1、CrSiNCrSiN薄膜涂層對提高液壓活塞薄膜涂層對提高液壓活塞泵低轉速扭矩效率的影響泵低轉速扭矩效率的影響匯報人：安惠匯報人：安惠摘要摘要 在電液執行機構中僅在需要直接補償輸入命令和輸出位置的控制誤差工況時用液壓泵。此時動作不穩定且不連續，這就使泵內部零件潤滑不良。軸向柱塞泵的鋼基缸筒在軟配流盤上旋轉，其接觸是滑動接觸。這些部件間不穩定的潤滑會引起配流盤的快速磨損。在這項研究中，為了改善低速、混合潤滑條件下缸筒與配流盤的摩擦的接觸表面，即在缸筒表面沉積CrSiN薄膜。與原來的沒有鍍層的缸筒比較，鍍CrSiN薄膜層的缸筒表現出很低的摩擦系數和低的配流盤磨損系數。此外，沒有鍍膜的缸筒摩擦系數會隨

2、負載的增大而增大，而鍍CrSiN薄膜的缸筒摩擦系數幾乎不受負載影響。如果這些優勢表現為測試泵的轉矩效率，則在輸出壓力300bar，轉速為100rpm工況下其效率可提高1.3% 多。與鍍CrSiN薄膜層的缸筒配合的配流盤的磨損率可以忽略不計。123斜軸式軸向斜軸式軸向柱塞泵電液柱塞泵電液執行機構基執行機構基本結構本結構影響配流盤影響配流盤上摩擦扭矩上摩擦扭矩的重要因素的重要因素進行實驗進行實驗及其結果及其結果與討論與討論基本思路基本思路圖圖1 1 帶有斜軸式軸向柱塞泵的電液執行機構基本結構帶有斜軸式軸向柱塞泵的電液執行機構基本結構123斜軸式軸向斜軸式軸向柱塞泵電液柱塞泵電液執行機構基執行機構基

3、本結構本結構影響配流盤影響配流盤上摩擦扭矩上摩擦扭矩的重要因素的重要因素進行實驗進行實驗及其結果及其結果與討論與討論基本思路基本思路 1)1()1(T1fpcviNiPcvFrPAr N N 活塞的總數 P Pi i 每個油缸室的壓力 r rc c 油缸室壓力的力矩臂 v摩擦系數iNiPPPAF1pA油缸室壓力活塞的工作區 平衡系數123斜軸式軸向斜軸式軸向柱塞泵電液柱塞泵電液執行機構基執行機構基本結構本結構影響配流盤影響配流盤上摩擦扭矩上摩擦扭矩的重要因素的重要因素進行實驗進行實驗及其結果及其結果與討論與討論基本思路基本思路實驗儀器實驗儀器測試原理圖測試原理圖實驗條件實驗條件實驗結果實驗結果

4、實實 驗驗 分分 析析圖2 實驗所用缸筒和配流盤尺寸實驗儀器實驗儀器測試原理圖測試原理圖實驗條件實驗條件實驗結果實驗結果實實 驗驗 分分 析析圖3 摩擦磨損測試原理圖實驗儀器實驗儀器測試原理圖測試原理圖實驗條件實驗條件實驗結果實驗結果實實 驗驗 分分 析析 實驗條件實驗條件 I I IIII 缸筒缸筒材料和表面處理材料和表面處理條件條件 AISI 4340, AISI 4340, 滲氮處理滲氮處理 AISI 4340 AISI 4340，滲氮，滲氮 及鍍及鍍CrSiNCrSiN鍍層鍍層 H Hv v 614.5 614.5 2218 2218Ra(Ra(m)m)實驗前實驗前 0.114 0.1

5、14 0.083 0.083 配流盤配流盤 材料材料 青銅青銅 青銅青銅 H Hv v 123.5 123.5 123.5 123.5Ra(Ra(m)m)實驗前實驗前 0.068 0.068 0.073 0.073實驗條件實驗條件實驗儀器實驗儀器測試原理圖測試原理圖實驗條件實驗條件實驗結果實驗結果實實 驗驗 分分 析析 由圖可知在轉速100rpm到800rpm范圍內，中的摩擦系數都不到I的1/2且I中的摩擦系數隨負載變化而變化，而的摩擦系數幾乎不受負載影響。 根據式（1)計算出缸筒與配流盤的摩擦轉矩，其中，摩擦系數由實驗確定，缸室壓力Pi也可測得如圖5。如圖5所示，當出口壓力為100bars旋

6、轉速度為50rpm時，Pi是圖4 摩擦系數的測量圖5 隨旋轉角的變化油缸室壓力的變化范圍軸旋轉角s的函數。因為活塞泵的活塞數目是5，隨著泵軸旋轉缸室依次移相位角72。所以由式（1）確定的摩擦轉矩也會按72為周期變化。利用圖4的數據根據式（1)用計算機計算的摩擦轉矩如圖6所示。圖6 配流盤摩擦轉矩的計算值(p=100 bars, s=50 rpm).以上求得，中的摩擦轉矩平均值為0.142 Nm而中的摩擦轉矩平均值為0.078 Nm。 在這項研究中，把通過鍍CrSiN膜而提高的轉矩效率定義為 未鍍膜的鍍膜的)100( -)100(fbiifbiitTTTTTTTT此處Ti和Tb分別表示軸承的理想力矩和摩擦力矩。而活塞的摩擦力矩因為比配流盤的小很多所以忽略不計。 理想的輸入轉矩可以表示為lpiPDT此處Dp表示泵的體積排量。 軸齒輪的摩擦力矩是通過摩擦測定儀測量的，如圖7所示。此處，缸筒和配流盤用一個軸承的內外圈代替。 圖7 軸齒輪的摩擦轉矩 圖8描述了在輸出壓力為100bar到300bar、軸轉速為50rpm到500rpm范圍內 的變化范圍。隨著出口壓力的增大和轉速的降低，鍍CrSiN膜的優勢也越來越顯著。因此可以說CrSiN鍍膜顯著提高泵在低速高負載工況下的效率。這也是它應用于電液執行機構的重要