斜盘式轴向柱塞泵马达低速高效特性研究

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配流副是柱塞泵/马达最重要的几对摩擦副之一,缸体与配流盘之间的接触润滑界面是配流副的关键元素,它的结构参数将直接影响泵的质量及使用寿命,所以,对配流副摩擦特性进行定量分析有着重要的实际意义。近年来,随着热弹流润滑理论(TEHL)的发展,表面织构技术从理论到实验都已经被证明是可以改善配流副摩擦学性能、提高效率的有效方法。本文对配流副表面的微观织构参数、形状、排布方式等方面进行研究,从理论的方面解释了微观织构减摩提效的原因,以及怎样优化出最佳的减摩效果,尽可能地提高泵/马达的效率。首先,本文在热弹流动压润滑理论的基础上,根据雷诺方程建立了斜盘式轴向柱塞泵配流副表面油膜的润滑模型,结合能量方程、油膜厚度方程、弹性变形方程、粘压-粘温方程等,采用有限差分法结合松弛迭代法进行求解,利用FORTRAN程序求出符合精度要求的数值解,并生成油膜厚度分布云图、弹性变形分布云图、油膜压力分布云图以及油膜温度分布云图,然后改变工况参数(缸体转速、缸体倾斜角度、润滑油粘度、初始油膜厚度)得到其对油膜特性的影响,进一步处理后得到工况参数对摩擦特性的影响。其次,在配流副油膜数学模型的基础上添加微观织构,对微观织构配流副和光滑表面配流副进行仿真实验,计算出数值结果,得到不同工况参数对油膜摩擦特性的影响,通过对结果进行对比,验证了微观织构能有效提高油膜承载力,降低摩擦力、摩擦力矩和摩擦系数。然后,对配流盘表面微观织构进行摩擦学优化,通过设计织构的形状、深径比、排布方式和面积率并进行仿真分析,得到微观织构参数对油膜摩擦特性的影响,总结出微观织构的设计优化方法。最后,在不同微观织构参数的情况下,分析了转速对摩擦特性的影响,并根据转速对功率的影响结果得到配流副的低速高效特性,定量的分析效率的提升。本文的研究成果能为柱塞泵微观织构配流副的设计优化提供理论依据,为深入研究表面微观织构技术的人员提供一定的参考。
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