静压支承式滑靴副油膜动态特性研究

静压支承式滑靴副油膜动态特性研究

周继陈;周俊杰;荆崇波;苑士华

【摘要】考虑斜盘式轴向柱塞泵滑靴副油膜的挤压效应,不考虑滑靴倾覆,分析了滑靴副润滑油膜的动态特性,包括压力跃变响应与实泵输入响应,并分析了滑靴副结构参数对于油膜动态响应的影响.分析结果表明,减小滑靴中心油室的体积,有利于改善油膜动态响应品质,但油室体积不能过小;为兼顾滑靴副动态润滑特性与泄漏量,需要合理设计阻尼管的液阻;在保证建立油膜的情况下,缝隙阻尼的有效支承面积越小,滑靴副动态油膜的润滑品质越好.实泵输入动态响应中,在高低压区工作时,油膜的压力变化虽然较大,但静压支承式滑靴膜厚的波动范围很小.%The dynamic characteristics of the slipper pair are analyzed,including the pressure jump response and real pump input response.The influence on the oil film dynamic response of the slipper structure parameters is studied when the squeezing effect is considered but the overturning of the slipper is

not.Firstly,reducing the volume of the center oil chamber is beneficial to the quality of the dynamic response,however the volume shouldnt be too small.Secondly,the fluid resistance of the damping tube should be designed reasonably in order to balance the dynamic response and the leakage.Thirdly,in the condition of the existence of the oil film,the smaller the effective bearing area of the slit damper is,the better the lubricating quality of the sliding oil film is.Under the real pump input,there is a large pressure variation of the film,but the range of the film thickness is very small on the condition of the constant pressure.

【期刊名称】《液压与气动》

【年(卷),期】2017(000)008

【总页数】6页(P20-25)

【关键词】轴向柱塞泵;滑靴;动态响应;挤压效应

【作者】周继陈;周俊杰;荆崇波;苑士华

【作者单位】北京理工大学机械与车辆学院,北京100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京100081

【正文语种】中文

【中图分类】TH137.51

在轴向柱塞泵/马达的设计研究中，为了满足实际工程的要求，高压高速化已成为一个重要发展方向。滑靴副是斜盘式轴向柱塞泵/马达中最重要的摩擦副之一，他的设计关乎泵/马达整体的性能。在传统的斜盘式柱塞泵滑靴副的设计中，并没有考虑动态响应的品质。在柱塞泵柱塞腔压力突然发生变化时，对于滑靴副润滑性能的挑战非常大，因此研究滑靴副油膜的动态响应特性具有重要的意义。

伯明翰大学的HOOKE等[1-2]间歇测量了实泵中滑靴的油膜状态，对滑靴在稳态工况下的润滑特性进行了试验研究。HARRIS等[3]对于轴向柱塞泵滑靴等温润滑条件下油膜的动特性进行了研究，但没有考虑滑靴副中的弹流润滑作用。IVANTYSYNOVA团队[4-5]经过多年研究，对滑靴工作时的动态特性进行仿真、计算，并耦合了滑靴底面的多种物理现象，以获得更为精确的理论结果，这是目前国外滑靴润滑模型研究的热点。国内东北重型机械学院潘永阁等[6]对实际工况下

滑靴副油膜动态特性做了实验研究。浙江大学以及北京理工大学等[7-9]则对滑靴

实际工况等温条件下的楔形油膜动态特性进行了分析，但并未考虑因挤压效应而产生的阻尼力对于润滑油膜的动态响应所带来的影响。

本研究考虑油膜挤压效应，不考虑油液的弹性和热效应，确定了阻尼力的表达式，并且引入建压方程，对柱塞泵滑靴副的结构参数与膜厚、压力等的工况参数进行了分离，建立了滑靴动力学方程，并对无倾斜状态滑靴油膜的动态响应进行了仿真与分析。

1.1 滑靴结构

本研究以静压支承式滑靴为例，柱塞-滑靴组件结构如图1所示，滑靴的润滑面主要由密封带和中心油室组成。

柱塞-滑靴组件形成的流场可等效为2个阻尼器的串联，如图2所示。柱塞和滑靴的流道是1个阻尼固定的圆管型阻尼器，而滑靴密封带与斜盘间的环形间隙组成

了1个缝隙阻尼器，在不考虑滑靴倾斜的情况下，阻尼值随着膜厚的变化而改变。柱塞腔内的高压油先经过固定阻尼器流入滑靴底部中心油室，进而通过可变阻尼器后，泄漏到壳体。

1.2 滑靴动力学方程

要了解油膜的在外载变化时的动态响应，需要建立油膜的动力学方程组：

式中， h为密封带下的油膜厚度；β为滑靴倾斜角； m为滑靴的质量； J为滑靴的转动惯量； c为滑靴副油膜的挤压阻尼，由挤压效应产生； B为滑靴的倾覆阻尼； k为滑靴副油膜的刚度； K为滑靴的倾覆刚度。

该方程组包含两个自由度，一个是在滑靴轴向承载力方向上的受力平衡，另一个是在斜盘倾斜角方向上的力矩平衡。斜盘倾斜方位角在滑靴整个运转周期内是在一个较小的范围内变化的[10]，对油膜的抗倾覆力矩的变化影响很小，而一些实验也验证了这个规律[11]，因此考虑滑靴倾斜时可将倾斜方位角作为一个固定值，认为只