轴向柱塞泵/马达磁性滑靴副结构设计与特性研究

摘要

滑靴副是轴向柱塞泵/马达的关键三大摩擦副之一，诸多专家学者的研究表明，轴向柱塞泵/马达的失效模式主要是摩擦副的磨损失效，其中尤其是滑靴副的磨损失效。本文以轴向柱塞泵/马达滑靴副的设计方法为载体，提出了一种以液压力和电磁力相平衡的磁性滑靴副。在此基础上，设计了磁性滑靴副的基本结构，重点研究了磁性滑靴副的电磁特性和油膜特性，研究成果为磁性滑靴副实用化奠定了基础。对其结构和特性分析得出以下结论:
　　(1)提出了磁性滑靴副的结构，介绍了磁性滑靴副的工作原理及其结构参数的选择，建立其数学模型和有限元模型。在电磁特性研究中分析了电压、电场强度、磁场和磁感应强度等因素对磁性滑靴副工作性能与使用寿命的影响。研究表明:磁性滑靴副结构中铁芯与斜盘接触的位置电场强度最大，其接触的气隙易出现放电使材料老化影响其使用寿命;磁场的主磁路能够构成闭合的回路且漏磁现象较少，励磁绕组线圈相互之间的磁场分布不存在叠加和干涉;励磁绕组线圈安匝数越多产生的电磁力越大，通入不同的电流时磁感应强度的峰值均出现在靠近励磁绕组线圈顶端的位置，达到峰值后，磁感应强度迅速衰减，其后磁感应强度衰减趋于平滑，达到励磁绕组线圈底端时磁感应强度最小。
　　(2)针对磁性滑靴副的数学模型，推导出电磁力的公式并验证其正确性，在油膜特性研究中分析了滑靴转速、负载、电磁力大小等因素对磁性滑靴副油膜厚度的影响。研究表明:在保证热楔支承力和剩余压紧力合力平衡时，负载对电磁力影响大于滑靴转速对电磁力的影响;随滑靴转动角度的改变，油膜厚度也相应的发生变化;滑靴转速的改变对油膜厚度影响很小，滑靴角度转到270°时油膜厚度达到最大值，其后油膜厚度逐渐减少。
　　(3)通过对轴向柱塞泵/马达磁性滑靴副整个运动过程中油膜变化的分析，设计轴向柱塞泵/马达磁性滑靴副油膜的测试试验台，其意义在于能够方便灵活的调节滑靴副的油膜的厚度，减少滑靴副因磨损而失效。

目录

声明

摘要

插图或附表清单

1 绪论

1．1 轴向柱塞泵／马达研究背景和课题来源

1．1．1 研究背景

1．1．2 课题来源

1．2 轴向柱塞泵／马达滑靴副结构特点和工作原理

1．2．1 滑靴结构形式

1．2．2 静压全平衡式结构特点和工作原理

1．2．3 剩余压紧力式结构特点和工作原理

1．3 轴向柱塞泵／马达滑靴副的国内外研究现状

1．3．1 国外滑靴副研究现状

1．3．2 国内滑靴副的研究现状

1．4 本课题研究内容和研究意义

1．4．1 本课题研究内容

1．4．2 本课题研究意义

2 轴向柱塞泵／马达磁性滑靴副的结构设计

2．1 磁性滑靴副结构分析及原理介绍

2．1．1 结构分析

2．1．2 原理介绍

2．2 磁性滑靴副结构设计

2．2．1 斜盘倾角参数的确定

2．2．2 柱塞结构Z、d、R参数的确定

2．3．3 柱塞的设计

2．2．4 励磁绕组结构φ、r、W参数的确定

2．3 柱塞受力分析

2．4 斜盘对滑靴支承力分析

2．4．1 静压力

2．4．2 热楔力

2．4．3 动压力

2．5 本章小结

3 轴向柱塞泵／马达磁性滑靴副电磁特性分析

3．1 磁性滑靴副模型

3．1．1 数学模型

3．1．2 边界条件

3．2 磁性滑靴副仿真分析

3．2．1 电压分布

3．2．2 电场强度分布

3．2．3 电磁力

3．2．4 电磁场

3．3 本章小结

4 轴向柱塞泵／马达磁性滑靴副油膜特性分析

4．1 磁性滑靴副电磁力公式的推导及验证

4．1．1 公式的推导

4．1．2 公式验证

4．2 剩余压紧力状态下磁性滑靴副的油膜特性

4．2．1 磁性滑靴副的运动和受力分析

4．2．2 负载和转速对磁性滑靴副电磁力的影响

4．2．3 负载和转速对滑靴副油膜厚度的影响

4．3 本章小结

5 轴向柱塞泵／马达磁性滑靴副油膜试验台构思设计

5．1 动力系统

5．1．1 系统组成

5．1．2 系统参数选择

5．2 油膜测试系统

5．2．1 测试系统

5．2．2 测试步骤

5．3 监测控制系统

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果