圆盘缝隙的平面配流副压力分布模型与解析

　　配流副是轴向柱塞泵几类关键摩擦副之一,它的工作状态易于恶劣从而限制了整泵的正常工作.长期工程实践中,配流副的失效破坏表现为非正常磨损和断裂,严重制约了泵的使用寿命.为了改变配流副的摩擦磨损状况,目前开展的研究主要包括材料和润滑特性2个方面[1-3].对润滑特性而言,首先要获得基于连续腰槽配流的圆盘微密封缝隙的流动规律,以及配流副在各工况下润滑特性参数的变化特征[4-5].为了保持其合适的密封间隙,由轴向柱塞泵的工作原理可知,要求配流副密封缝隙间的油膜存在一定的支承力来平衡缸体中心压紧弹簧与缸体柱塞腔的压力,因此获取不同工况下配流副几个密封润滑区域的压力分布特征对研究其润滑膜形成特性有重要作用.

　　目前,国内外的研究主要基于平面圆盘的假设且未考虑配流腰槽的吸、压油区的边界条件,多为平行密封间隙时的压力分布,都是在圆盘中心引入压力流源[6-7],这与配流副机构的吸、压油腰槽的工况并不匹配.若完全按照全周圆环的密封带形状计算其压力场分布,必然与实际腰形槽吸、压油的缝隙流动有很大差异,且无法获得准确的配流副支承力.本文从普适的Reynolds润滑方程出发,提出2种适合求解该类方程的方法,并考虑适合于配流盘、缸体的载荷边界及缸体倾侧时的油膜形状,获得密封润滑尺寸的密封带压力场计算寻求简化、准确的计算方法,也对深入认识平面配流副的润滑特性有一定作用.

　　1　配流副润滑模型

　　配流副机构中,配流盘通过背面的侧销固定在泵的后端盖上,缸体由花键轴传递运动和扭矩,依靠压紧弹簧和柱塞腔的工作压力使其压向配流盘工作面,保持一定的密封间隙以存储润滑介质而降低摩擦损耗保护金属接触表面.配流副的工作原理如图1所示.在实际工作中,由于吸、压两腰形槽在密封区之间,吸油、排油时存在较大压差,配流盘与缸体密封间隙呈楔型.对于平行圆盘缝隙层流流动的密封带流场压力分布,缸体倾侧角α、腰形槽角度θ(缸体转角)等均未在模型中体现.而该模型根据密封区不同压力边界值,将其划分为数个计算域,以获得更为准确、直观的压力分布.

　　试验测得的油膜厚度因在密封带中位置不同而不一致[2].从油膜厚度的分布特征分析,油膜厚度分布与密封带压力场分布有直接关联,紧靠压力腰槽的高压区附近密封带处的油膜厚度高于其他位置[8-9];因此,分析配流副密封带压力分布是油膜厚度研究的重要基础工作,且基于平行密封间隙无法解释压力分布不均的现象,本文从流体力学润滑理论推导适合平面配流机构的压力分布模型.