倾斜柱塞结构和球面配流副因结构紧凑、抗倾覆力矩强等优点广泛应用于重载柱塞泵,随着工程技术的发展及高端制造业需求,柱塞泵的使用压力逐渐提高,油液泄漏加剧,设计间隙和容积效率成为评价柱塞泵性能好坏的重要指标。以倾斜柱塞和球面配流结构的重载柱塞泵为研究对象,分析柱塞的运动学特性,研究倾斜柱塞副泄漏、球面配流副泄漏和滑靴副泄漏的理论方程。结果表明,倾斜柱塞副的泄漏随配合间隙及柱塞腔压差增大而增大,球面配流副泄漏间隙主要与动力黏度、泵工作压力及缸体角速度相关,滑靴副的泄漏主要和柱塞阻尼孔长度和阻尼孔直径相关。最终,通过泄漏试验验证了理论结果的准确性,理论值与实验值误差不超过8%,为重载柱塞泵的结构设计与性能优化提供理论基础。

运动学参数计算是柱塞泵分析与设计的基础,现有的倾斜柱塞式球面斜盘型轴向柱塞泵运动学参数计算由于采用线性化,在理论上是一种近似方法。针对这一不足,论文首先建立分析坐标系,介绍了现有算法及其不足,然后根据柱塞泵运动的几何关系,推导了该类型泵柱塞位移、速度与加速度计算公式,在理论上保证了计算方法的正确性。以某型航空发动机燃油柱塞泵为例进行仿真,计算结果表明:现有方法计算的最大位移误差为0.041%、速度误差为0.182%、加速度误差为2.67%;所推导的修正计算方法为现有算法的准确性评价提供了依据,可用于该类型轴向柱塞泵运动学参数分析与计算。

柱塞在缸体内的运动规律直接影响柱塞泵的动态性能和工作寿命，为了了解倾斜角布置柱塞式轴向柱塞泵的运动特性，结合理论分析和基于软件ADAMS的多体动力学仿真方法，研究了柱塞球头部位中心的轴向运动规律和圆周运动规律，以及柱塞微运动对上述运动规律的影响，通过对柱塞吸压油过程运动特性的分析，更加直观地了解了柱塞在柱塞腔内的运动状态，可了解泵启动阶段运行的平稳性，研究工作也有利于缩短泵的研制周期。