为提高高速高压微型轴向柱塞泵球面配流副的配流性能,以单向旋转微型轴向柱塞泵球面配流副为研究对象,对预升压区结构进行优化。建立高速高压微型球面配流副预升压过渡区瞬时压力和三角槽过流面积与三角槽深度角等参数的数学模型;采用粒子群优化算法对预升压区进行结构优化;最后将原始模型与优化模型导入Fluent中进行仿真分析。结构优化结果为深度角β=16.1°,宽度角α=56.3°,开口角∅=12.7°,错配角φ0=1.2°。优化后的预升压过渡区的压力脉动率比原始结构降低了4.6%,提高了微型轴向柱塞泵球面配流副的配流性能。

球面配流副结构紧凑、承载面积大、抗倾覆力矩能力强,是高压大流量柱塞泵常用结构之一,其可靠性评估是柱塞泵可靠性的关键部分。提出一种对柱塞具有一定倾斜角度的球面配流副的疲劳裂纹和磨损退化的可靠性评估方法。建立球面配流副油膜的分布模型,获得内外密封带的压力表达式,实现配流副的受力分析。通过球面配流副ANSYS仿真模型并分析缸体薄弱环节,基于Miner准则对缸体进行疲劳可靠性分析。基于逆高斯理论计算球面配流副的磨损可靠度。最后将疲劳可靠性和磨损可靠性相结合,研究其整体可靠性。研究结果表明:柱塞倾斜的轴向柱塞泵的球面配流副的最薄弱环节为高低压腔孔交界的尖角处,在给定的应力条件下,存活率为50%时,该设备的最低循环次数为4.839×109次,缸体寿命为31 839.52 h;整体应力循环次数的数量级与疲劳和磨损可靠性中循环次数数...

以球面配流副为研究对象,通过引入欧拉角来表征缸体位姿,建立起球面配流副油膜分布的数学模型,从而获得油膜二维厚度值分布图以及三维球面分布图;进一步,在考虑实际配流副几何空间限制的约束下,建立基于球面油膜厚度空间的优化模型,通过GAS算法获得了油膜空间最小和最大油膜厚度以及所在位置。研究表明,缸体姿态对油膜几何场分布影响显著,为进一步研究油膜流场分布奠定了基础。

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。

球面缝隙流动常见于多种机械结构,如柱塞泵中的球面配流副、球铰副等,然而针对球面副半径不等及存在偏心的缝隙流动特性研究较少。针对2个半径不相等的球面元件形成球面缝隙且其球心存在一定偏心时,根据球坐标系下的N-S方程对其缝隙中流体的速度分布、压力分布、泄漏流量及流体的承载量进行了分析,得到了相应的解析表达式,依此可知,半径相等且球心存在一定偏心时球面缝隙中流体的相关解析表达式;同时,得到了仅与球面缝隙流动自身结构有关的球面支撑泄漏系数和球面支撑承载系数,进一步为形成球面缝隙的机械结构(如柱塞泵中的球面配流副、球铰副等)相关设计提供理论参考;最后以柱塞泵中球铰副形成的球面缝隙为例,对其缝隙中流体的压力分布、速度分布等参数进行了分析。

根据轴向柱塞泵球面配流副表面的特点，探讨了球面配流副油膜间隙的计算方法，并分析了了大，最小油膜厚度出现的位置与表示方法。此方法可以用来处理和计算实验测试的油膜间隙，进而计算球面球配流副的压力场分布。

解析地求取球面配流副的径向反推力和径向反推力矩的问题，长期以来一直未能得到很好的解决。本文采用新的途径解决了这一难点，由此获得了完整的球面配流副的力学模型。

论文通过对球面配流副的轴向柱塞泵的泄漏的分析和研究，对球面配流副的泄漏进行分类，建立了球面配流副的泄漏模型，列出球面配流副的泄漏公式，在根据球面配流副的功率损失最小的原则，首次提出球面配流副的最佳平均间隙的概念，得出其计算公式emin0，并进行了仿真分析，得出了相关结论，进一步完善了球面配流副的理论，有一定的理论参考价值。