考虑磨损进程的轴向柱塞马达柱塞副泄漏研究

轴向柱塞马达广泛应用于航空航天、工程机械液压作动系统,容积效率是其重要指标。然而其柱塞副承载润滑状态恶劣,发生的磨损会导致泄漏损失增大,进而使马达的容积效率低于理想设计值。建立了轴向柱塞马达柱塞副磨损退化进程模拟模型,获得了其从跑合磨损到稳态磨损过程中承载界面轮廓的变化,基于此,对自然磨损状态下柱塞副泄漏行为进行分析。结果表明,随着缸孔的磨损,柱塞副泄漏量呈先增大后减小的趋势,柱塞副运行400 min时达到稳态磨损阶段,此时泄漏量相比初始泄漏量增加了2.3%。指出了柱塞副磨损状态和泄漏损失变化的映射关系,对提高轴向柱塞马达的容积效率和实现轴向柱塞马达磨损预测性维护具有一定指导意义。     

液压式气门驱动系统间隙密封泄漏的仿真研究

建立液压式气门驱动系统的动力学数学模型,利用Simulink软件建立仿真模型并对系统中的凸轮油缸和气门油缸的环形密封泄漏进行仿真计算。研究结果表明,液压式气门驱动系统的泄漏主要是相对运动引起的剪切流量,并与凸轮型线有关;气门油缸只在凸轮升程段和基圆存在泄漏,凸轮油缸只在凸轮回程段和基圆存在泄漏,且泄漏均随着发动机转速和密封间隙的增大而增大;可通过减小密封间隙和设计合理的凸轮型线来减小泄漏。     

超高压水压泵柱塞副间隙泄漏占比的仿真计算

考虑间隙内水介质黏度、间隙受压形变在柱塞轴向沿程变化,用AMESim软件对超高压水压泵细长型柱塞副在工作压力从0～120 MPa变化时的间隙、泄漏占理论排量的比值进行了计算预测。结果表明:随着工作压力升高,柱塞间隙内水介质黏度沿程变化引起的泄漏量呈近似线性增长,在120 MPa时间隙泄漏增大25%;间隙高压形变引起的泄漏量快速增长,在120 MPa时间隙泄漏增加3倍;当配合间隙为3, 5, 7μm时,间隙泄漏占比为3.51%,8.93%和18.51%;超高压工况下,影响柱塞间隙泄漏的主要因素是柱塞副间隙大小、间隙高压变形量、柱塞副接触长度、柱塞偏心量,减小柱塞副配合间隙、间隙高压变形量,增大柱塞副接触长度,可显著减小泄漏,提高容积效率。     

考虑油液黏压特性的高压航空液压泵柱塞副泄漏模型研究

 提高机载液压系统压力可以提高液压系统功率密度,但是随着航空液压泵转速增大和压力增高,关键摩擦副之一的柱塞副磨损加剧,泄漏量增大。提出了一种考虑油液黏压特性的高压航空液压泵柱塞副泄漏量模型。结合Barus液压油液黏压公式,在经典泄漏量公式的基础上进行一定程度的补充和修正,以便更精确的计算高压航空液压泵柱塞副各种磨损程度下的泄漏量。仿真结果表明,系统压力达到35 MPa,黏度变化导致的泄漏量变化不可忽略。     

大排量轴向柱塞泵柱塞副润滑特性分析

为了研究大排量轴向柱塞泵柱塞副的润滑特性,以一款斜柱塞轴向柱塞泵为研究对象,建立了柱塞副瞬时油膜厚度场、压力场模型,采用交错网格技术对柱塞副油膜进行网格划分,通过Altair Compose软件采用有限体积法求解雷诺方程,考虑了柱塞衬套变形的影响,得到了柱塞副油膜厚度场、压力场分布和衬套变形状况。研究了负载压力、主轴转速、斜盘倾角对柱塞副润滑状态、轴向摩擦力以及泄漏量的影响。结果表明：在高压区时,衬套靠近滑靴端的变形量大于柱塞腔端,但在一个运转周期内柱塞腔端衬套变形一直存在。负载压力和斜盘倾角变化对柱塞副润滑性能影响明显,负载压力降低15 MPa,柱塞偏载程度峰值降低20.3%,轴向黏性摩擦力峰值降低35.7%;斜盘倾角减小6°,柱塞偏载程度峰值降低25%,轴向黏性摩擦力峰值降低47.7%;而主轴转速对柱塞副在低压区的泄漏量影响较为明显,主轴转速降低300 r/min,柱塞副在低压区的泄漏量峰值降低18%。     

