Применение металлов в конструкциях гидравлических устройств

Наглядным примером ограничения при выборе материала является разница в величине коэффициентов термического расширения двух металлов, например стали и алюминия. Если плунжер диаметром 51 мм должен работать в гидроцилиндре без уплотнения, то при комнатной температуре радиальный зазор должен составлять 12 мк при утечках в 25 см3 и длине плунжера 254 мм. При рабочей температуре системы 70° С стальной плунжер в алюминиевой гильзе будет иметь зазор 38 мк, а вязкость жидкости снизится в 4 раза, что в целом увеличит утечки более чем в 100 раз. То же сочетание материалов при температуре на 10° С ниже расчетной приводит к заклиниванию плунжера даже при идеальной обработке поверхности обеих пар.

При подборе зазоров из расчета работы при максимальной температуре и противоположном сочетании материалов (алюминиевый плунжер и стальная втулка) влияние увеличения зазоров при более низкой температуре компенсируется увеличением вязкости жидкости. Такое сочетание материалов уменьшает утечки на всем диапазоне рабочих температур и уничтожает опасность заедания плунжера при отрицательной температуре. Если причиной повышения температуры является быстрое перемещение поршня или резкая подача горячего масла, то заедание может возникнуть из-за нагрева плунжера. Даже при применении в сходных рабочих условиях материалов с одинаковыми коэффициентами термического расширения во время работы золотниковых пар все-таки могут возникнуть серьезные дефекты, вызванные тем, что в момент начала работы или при остановке плунжер и шток находятся при различных температурах. Разница в температурах нагрева плунжера и штока может также возникнуть вследствие различных условий окружающей среды.

Изменение структуры стали в процессе эксплуатации может создать значительную деформацию. В связи с этим в случае применения закаленных сталей необходима полная стабилизация перед чистовой механической обработкой, поэтому для изготовления деталей по высшему классу точности пригодно только очень небольшое число сортов стали.

При умеренных напряжениях и допусках более 1 мк/мм в гидромашиностроении применяются нормы и стандарты общего машиностроения. Однако наиболее ответственные детали гидросистемы требуют обработки по более высокому классу точности. Втулки золотников и поршней, блоки цилиндров насосов и плунжеры, поршни, кулачковые шайбы и золотники обычно имеют посадки по высшему классу точности и должны обрабатываться до зеркальной чистоты и высшей твердости, чтобы выдержать высокие напряжения и абразивный износ, характерные для гидравлических машин. Ниже рассматриваются типичные конструкционные материалы гидравлических механизмов.