (130).

2. Узел по п. 1, в котором по всему сечению, ортогональному к оси (С-С') скольжения, размеры изгиба центрирующего элемента (130) являются одинаковыми.

3. Узел по п. 1 или 2, в котором изгиб (131) является вогнутым, предпочтительно в виде дуги окружности.

4. Узел по п. 1 или 2, в котором изгиб является выпуклым (133, 139), предпочтительно в виде дуги окружности, образуя, таким образом, выступ внутрь углубления (112).

5. Узел по любому из пп. 1-4, в котором изгиб (133) проходит по всей ширине центрирующего элемента (130).

6. Узел по любому из пп. 1, 2 и 4, в котором изгиб выступает внутрь углубления (112) и проходит только по части указанной ширины центрирующего элемента (130), предпочтительно менее чем на 50%, еще предпочтительнее - менее, чем на 75%.

7. Узел по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный по меньшей мере один центрирующий элемент (130) имеет на линии его продолжения по оси (С-С') скольжения выступ в форме ушка.

8. Узел по п. 7, в котором выступ имеет в сечении, ортогональном к оси (R-R') качения, треугольную форму или форму дуги окружности.

9. Узел по п. 7 или 8, в котором выступ имеет в сечении, в котором расположены ось (С-С') скольжения и ось (R-R') качения, треугольную форму или форму дуги окружности.

10. Узел по п. 1, в котором вкладыш имеет расходящийся край, то есть закрывает угол меньше 180° по оси (R-R') качения, или сходящиеся края, то есть закрывает угол строго больше 180°.

11. Узел по п. 1, в котором вкладыш (140) имеет по меньшей мере один срезанный угол (141).

12. Система, содержащая узел по п. 1 и ролик (120), причем вкладыш выполнен с возможностью его вставления между дном углубления (112) и указанным роликом (120) для облегчения качения ролика (120) в углублении (112).

13. Система по п. 12, в которой в ролике сформированы располагающиеся ортогонально к оси (R-R') качения плоский участок качения и плоский концевой участок в области осевого конца ролика (120),

причем указанный участок качения соответствует участку ролика, выполненному с возможностью качения по вкладышу (140),

при этом площадь сечения указанного концевого участка (Se) меньше, чем у участка (Sr) качения.

14. Система по п. 12, в которой ролик имеет на конце поверхность (S120), содержащую конический элемент вращения, или усеченно-конический элемент вращения, или сферический сегмент, или цилиндрический элемент вращения.

15. Гидравлическая машина (М0), содержащая профилированный кулачок (М1) и блок цилиндров (М3), содержащий множество радиально расположенных цилиндров (М2) и множество систем по любому из пп. 12-14, причем каждая система помещена в цилиндр (М2), и предусмотрена возможность вхождения ролика (120) в контакт с профилированным кулачком (М1).

16. Способ изготовления узла по п. 1, в котором поршень изготавливают посредством приложения к формуемому материалу одноосной сжимающей силы, причем никакой другой силы к материалу не прикладывают.

17. Способ изготовления по п. 16, в котором поршень изготавливают посредством спекания, штамповки, ковки в штампах или литья под давлением.

18. Способ сборки узла по п. 1 с использованием способа изготовления по любому из пп. 16-17, содержащий этап, на котором заполняют седло вкладышем (140).

19. Способ сборки по п. 18, в котором вкладыш вставляют в поршень.

20. Способ сборки по п. 19 для узла по пп. 4-6, в котором вставление осуществляют вдоль центрирующего элемента (130), вне вершины выпуклости.

21. Способ сборки по п. 20 для узла по п. 11, в котором вставление вкладыша осуществляют по его срезанным углам.