提出一种考虑表面形貌时可倾瓦推力轴承润滑特性的数值计算方法,采用分形函数重构了轴承润滑表面轮廓,并将表面轮廓参数整合到可倾瓦推力轴承润滑油膜的数值计算中,探索表面形貌变化对润滑特性影响。结果表明,随着尺度系数或分形维数增大,楔形油膜的厚度逐渐变小并且油膜的最大压力逐渐增大,油膜的压力分布波动越剧烈;当尺度系数改变时,油膜厚度和油压分布幅值变化,但分布趋势保持一致,分形维数则对其幅值和分布趋势都有影响;当分形参数变化时,轴承整体的承载能力和摩擦力出现波动,但波动很小。轴承表面形貌误差会对整个轴承的油膜的稳定性造成影响,因此在可倾瓦轴承的设计制造中要控制润滑表面的加工精度,保障可倾瓦推力轴承运行稳定。

综合考虑缸套热变形、缸套温度场、弹性变形以及润滑油变黏度等因素影响,建立活塞环-缸套摩擦副的瞬态流体动压润滑计算模型,分析发动机工况、活塞环-缸套接触面粗糙度方向和粗糙度大小对摩擦功耗和窜气量的影响。研究发现,当转速升高时,摩擦功耗升高,影响发动机效率;活塞环采用横向粗糙度方向和缸套采用纵向粗糙度方向的组合,能够同时使窜气量和摩擦功耗处于较低的水平;综合粗糙度一致时,采用活塞环表面粗糙度低于缸套表面粗糙度的组合,能有效降低摩擦功耗。

配流副油膜的润滑特性对轴向柱塞泵的可靠运行有重要影响。建立了锥形缸体球面配流副油膜润滑特性仿真模型,并通过试验验证了模型的有效性。对锥形缸体进行受力分析,通过对柱塞滑靴组件运动学和受力的分析,求解得到柱塞滑靴组件对锥形缸体的作用力;通过对球面配流副油膜厚度分布和压力分布的分析,求解得到球面配流副对锥形缸体的油膜支承力;采用有限容积法对油膜进行离散化处理,通过牛顿迭代法数值求解球面配流副油膜润滑特性和锥形缸体运动方程;开展轴向柱塞泵高压稳态试验和轮廓扫描试验,获得不同稳态试验时长的球面配流盘磨损形貌,对比球面配流盘磨损轮廓与仿真得到的油膜厚度分布和压力分布。研究结果表明,仿真得到的油膜厚度较小区域与配流盘主要磨损区域相近,验证了锥形缸体球面配流副油膜润滑模型的有效性。

为改善锥形缸体球面配流副油膜润滑特性,提出一种多弧槽球面配流副结构,并采用遗传算法对多弧槽球面配流结构进行多目标优化。首先,对多弧槽球面配流副进行理论建模,采用有限容积法对油膜压力控制方程进行离散化,利用环形三对角矩阵算法(CTDMA)求解球面配流副压力分布;然后,对多弧槽球面配流副承载特性进行仿真,分析球面配流副不同弧槽结构下的油膜厚度分布及压力分布规律;最后,以缸体倾角、泄漏量和摩擦转矩为优化目标,利用多目标遗传算法优化多弧槽球面配流副的结构参数。结果表明:多弧槽结构可提升球面配流副油膜承载能力,弧槽结构最小膜厚下降3.1%~4.0%,弧槽结构最大压力显著提高,最大增幅为16.3%;同时可有效降低泄漏量、摩擦转矩,优化后综合目标性能提升10.5%,缸体倾角、泄漏量和摩擦转矩分别下降5.1%、8.1%和5.9%,有效提升了球面配流...

为研究配流盘表面形貌对配流副润滑特性的影响,采用分形理论模拟配流盘表面形貌,建立轴向柱塞泵配流副润滑模型,使用有限差分法对模型进行求解,探讨分形参数对表面轮廓的影响,并进一步分析分形参数和配流副工况参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明:分形维数越大,表面轮廓形貌复杂度越高,且粗糙表面高度随尺度系数减小而降低;随着缸体倾角和转速的增大,油膜承载力提升,但摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数也随之升高;配流副润滑性能与分形维数呈现正相关的关系,选取较大的分形维数有利于提升配流副的润滑性能;尺度系数越小其摩擦力越小,但承载力也减小,因此需选择适中的尺度系数。

表面微孔结构在剪切作用下诱发流体产生附加动压效应,提升流体膜承载能力,促使摩擦配合端面间维持流体润滑,改善摩擦性能。以6种不同微孔表面为研究对象,考虑端面弹性变形影响,开展无压工况下动压润滑特性的比较研究,数值分析平衡基础膜厚、流体流量、摩擦转矩、摩擦系数等性能参数随操作条件与孔型参数变化规律,并以最优动压特性与摩擦性能为目标,给定不同孔型参数的优化范围。结果表明:弹性变形与流体膜厚度相对应,轴向压缩变形越大,润滑间隙尺寸越大,膜厚越厚。相比于平衡基础膜厚,端面变形对膜厚分布影响微弱。在微孔倾斜角0~20°范围内,椭圆微孔与矩形微孔动压效应最为显著,且摩擦系数、摩擦转矩较小,优势较为明显。在孔深为4~6μm、方向因子为2时,不同形状孔型结构润滑性能均可达到最佳效果。

鉴于目前高压柱塞泵服役工况愈发严苛,指出学者大多探究柱塞泵流体场、温度场耦合的复杂工况对可靠性与寿命的影响,归纳讨论了国内外柱塞泵关键摩擦副磨损机理、润滑特性、结构优化,通过对比归纳不同的研究方法指出制约高压柱塞泵发展的关键性科学问题。在此基础上,对流-固-热三学科耦合的研究前景进行展望。为高压柱塞泵在我国高端装备、军事机械、航空航天等领域发挥更大的作用做出理论参考和技术指导。

以应用静压支承原理的锥形配流副为研究对象，分析了锥形配流副配流面间流体流动原理，对比研究了长阻尼孔型和短阻尼孔型节流阻尼对锥形配流副的平衡位置和润滑特性的影响。结果显示，短阻尼孔压差与流量呈非线性关系，应用短阻尼孔节流方式的锥形配流副具有更小的泄漏量，有效降低了功率损失，提高了容积效率。

论述了轴向柱塞泵配流副与滑靴副润滑特性试验系统的组成和工作原理.详细介绍了系统各部分结构和功能.通过润滑特性试验系统可以在不同压力、温度、转速、材料、结构下测试配流副与滑靴副间隙并得出润滑膜厚度、承载力和泄漏流量等润滑特性参数之间的关系.该润滑特性试验装置使用高精度电涡流位移传感器测量配流副与滑靴副间隙以保证对润滑膜厚度的测量误差小于1 μm.通过润滑特性测试平台还可以确定出最佳的水液压柱塞泵配流副与滑靴副润滑结构和材料配对为研制出性能良好的轴向柱塞式水液压泵奠定坚实的实验基础.

介绍了一种分析O形密封流体动力学性能的数值模拟方法。该方法考虑了O形密封的表面状态及磨损对流体动力学性能的影响，适用于高压工况下的液压系统。按阿查德磨损模型进行密封磨损影响建模，并计算出了各工况下的最大压力分布及平均油膜厚度，其结果有助于在设计液压系统中的O形密封时确定工作时间、优化密封结构。