轴向柱塞泵平面配流副润滑特性及其参数优化

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1、摘要摘要轴向柱塞泵由于结构紧凑、功率密度大、寿命长等独特优点在流体动力领域得到了广泛应用。然而，过度磨损和内泄漏严重影响柱塞泵的寿命与容积效率，这取决于泵内三对关键摩擦副的运行状况，尤其是各运动摩擦副建立的润滑油膜的特性。油膜对柱塞泵性能十分重要且机理复杂，它是流体传动与控制相关研究的热点与难点。因此本学位论文研究关键摩擦副之一的配流副的油膜特性，为轴向柱塞泵的创新设计提供一定的理论参考。本学位论文在仿真与试验分析油膜成型特性的基础上，提出了一种配流盘密封带油膜形态的算法。该算法用一组试验膜厚值代替油膜方程数值

2、求解中的节点值进行计算，计算结果可用来预测配流副楔形油膜的分布规律。为了获得准确的配流副泄漏量，提出了楔形膜配流副泄漏的数学模型。这一模型考虑了缸体倾侧和配流盘结构对密封缝隙层流的影响，将楔形油膜参数化，以建立油膜形态与泄漏量之间的对应关系。不同配流副结构和工况下的仿真和试验结果对比表明，油膜厚度20“m时配流副占总泄漏约35％，基本能满足三类关键摩擦间泄漏分配的要求；油膜厚度在5～15gm时油膜稳定性好，可作为配流副间隙合适的范围。静、动态泄漏仿真与试验结果基本吻合，由此可知本文提出的泄漏模型对配流副泄漏特性

3、的描述正确，计算结果为柱塞泵内泄漏的最优分配比提供了参考。论文首次在配流副结构优化中加入润滑油膜特性参数的约束条件，可成为柱塞泵优化设计的重要组成部分。相比于以往未考虑润滑油膜的优化设计研究，本文的优化计算结果除了满足配流副正常工作的必要条件外，理论计算可以使配流副泄漏减小、油膜刚度增大，从而提高轴向柱塞泵的容积效率与寿命。第一章，介绍了轴向柱塞泵的优势与当前的技术难点，论述了配流副在该类泵中的功能、失效形式，分析了本学位论文研究配流副润滑油膜的目的和意义。第二章，对配流副试验装置的液压系统进行了AMESim建

4、模，仿真了配流副间隙变化的动态特性。实测了配流副的油膜厚度，提出了一种配流副油膜形态的算法。该算法将试验膜厚值用于油膜方程的求解中，计算结果可预测配流副楔形油膜的分布特征。第三章，基于圆盘缝隙流动的Reynolds方程推导了配流盘密封带的压力计算式，并根据计算精度要求获得了压力线性化分布的适用条件。运用CFD软件数值解析了油膜的压力、速度及温度场分布。第四章，提出了楔形油膜的配流副泄漏的数学模型，该模型考虑了缸体倾侧和配流盘结构的影响，建立了楔形油膜与泄漏量之间的对应关系：对不同工况下配流副的泄漏量仿IIT浙江

5、大学博f一学位论文真结果进行了试验验证，并获得了它在柱塞泵总泄漏中的分配比。第五章，研究了配流副摩擦转矩特性及对柱塞泵机械效率的影响，在不同工况下实测了配流副的摩擦转矩，结合缸体转动周期讨论了其变化机理。测试了配流副支承力在不同油膜厚度、转速下随供油压力的变化关系。第六章，将润滑特性参数作为新增的约束条件，对配流盘密封带进行了优化计算。计算结果表明可以使配流副泄漏减小、油膜刚度增大，可为柱塞泵摩擦副的优化设计提供一定的参考。第七章，对本文研究的主要结论进行了归纳，对今后的研究工作提出了展望。关键词：轴向柱塞泵配

6、流副润滑特性油膜厚度微米泄漏量转矩IVABSTR^CTABSTRACTHydraulicaxialpistonpumphasbeencommonlyusedinthemajorityoffluidpowerapplicationsforspecificadvantagessuchascompactdimension，highpowerdensityandlonglifecycle．However，excessiveweal"andintemalleakagehaveadverseeffectsonthevolu

7、metricefficiencyandlifeexpectationofpistonpump，whicharemostlydeterminedbytheoperatingconditionofthreecriticaltribo—pairsinsidethistypeofpump，especiallythecharacteristicsoflubricatingoilfilmwithineachmovingtribo-pair．Asitsgreatimportanceandcomplicatedmechanis

8、m，theoilfilminaxialpistonpumphasbeenafrontierresearchtopicinthefieldoffluidpowertransmissionandcontr01．Therefore，theoilfilmcharacteristicswithinthebarrel-portplate，oneofthreecriticaltribo-pairs，