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随着国民经济和现代工业的快速发展,液压技术越来越多地应用于人们的工作生活当中。柱塞泵由于功率密度大、容积效率和总效率峰值高、传输功率大、极限压力高、变量方便等优点、成为最重要的一种液压泵,柱塞泵性能的优劣以及可靠程度直接影响整个液压系统的工作效率和可靠性。虽然我国已经成为世界上柱塞泵需求量最大的国家,然而目前我国在包括工程机械等众多领域使用的高压、高速、高集成的柱塞泵仍然依赖国外进口,国内柱塞泵企业由于缺乏系统的设计理论,长期停留在产品仿制阶段,与国外同类产品在性能和质量方面有较大差距,巨大的市场需求与我国相对滞后的柱塞泵研发技术之间的矛盾已经凸显。柱塞泵中关键摩擦副的润滑和效率问题是制约柱塞泵性能和效率的主要原因,其中尤为关键的是柱塞泵中的滑靴副。柱塞泵工作时滑靴不仅高速旋转,而且承受很高的接触比压,另外滑靴工作时始终处于交变载荷作用下,长时间工作后极易发生失效甚至损坏,而配合滑靴运动的偶件等装置也同样面临着这种严峻考验,滑靴及其偶件在工作过程中的润滑及功率损失不仅针对其本身而且对整个柱塞泵的效率和性能都会产生影响,因此通过开展滑靴及其偶件的润滑与功率损失研究很有必要。国外在该领域的研究起步较早,研究力度也较大,对滑靴及其偶件的润滑与功率损失的机理掌握和理解较为深刻,所以国外产品中滑靴及其偶件的润滑状况和效率得到一定程度的提高。国内由于缺乏系统的设计理论,长期停留在产品仿制阶段,与国外同类产品在性能和质量方面有较大差距。因此,对滑靴及其偶件进行深入地研究,探索滑靴及其偶件的功率损失机理,寻求适宜手段以提高滑靴的润滑效果、对提高国产柱塞泵的技术水平具有十分重要的意义。本文以轴向柱塞泵的滑靴及其偶件作为研究对象,对滑靴及其偶件的润滑及功率损失进行了全面深入地研究。 通过建立柱塞腔与配流盘之间通流面积的数学模型,计算出柱塞泵转动过程中柱塞腔与配流盘之间通流面积对应转角的变化情况,将通流面积的变化以样条函数的形式输入到AMESim(Advanced Modeling Environment for Simulationo fengineering systems)下建立的单柱塞的数学模型中,得到柱塞腔油流压力的瞬时变化,进而获得滑靴所受压紧力的改变情况。同时通过对滑靴支承面的流体流动特性进行分析,取得了滑靴支承面的油膜承载力,从而为掌握滑靴的润滑特性和润滑状态打下了基础。 针对利用阻尼特性能够保证油膜随柱塞腔内油流压力的改变而改变这一特点,通过仿真分析了阻尼孔的结构尺寸对滑靴静压支承流体流动特性的影响,总结出阻尼孔对静压支承油膜和泄漏量的影响规律,并根据这种规律对阻尼孔内的油流情况进行了流场仿真。之后针对剩余压紧力支承下滑靴支承面的流体流动特性,推导了利用滑靴三点油膜厚度来确定滑靴油膜压力场的公式,在考虑了油膜动压效应、挤压效应和热楔效应的前提下求出剩余压紧力支承情况下滑靴的油膜厚度,并以此为基础研究了滑靴的油膜厚度与柱塞腔内油流压力和转速的关系,同时分析了转速变化和压力变化对滑靴功率损失的影响,并对这两种影响进行了量化地比较和分析。接着对滑靴的结构进行了研究,通过分析和计算不同结构的滑靴在相同工况下表现出来的不同特性,找出不同结构的滑靴设计的依据,为以后的实际工程提供理论参考。 在对回程盘与球碗的相对位置和受力进行分析的基础上,采用对回程盘与球碗的接触轨迹进行离散化处理的方法推导出球碗在不同离散接触点所受到的来自回程盘的正压力,并总结出能够决定离散接触点的压力大小的参数,以此为基础进一步推导出回程盘与球碗相对运动时每个离散接触点所造成的功率损失,并归纳出能够决定离散接触点功率大小的参数,最终采用对离散点求和的方法得到回程盘与球碗之间总的功率损失情况。 最后,搭建了柱塞泵滑靴及其偶件的模拟实验台,完成了对回程盘与球碗在不同工况下的功率损失情况的实验,并且进行了转速变化和压力变化分别对滑靴摩擦功率影响的实验。实验结果验证了回程盘与球碗功率损失推导的正确性,并且验证了剩余压紧力支承下,转速变化对滑靴摩擦功率的影响要大于压力对滑靴摩擦功率的影响。