计入柱塞套弹性变形的柱塞副摩擦与密封特性分析

综合考虑径向柱塞泵柱塞副粗糙表面接触和弹性变形,建立混合润滑状态下柱塞副弹流润滑理论分析模型,并结合有限差分法与有限单元法,基于MATLAB和ANSYS开展联合仿真,分析不同入口压力及凸轮转速下柱塞副弹性变形及表面形貌对摩擦与密封特性的影响。结果表明：柱塞套弹性变形对柱塞副微凸体接触影响显著,且影响程度与入口压力及凸轮转速有直接关系;弹性变形及表面形貌均在一定程度上影响摩擦功耗及泄漏量且弹性变形的影响更大;柱塞副摩擦与密封特性对工作条件较为敏感,随着入口压力或凸轮转速的增大,摩擦功耗、压差流量与剪切流量均有不同程度的增加。     

穿山甲鳞片型织构柱塞副减摩和泄漏特性分析

针对内曲线径向马达柱塞副的磨损和泄漏制约液电能量回收系统效率的问题,提出在柱塞结构表面仿穿山甲鳞片型织构以减小摩擦和泄漏的方法。采用双抛物线平移的方法表征出穿山甲鳞片型织构的数学模型,结合雷诺方程建立油膜承载力和摩擦因数仿真模型,对比分析无织构柱塞和织构柱塞的油膜压力、摩擦因数和柱塞副间隙泄漏随织构面积率的变化关系。结果表明：织构柱塞比无织构柱塞的油膜压力高出10%~35%,且具有更高的承载力和更低的摩擦因数;织构柱塞副比无织构柱塞副间隙的泄漏量减少了13.8%~27.8%,表明织构对柱塞副的密封性能有一定的提升作用。仿穿山甲鳞片型柱塞织构结构对提升液压马达液电能量回收系统的效率有显著效果。     

轴向柱塞泵柱塞泄漏特性研究

以柱塞配流海水泵为研究对象,分析了柱塞的运动特性,得出了泵的瞬时理论流量方程。在此基础上,建立了柱塞泄漏的数学模型并通过MATLAB软件进行了仿真分析。仿真结果表明,在柱塞泄漏影响下,柱塞泵的实际流量下降,流量脉动明显增大。泄漏脉动幅值随泄漏量的增大而增大,泄漏脉动频率与泵的转轴频率呈一定的倍数关系。     

水压元件柱塞摩擦副的抗卡紧研究

针对水润滑普通间隙密封柱塞副在工作过程中出现的卡紧现象,提出了基于静压支撑的双阻尼效应柱塞副,并对其抗卡紧特性和流量特性进行了分析。结果表明:水的流动惯性和表面粗糙度的共同作用使得间隙摩擦副流场内可能产生局部紊流或整体紊流,计算时不能采用层流模型,需考虑惯性和表面粗糙度效应;提出的双阻尼效应柱塞副具有一定的抗卡紧能力,能实现柱塞的自动对中和平衡,防止卡紧,减小启动摩擦力;双阻尼效应柱塞副比同等密封长度的普通柱塞副的泄漏流量更小。     

某型液压柱塞泵壳体回油特性试验研究

针对高回油压力条件下航空液压柱塞泵壳体回油特性不明的问题,以某型航空液压柱塞泵为研究对象,对其壳体回油特性进行了仿真分析和试验研究。首先,在求解配流副润滑模型的基础上,考虑缸体倾覆、油液温度、回油压力等因素的影响,分别建立了配流副、柱塞副和滑靴副的泄漏模型;然后,对各摩擦副的泄漏模型进行了数值求解,分析了不同因素下各摩擦副的泄漏变化规律;最后,基于各摩擦副的泄漏量,计算了泵壳体回油压力-流量特性,并测试了不同回油压力下泵的壳体回油流量,对计算结果的有效性进行了验证。研究结果表明：在缸体倾斜角度较大和壳体回油压力较高时,配流副和滑靴副对壳体回油流量的贡献为负值,而柱塞副对壳体回油流量的贡献始终为正值;泵的壳体回油流量随着回油压力的升高而减小,当壳体回油压力为1.37 MPa时,壳体回油流量下降至0。     

