轴向柱塞泵是液压系统中的核心动力部件,对液压控制系统有着举足轻重的意义。轴向柱塞泵中的三大摩擦副的润滑和摩擦特性影响着柱塞泵本身的性能和使用寿命。轴向柱塞泵三大摩擦副理论与技术的研究对于提升轴向柱塞泵性能和可靠性具有重要意义。梳理了轴向柱塞本三大摩擦副润滑理论和摩擦特性方面的理论与技术与提高摩擦副性能的表面改性工艺方法。

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。

为探究内啮合齿轮传动的热弹流润滑特性,考虑多种齿轮传动类型及不同变位系数和的影响,建立了内啮合齿轮传动的热弹流润滑模型,分析了内啮合齿轮系统的热弹流润滑特性。结果表明,与其他齿轮传动类型相比,对于采取变位的内啮合齿轮传动系统,当实现正传动时,其润滑效果最佳,在啮合轮齿间可以形成较厚的润滑油膜,摩擦因数和油膜的最高温升最小,热胶合承载能力最强;当实现正传动时,适当增加内齿轮与行星齿轮的变位系数之和,可以进一步改善内啮合齿轮齿面的润滑特性,但同时降低了油膜刚度。

以渐开线直齿圆柱齿轮为研究对象,考虑热效应和时变效应,建立油水两相流模型和齿轮的热弹流润滑模型,探究了润滑油中含水率对油水两相流体的黏度及齿面润滑特性的影响。研究结果表明,润滑油中混入冷却水后,当含水率不超过5%时,随着含水率的增加,油水两相流体的黏度不断增大;含水率为5%时,油水两相流体的黏度达到其峰值,之后随着含水率的增加,油水两相流体的黏度不断减小。适当增加含水率可改善齿面的润滑特性,但考虑油膜温升及对设备的腐蚀磨损,应将含水率控制在5%以内。

结合分形理论构建了摆线轮齿与针齿的形貌模型,基于改进的Herschel-Bulkley模型提出的脂润滑线接触膜厚公式,对修形后的摆线轮齿与针齿啮合过程中的最小膜厚进行了研究。确定了啮合过程中最小膜厚出现的位置,并分析了摆线轮齿的宏观设计参数和修形参数对最小膜厚及润滑状态的影响;通过经验公式确定基本参数,进一步结合弹流润滑数值计算研究了摆线针轮传动的润滑特性。

为探究齿轮的动力学特性与弹流润滑耦合效应,综合考虑齿轮啮合刚度的时变效应和表面粗糙度对齿轮动力学行为的影响,基于动力学理论,建立了6自由度摩擦动力学模型。采用解耦方法求解该模型,将求解获得的轮齿动态啮合力和表面波动速度用于弹流润滑分析中。通过实例研究了动、静两种载荷模型下齿轮的弹流润滑特性。研究表明,与平稳载荷相比,基于动载荷模型的齿轮弹流润滑研究更能准确反映齿轮的瞬态润滑特性,在啮合刚度的激励下,润滑时油膜压力和油膜厚度均表现出一定的振荡效应。啮入点、单齿啮入点以及单齿啮出点存在较大的冲击,是齿轮弹流润滑的危险点。

为探索轴颈圆度、圆柱度误差对轴承润滑性能的影响机制,建立轴颈存在圆度、圆柱度误差的径向轴承模型,推导对应误差下的轴承液膜间隙函数,并分别研究轴颈圆度、圆柱度误差对润滑性能以及承载能力的影响机制。研究表明：轴颈圆度、圆柱度误差会导致轴承液膜润滑特性下降,并引起轴承的承载力和摩擦力出现周期性的波动,进而影响轴承的回转精度和轴系运行平稳性;重载情况下轴颈圆度、圆柱度误差对轴承润滑性能的影响更加显著,甚至会导致液膜破裂,轴承失效。

针对叶片泵叶片-定子副在预卸压区中易发生对偶面间直接接触而加剧磨损的状况,通过分析叶片-定子副在预卸压区中的润滑状态,建立了叶片-定子副的弹流动压润滑模型,并数值模拟了接触区内压力分布,结合叶顶曲率半径和叶顶承载面积的变化对叶片-定子副间力学特性的影响,分析了叶顶曲率半径和叶顶承载面积的变化对动压油膜润滑性能的影响。结果表明：叶片-定子副处于预卸压区末端时润滑状况最差;承载面积的变化对叶顶载荷和润滑性能的影响不容忽视;增大叶顶半径后能改善摩擦副的润滑状态,许可范围内随叶顶曲率半径增大,接触区内油膜压力分布更趋均匀,叶片-定子副间的润滑状况也更加稳定可靠。

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。

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。