高速液压缸活塞复合织构及润滑特性研究

摘要

液压缸中活塞-缸筒摩擦副的摩擦系数大小直接影响到整个液压系统的工作效率，因此提高液压缸的润滑特性，对液压系统显得尤为重要。表面织构作为一种可以显著改善表面摩擦学性能的方法，目前已经得到了一定程度的应用，如内燃机缸筒内壁的珩磨条纹能有效的改善其工作效率。本文将引用表面织构技术到液压缸缸筒-活塞摩擦副中进行动压润滑分析，为实现液压缸高速化提供新的理论与技术依据。为了系统全面地研究表面织构的减摩规律，寻求液压缸具体工况和润滑条件下的最优织构参数，本文做了如下工作:
　　(1)对表面织构进行形貌设计与数值求解。对表面织构的形貌建模，设计了条状、圆形、正方形和十字形织构。采用Reynolds方程对单个凹坑表面织构单元进行求解，得到各种形貌的压力分布图、油膜承载力、摩擦力以及摩擦系数。对比不同形貌表面织构的动压润滑特性，得出最优形状为条状凹坑织构。
　　(2)非对称型织构的动压润滑特性研究。非对称型织构在一定的条件下比对称凹坑织构有更好的动压润滑性能，非对称织构形状固定时，承载力与速度成线性关系，并且随着速度增加，承载力也增大。
　　(3)织构化间隙密封液压缸动压润滑性能研究。将表面织构引入液压缸间隙密封中，通过对整个环形间隙密封流场进行仿真模拟，得到环形凹坑在中间分布时的摩擦系数最小。
　　(4)设计并进行织构缸的摩擦性能试验。对四种不同组合形式的缸筒-活塞摩擦副进行试验研究，得出选用合理的缸筒-活塞的组合形式，摩擦系数的减幅超过50％。选用相同的活塞时，织构化缸筒有得较小的摩擦系数，取得更好的润滑特性。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 表面织构技术国内外研究现状

1．2．1 仿生织构的发展与应用

1．2．2 国内外表面织构研究与发展

1．2．3 表面织构的加工方式

1．2．3 织构液压缸的研究现状

1．3 课题的来源及研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 研究内容

第2章 表面织构的形貌设计

2．1 表面织构的流场域模型

2．1．1 几何模型的简化方法

2．1．2 不同形貌的流域模型

2．2 Reynolds方程

2．2．1 Reynolds方程的基本假设

2．2．2 边界条件

2．3 表面织构的求解计算

2．3．1 膜厚方程的建立

2．3．2 控制方程与膜厚方程的无量纲化

2．3．3 织构摩擦学特性计算

2．3．4 CFD计算流程

2．4．5 数值解法

2．4 计算与结果分析

2．5 本章小结

第3章 非对称模型动压润滑性能

3．1 FLUENT软件求解过程

3．1．1 前处理器

3．1．2 求解器

3．1．3 后处理器

3．2 非对称型织构模型及参数设置

3．2．1 物理模型的建立

3．2．2 织构流场网格划分

3．2．3 仿真模型参数设置

3．3 仿真结果分析

3．3．1 非对称织构润滑效应分析

3．3．2 表面形貌对织构承载力的影响

3．3．3 壁面运动速度对织构承载力的影响

3．3．4 运动方向对织构承载力的影响

3．4 本章小结

第4章 织构化间隙密封流场仿真分析

4．1 间隙流场的网格划分

4．2 间隙流场的仿真与结果讨论

4．2．1 不同表面形貌间隙流场压力分布

4．2．2 间隙流场的摩擦学特性

4．3 本章小结

第5章 织构化变间隙密封液压缸实验研究

5．1 实验平台的搭建

5．2 实验测试方案

5．3 数据分析与结论

5．4 本章小结

6．1 全文总结

6．2 展望

致谢

参考文献

附录