海水液压柱塞泵中新型滑盘副的设计及其润滑特性研究

传统海水液压柱塞泵中,滑靴的固有结构形式使其易发生偏磨、烧靴等问题。提出了一种新型滑盘结构,从根本上消除了因离心力产生的滑靴倾覆问题,并减小了柱塞所受的侧向力。建立了滑盘副润滑数学模型,并分析了温度和工况参数对滑盘副的润滑特性及能耗特性的影响。结果表明：随着介质温度的升高,滑盘副的动压效应减弱,水膜厚度减小,导致泄漏量降低;同时,黏度随温度升高而降低,滑盘所受到的摩擦力减小,黏性摩擦功率损失降低;随着泵工作压力的升高,水膜厚度变大,泄漏量增大,相反黏性摩擦功率损失降低;而随着泵的工作转速的增大,滑盘副的泄漏量功率损失和黏性摩擦功率损失均有所增加。     

水液压泵柱塞套变形特性的流固耦合研究

为实现水液压泵柱塞副的高效密封并自动补偿其磨损间隙,提出了一种柱塞副密封间隙自动补偿结构。通过流固耦合仿真技术研究了不同柱塞套厚度和环形槽宽度下柱塞套在内侧环形流体和外侧环形缝隙流体耦合作用下的变形特性。仿真结果表明,在相同的工作压力、流体域边界条件下,当环形槽宽不变时,随着工程塑料聚醚醚酮(PEEK)材质的柱塞套厚度的增大,柱塞套变形量逐渐减小;当柱塞套厚度不变时,柱塞套变形量随着环形槽宽的增大而增大。建立了柱塞副间隙自动补偿试验系统并进行了初步试验,试验结果和仿真结果基本一致。     

轴承预紧对高速重载行星齿轮传动动态特性影响研究

为分析轴承预紧对高速重载行星齿轮传动系统动态特性的影响,建立高速重载行星齿轮传动动力学模型,考虑轴承预紧因素,分析行星销轴承预紧量对系统支撑刚度、固有频率、内外啮合副动态啮合力的影响。结果表明,行星销轴承预紧可以有效增加行星销支撑刚度;系统的固有频率随预紧先减小后增大,随游隙增大而增大;行星齿轮内外啮合副动态啮合力峰值随预紧增大而减小,随游隙增大而增大。研究结果可为优化高速重载行星齿轮传动的轴承预紧量提供支撑。     

滚珠丝杠-螺母副结合部轴向动态特性参数测试与分析

为了获得滚珠丝杠-螺母副结合面轴向动态特性参数,建立了滚珠丝杠-螺母副滚动结合面轴向动力学参数识别模型并研发了测试平台,分析了不同丝杠结构尺寸参数对丝杠轴向动态刚度的影响规律。实验结果表明,丝杠直径、导程、螺旋升角、工作圈数的增大均可提高其轴向动态刚度,而丝杠装配过程中的预拉伸所产生的轴向应变量会减小丝杠结合面轴向动态刚度。最后建立了滚珠丝杠-螺母副结合面轴向动态刚度神经网络预测模型,预测结果表明计算刚度与实测值相差不超过8%。     

船用高压细水雾灭火泵柱塞副间隙的优化设计

该文对船用高压细水雾灭火泵柱塞副开展了受力分析,在综合考虑摩擦力和摩擦升温的前提下建立了柱塞副的泄漏量和热平衡分析模型,开展了不同柱塞副间隙和工况下柱塞副的热平衡分析并获得了相应的变化规律,并对柱塞副的初始配合间隙进行了优化,提出了避免柱塞副卡死的技术措施,研究结果可以为船用高压细水雾灭火泵柱塞副的结构优化,提高柱塞泵综合性能提供理论依据。     

