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斜盘式轴向柱塞泵具有结构紧凑和功率密度高等优点,被广泛应用于航空航天、农业、机械制造等领域。柱塞泵内主要的工作单元是柱塞偶件,由柱塞与柱塞腔组成。柱塞通过往复运动完成对流体机械能和液压能的转换。柱塞偶件间的缝隙被腔内流体填充形成的油膜,为相对运动的构件提供润滑和密封作用。油膜的工作性能直接影响柱塞泵的工作效率。缝隙形状和边界滑移条件对油膜流动规律有重要作用,并直接影响润滑和密封效果。为进一步提高油膜润滑和密封效果,本文通过数值模拟和理论分析的方法,研究了不同条件下柱塞表面不同尺寸的凹槽结构和流体边界滑移条件对油膜流动规律的影响,并讨论规律变化的原因。 (1)带有凹槽的缝隙对油膜流动规律的影响。通过对凹槽结构内流体摩擦力和流线变化进行分析,研究不同深度、宽度和底部形状的凹槽结构对油膜流动规律的影响。增加矩形凹槽结构后,近壁面油膜总摩擦力随柱塞运动速度增加而降低,油膜润滑效果得到改善。相同深度和宽度条件下,相比于其他形状凹槽,矩形凹槽对近柱塞壁面处油膜总摩擦力影响最大。凹槽深度和宽度变化对矩形凹槽内油膜摩擦力产生影响,其中凹槽宽度的不同对油膜总摩擦力影响更明显。 (2)流体边界滑移对偶件平行缝隙间油膜流动的影响。引入Navier边界滑移模型,对柱塞偶件缝隙内油膜流动规律进行理论推导,得到考虑边界滑移后的油膜流动方程,研究了不同边界滑移条件和柱塞运动速度对油膜润滑和密封性能的影响。边界滑移和柱塞运动速度对柱塞偶件缝隙内油膜流动规律改变明显。柱塞运动速度为1.94m/s,滑移长度为3μm时,吸油阶段平均速度比无滑移条件下增大24.38%,润滑性能提高;流量增大量提高,密封性减弱。排油阶段柱塞运动速度增大,油膜剪应力和流量与无滑移条件下相比差距减小,对油膜润滑性能和密封性影响减弱。考虑边界滑移条件下,柱塞泵转速由1500r/min提高到4000r/min,偶件间油膜近壁面剪应力降低量增加,润滑性能提升。同时油膜流量降低,使边界滑移对油膜密封性能的影响减弱。 (3)边界滑移对有凹槽的缝隙间油膜流动规律的影响。与无凹槽结构下油膜整体剪应力相比,边界滑移对带有凹槽结构的油膜润滑效果降低。柱塞运动速度越高,油膜润滑效果降低越明显。当柱塞运动速度达到最大值4.51m/s时,吸油阶段带有凹槽结构的油膜剪应力减小量比无凹槽结构的小6.3%。增加凹槽数量可以提高边界滑移对凹槽内流体流动的影响。通过对凹槽结构内流场和壁面处流体剪应力分析可知,滑移长度的变化对凹槽壁面附近流体剪应力的影响可以忽略。