轴向柱塞泵柱塞副油膜特性测试系统研究

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1、浙扛大学碗±学位论文1绪论1．1轴向柱塞泵及其关键摩擦副轴向柱塞泵是一种将机械能转化为液压能的部件，其通过柱塞在缸体中的往复运动来实现吸油和压油动作，为液压系统提供具有压力和流量的流体，它是现代液压传动中使用最广的液压元件之一，也是液压系统中的核心动力和执行元件之一【”。同齿轮泵、叶片泵等其他形式的液压泵相比，轴向柱塞泵具有极限压力高、功率密度高、容积效率和总效率峰值高．可传输的功率大和变量方便等特点，适应了容积式液压传动高速化、高压化、太流量的发展趋势，因此在液压系统和工程机械设备中得到了广泛的应用。轴向柱塞泵根据其缸体轴线和传动轴轴线是平行还是

2、成一定夹角分为斜盘式轴向柱塞泵和斜轴式轴向柱塞泵两种，其结构如图1-1所示『”。斜轴式轴向拄塞泵采用了驱动盘结构，使柱塞缸体不承受侧向力，所以缸体对配流盘的倾覆可能性小，有利于柱塞副与配流部位工作，另外其允许的倾角大，缺点在于结构复杂，工艺性差，需要推轴承，因而高压连续工作时间往往受到限制，成本高．斜盘式轴向柱塞泵，由于配流盘与缸体、滑靴与柱塞这两对高速运动副均栗用了静压支撑，省去了大客量止推轴承，具有结构紧凑、高精度零件少，体积小．重量轻、工艺性好、成本低等特点，因而相比斜轴式轴向柱塞泵获得了迅速发展p】。本课题也主要针对斜盘式轴向柱塞泵展开研究

3、。囤】．I斜盘式轴向柱塞泵(左)与斜轴式轴向柱塞泵(右轴向柱塞泵作为一种容积式流体机械，其压力的建立和流体的输送是靠客积的改浙江大学硕上学位论文绪论变来实现的，而容积的改变又是靠转子部件和定子部件的即紧密接触又相对滑动来实现的，因此在轴向柱塞泵中必然存在着多对摩擦副。图1．2给出了斜盘式轴向柱塞泵中的三大关键摩擦副，即滑靴副、柱塞副和配流副。滑靴与斜盘构成的滑靴副体现在柱塞将力传给滑靴，滑靴紧贴斜盘旋转，以行成柱塞的往复运动；柱塞与缸体构成的柱塞副体现在柱塞在缸孔中往复运动，以行成吸油和压油的过程；缸体与配流盘构成的配流副体现在缸体紧贴配流盘回转，

4、以形成周期性地向吸油侧和压油侧配流14J。柱塞滑靴斜盘(a)滑靴副缸体柱塞配演盘缸体柱塞衬套(b)柱塞副图1-2轴向柱塞泵三大关键摩擦副胃蕊(c)配流副在柱塞泵高压、高速转动过程中，三大摩擦副起着非常重要的作用。一是密封作用，相对运动的摩擦副两个配对元件问要构成一个密封面，以防止高压油大量泄露，降低容积效率，甚至不能建立压力。二是润滑作用，相对运动的两个元件间要形成必要的润滑条件，防止摩擦副的磨损、烧坏。除了密封和润滑作用外，三大摩擦副部位在泵工作过程中均承受着较大的载荷，两相对运动部件间还存在着力的相互传递。因此，摩擦副的合理设计对于轴向柱塞泵的

5、容积效率、机械效率、温升、磨损、工作可靠性与工作寿命有着重要的影响【甜。1．2柱塞副及其油膜特性柱塞副作为柱塞泵三大关键摩擦副之一，同其他两个摩擦副相比，不仅运动状况复杂，而且受力情况复杂。图1．3给出了柱塞副的运动图和受力图，由图中可以看出：在运动学方面：柱塞在驱动机构的带动下在缸体中作进出移动，同时随着缸体绕缸体中心线作行星式旋转运动。由于摩擦的存在，柱塞在缸体中还会绕自身作随机转动，除此之外，由于油膜间隙的存在，柱塞在缸孔中可能还存在着轻微摆动。在动力学方面：在柱塞泵工作过程中，柱塞受到的力包括来自油腔油液的压力、2№珏大学硎±学位论文斜盘通

6、过滑靴作用到柱塞上的力、柱塞与缸体间的油膜压力、柱塞与缸体间的摩擦力柱塞绕主轴转动产生的离心力以及自身的重力等等．墅鸶雪蕺叫5图13柱塞副运动圉和受力田作为柱塞副两个配对元件，柱塞与缸体之间通过一层油膜相互起作用，油膜的厚度通常只有几个微米至几十个微米大小，油膜特性对于柱塞泵性能有很大影响_】。(1)油膜对柱塞泵效率的影响柱塞泵的效率由机械效率和客积效率两部分组戚。泵机械效率的降低主要是由于各运动部件的摩擦损失引起的。柱塞与缸体间的相对运动也会产生摩擦损失，而且两者之间润滑状态的不同对于摩擦功率损失影响差别甚大。当两者之间为纯液体润滑时，摩擦系数非

7、常小，因而产生的损失也小；当两者之间处在边界润靖甚至干摩擦状况下时，摩擦系数会急剧增大，产生的摩擦功率损失也会较大。因而为提高泵的机械效率，减少功率损失，必需保证柱塞与缸体间时刻有压力油膜存在，使得摩擦副处于完全液体润滑状态。然而柱塞与缸体间油膜闯隙的存在，必然会带来一定的油液泄露，从而降低泵的容积效率．油膜厚度越厚，泄露量也就越大，相应的泵的容积效率也就越低。因此，只有通过合理设计油膜容貌，才能在保证柱塞与缸体问为纯液体润滑的状态下尽量减少油j夷泄露量，提高泵的容积效率．【2)油膜对柱塞泵工作压力影响由于柱塞与缸体问存在油膜间隙，当其受载后．柱塞

8、相对与缸体会发生倾斜，从而在两者之同形成楔形油膜。当柱塞在缸体中作进出运动和自身旋转运动时，在动压作用下拄塞与缸体问的油膜