超高压斜盘式轴向柱塞泵柱塞副摩擦界面油膜固液耦合作用特性研究

作为液压传动系统核心动力元件的轴向柱塞泵,超高压化是其必然发展趋势与要求,然而超高压化会造成其中关键的柱塞副摩擦界面油膜形成显著的固液耦合作用,对柱塞副油膜的摩擦润滑与密封承载性能产生规律尚不明确的影响。为此,建立一种基于变形矩阵法的固液耦合作用求解方法,该方法基于有限容积法解算油膜流体润滑方程,基于有限元法实现摩擦界面变形计算节点规则化设置及变形矩阵精准计算,在此基础上建立柱塞副油膜弹性流体动压润滑数值计算模型,针对采用软硬配对的柱塞副63 MPa超高压工况下的摩擦界面油膜固液耦合作用特性进行研究,结果表明：固液耦合作用有助于减小柱塞副处轴向黏性摩擦力和泄漏流量,一个周期内柱塞副总周向黏性摩擦力大小基本不变但分布更为集中,导致产生了更大峰值的瞬时摩擦力;显著的结构变形产生于柱塞副摩擦界面两端局部位置处,因而对泄漏流量不造成影响,在超高压工况下经过软硬配对跑合,固液耦合作用有助于原本标准柱形铜套孔形成类似“喇叭口”的一种微观形貌,增大了柱塞与铜套孔的接触面积,增强了密封超高压油的能力,降低了接触应力。建立的模型及研究结果可为轴向柱塞泵超高压化设计提供指导。     

液体密封压力差对转子系统动力学性能的影响

利用数值方法,通过求解基于Bulk-flow模型的液体动压环状密封控制方程,得到不同密封压力差下液体动压环状密封的动力特性系数。结合密封的流体动反力模型,建立考虑液体动压环状密封动力学特性的系统运动方程,通过理论分析导出表征系统动力学性能的模态阻尼与频率、振幅对数衰减率以及动力放大系数等的解析表达式,并计算分析密封压力差对转子系统动力学性能的影响。结果表明:正、反向涡动模态阻尼和正、反向涡动的振幅对数衰减率均随密封压力差的增加而增大,动力放大系数随密封压力差的增加而减小,而正、反向涡动模态频率先随密封压力差的增大而减小,达到最小值后又随密封压力差的增加而增大。     

基于渗流原理的液体润滑机械密封的泄漏率研究

针对现有机械密封端面泄漏通道模型存在的不足,考虑到流体在端面间的流动过程和渗流过程具有相似特征,建立了基于渗流原理的接触式机械密封端面间渗流通道模型,利用达西公式计算了端面间的泄漏率。研究了表面粗糙度、膜厚对孔隙率的影响,表面粗糙度对最大微凸体直径的影响,以及膜厚、表面粗糙度、端面宽度和对泄漏率影响。结果表明,孔隙率随表面粗糙度的增大而减小,随膜厚的增大而增大;最大微凸体直径随表面粗糙度的增大呈线性增大趋势;泄漏率随表面粗糙度的增大先增大后减小,随膜厚的增大而增大,随密封端面宽度的增大而减小。提出的研究方法为更准确计算接触式机械密封的泄漏率提供了新思路,对进一步探究密封的泄漏机理具有一定的科学意义。     

计入运动副间隙的汽车制动摆振动态响应分析

建立了考虑制动过程中参数时变特性,并计入转向系运动副间隙耦合作用的七自由度非自治摆振系统的动力学模型。通过MATLAB数值算例,对制动过程中转向轮摆振的动态响应进行了分析。考察了轴荷转移、车速、间隙、轴距等因素对系统瞬态响应的影响。研究结果表明：制动过程中,轴荷转移等时变特性及运动副间隙的耦合作用对摆振系统动力学行为有重要影响,在建模时应予以考虑。相关规律与试验结果基本吻合,验证了模型的准确性。     

沟槽型织构摩擦学性能模拟及试验研究

为揭示沟槽型织构的摩擦学特性,以沟槽型表面织构化的止推圈式摩擦副为研究对象,基于雷诺方程和微凸体接触方程建立微沟槽织构混合润滑理论计算模型,模拟摩擦因数随沟槽面积占有率、角度和深宽比的变化规律,并由摩擦性能试验验证其准确性。在假设面积占有率和角度两个参数互不干涉的前提下,模拟两者共同作用下摩擦因数的变化情况。结果表明,经过表面沟槽织构后,摩擦副的摩擦学性能得到了明显改善;摩擦因数随沟槽面积占有率和深宽比的增加呈现先减小后增大,随角度的增加呈现先减小后增大再减小的趋势;当沟槽与运动方向夹角为65°～70°,宽度为30μm,深宽比为4/15,面积占有率接近8%时,摩擦副具有最佳摩擦性能,相对于未织构情况,摩擦因数可降低约55%。