[发明专利]一种球形泵活塞静压支撑设计方法

说明书

本发明公开了一种球形泵活塞静压支撑设计方法，包括以下步骤，1、建立活塞—气缸静压支撑模型：润滑液经过高压喷射在活塞表面和缸体之间形成润滑膜；2、根据步骤1中的静压支撑模型推导得出球形活塞的支撑力和球形活塞有效承载面积；3、依据球形泵的结构特点和流体静压通道结构，建立等效流体桥模型；4、对球形泵活塞静压支撑进行系统的分析，得到球形泵活塞表面油膜流速最低时的活塞角度θ，保证支撑油膜流速稳定。本发明通过建立模型对球形泵活塞静压支撑进行系统的分析，得到球形泵活塞表面油膜流速最低时的活塞角度，有效的降低该运动副间的摩擦系数，提高支撑性能，降低活塞摩擦磨损并避免卡死。

技术领域

本发明涉及液体静压支撑技术领域，特别涉及一种球形泵活塞静压支撑设计方法。

背景技术

文献《Kinematic modeling,analysis and test on a quiet spherical pump》提出了一种球形泵，结构简单、紧凑，且工作压力大于齿轮泵。但该球形泵的缺点是活塞与缸体间接触面为球-球窝接触，虽然能够保证良好的密封效果，但不可避免的造成摩擦力增大，尤其是高速运转时，滑动摩擦过大造成支撑油膜破裂。当活塞、转盘的轴线重合时，由于主轴的驱动力矩瞬时降为0；由于摩擦力的存在，活塞与缸盖间易发生卡死现象；其本质是活塞-缸体间摩擦力大于活塞的运动惯性力。为避免这种现象的发生，需要有效的降低活塞- 缸体间摩擦力，包含降低其接触力和摩擦系数两种方案。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种球形泵活塞静压支撑设计方法，有效的降低该运动副间的摩擦系数，提高支撑性能，降低活塞摩擦磨损并避免卡死。

本发明的目的是这样实现的：一种球形泵活塞静压支撑设计方法，一种球形泵活塞静压支撑设计方法，包括以下步骤：

步骤1、建立活塞—气缸静压支撑模型：润滑液经过高压喷射在活塞表面和缸体之间形成润滑膜；

步骤2、根据步骤1中的静压支撑模型推导得出球形活塞的支撑力和球形活塞有效承载面积；

步骤3、依据球形泵的结构特点和流体静压通道结构，建立等效流体桥模型；

步骤4、对球形泵活塞静压支撑进行系统的分析，得到球形泵活塞表面油膜流速最低时的活塞角度θ，保证支撑油膜流速稳定。

作为本发明的进一步限定，所述步骤2包括以下步骤：

(a)在球坐标中，不可压缩润滑液的连续方程为：

其中u_r，u_θ，表示液体速度分量；因为u_r＝0，所以上式(1)转化为：

(b)假设润滑液是匀速流动的，则不考虑润滑液的惯性即由于活塞沿着方向对称，所以所以具有均匀粘度的不可压缩的润滑液的纳维-斯托克斯方程：

可以简化为下式：

其中μ表示动力粘度系数，ρ表示润滑液密度，p表示润滑油压力；

(c)将连续方程代入上式(4)，可以得到说明润滑油压力p仅随θ变化；由平行表面间的流动理论可获得p沿θ方向的压力分布为：

对r求积分可得：其中a和b是两个不同的积分常数；代入边界条件u_θ|_r＝R＝0和u_θ|_r＝R+h＝0，可得在不同θ下的速度为：其中h表示活塞表面与缸体内表面之间的间隙；

(d)由上可得润滑液流量为：