一种柱塞泵滑靴-卡盘磨损寿命计算方法技术

本发明专利技术一种柱塞泵滑靴-卡盘磨损寿命计算方法，其计算方法步骤如下：1.微凸体载荷计算；2.许用磨损体积计算；3.许用磨损行程计算；4.滑靴自转角速度计算；5.滑靴-卡盘磨损寿命计算。本发明专利技术可以直接应用于产品，通过建立液体摩擦功与滑靴相对卡盘自转动能的关系确定滑靴自转角速度，并结合Archard(阿恰德)粘着磨损模型通过理论计算确定柱塞泵滑靴-卡盘的磨损寿命，具有工程适用性强的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种柱塞泵滑靴-卡盘磨损寿命计算方法
本专利技术提供一种柱塞泵滑靴-卡盘磨损寿命计算方法，特别是涉及一种在液体摩擦力作用下柱塞泵由于滑靴自转与卡盘的磨损寿命计算方法，属于磨损寿命分析

技术介绍
航空液压泵作为飞机液压系统的动力元件，其性能直接影响液压系统的工作状况，而航空液压泵80％以上的故障是由于磨损引起的。目前针对航空液压泵磨损失效的研究主要集中在配流盘与转子、柱塞与缸体以及滑靴与斜盘三对典型摩擦副上，且以对滑靴副的研究最多，但均集中与滑靴与斜盘的磨损分析与设计上，而对滑靴与卡盘的磨损研究较少。目前的航空液压泵产品大多已针对滑靴与斜盘的磨损问题做了相应的工程改进，如添加斜盘耐磨片以及滑靴下表面镀银等，这些措施都从很大程度上改善了滑靴与斜盘的磨损问题，但滑靴与卡盘的磨损问题却一直缺乏相应的理论和方法，使其对应的工程问题日益突出，这在某型飞机的发动机驱动泵产品耐久性试验中也暴露了大量滑靴与卡盘磨损导致回油量增加的问题。
技术实现思路
1、专利技术目的本专利技术的目的在于针对现有技术所存在的问题，提供一种柱塞泵滑靴-卡盘磨损寿命计算方法。它是通过计算在液体摩擦力作用下滑靴相对卡盘的自转角速度，以此建立磨损时间与磨损行程之间的联系，进而结合Archard(阿恰德)粘着磨损模型分别计算微凸体载荷、磨损体积、磨损行程以及磨损系数并最终求得柱塞泵滑靴-卡盘磨损寿命，为研究航空液压泵产品由于磨损导致的回油量增加问题奠定基础。2、技术方案本专利技术一种柱塞泵滑靴-卡盘磨损寿命计算方法，该方法具体步骤如下：步骤一：微凸体载荷计算。由于滑靴圆环面与卡盘为间隙配合方式，在液压泵工作过程中卡盘与滑靴圆环面间存在油膜，并未直接接触，所以卡盘对滑靴的法向压力Wa为微凸体载荷。若A表示滑靴上表面与卡盘的名义接触面积，H表示滑靴上表面硬度，则微凸体载荷计算公式如式(1)所示：其中ψ为塑性指数，用于两接触表面的接触状态；λ为膜厚比，用于两接触表面的润滑状况；Wa为微凸力载荷。步骤二：许用磨损体积计算。由滑靴上表面许用磨损深度hw结合滑靴尺寸参数R2、R3(见图1)计算滑靴上表面许用磨损体积Vw，如式(2)所示：步骤三：许用磨损行程计算。由步骤一计算所得微凸体载荷Wa与步骤二计算所得许用磨损体积Vw结合Archard(阿恰德)粘着磨损模型计算滑靴上表面许用磨损行程Lw，如式(4)所示：H表示滑靴上表面硬度，Kadh为滑靴与卡盘接触面磨损系数，其计算公式如式(5)所示：logKadh＝5logf-2.27(5)式中：f为滑靴与卡盘接触面摩擦系数。步骤四：滑靴自转角速度计算。滑靴与斜盘间油膜的粘性摩擦力矩造成了滑靴相对卡盘绕自身中心轴线的自转，考虑滑靴与斜盘间液体粘性摩擦力矩在液压泵从启动至到达额定转速的时间内所做的功全部转化为滑靴绕自身中心轴线相对卡盘转动的动能来计算滑靴相对卡盘自转的角速度。主要包括：a.液体摩擦力计算。滑靴与斜盘间为不完全平衡静压支承，二者之间存在一定厚度的油膜，油膜分开了滑靴与斜盘，但存在着液体摩擦。滑靴与卡盘间液体摩擦力Ff计算公式如式(6)：式中：R1、R2为滑靴尺寸参数(见图1)，μ为油液的动力粘度，h0为滑靴与斜盘间的油膜厚度，u为柱塞分布圆上柱塞孔中心转动线速度，其计算公式如式(7)：ω为柱塞分布圆上柱塞孔中心转动角速度，R为柱塞分布圆半径，n为柱塞泵转子转速。b.液体摩擦功率计算。液体摩擦功率Pf由粘性摩擦力矩T与柱塞分布圆上柱塞孔中心转动角速度ω求得。其中粘性摩擦力矩T计算公式如式(8)：液体摩擦功率Pf计算公式如式(9)：式中：R1、R2为滑靴尺寸参数(见图1)，ω为柱塞分布圆上柱塞孔中心转动角速度，R为柱塞分布圆半径，n为柱塞泵转子转速，h0为滑靴与斜盘间的油膜厚度，u为柱塞分布圆上柱塞孔中心转动线速度c.滑靴自转角速度计算。若柱塞泵从启动至到达额定转速n0过程中转速线性增加，且所用时间为t0，柱塞泵达到额定转速后滑靴以t0时刻的末速度匀速自转，考虑t0时间内的能量转换关系，式(10)所示关系：式中：ω0为滑靴自转角速度，h0为滑靴与斜盘间的油膜厚度，R为柱塞分布圆半径。则滑靴自转角速度计算公式如式(11)所示：式中：R1、R2为滑靴尺寸参数(见图1)，R为柱塞分布圆半径，h0为滑靴与斜盘间的油膜厚度，u为柱塞分布圆上柱塞孔中心转动线速度，I为转动惯量步骤五：滑靴-卡盘磨损寿命计算。由步骤三计算所得滑靴上表面相对卡盘的许用磨损行程Lw与步骤四计算所得滑靴自转角速度ω0，结合滑靴尺寸参数可得时间t内滑靴相对卡盘的磨损行程L为：则滑靴-卡盘磨损寿命tw计算公式如式(13)所示：式中：R2、R3为滑靴尺寸参数(见图1)，hw为滑靴上表面许用磨损深度，Kadh为滑靴与卡盘接触面磨损系数，Wa为微凸体载荷，H表示滑靴上表面硬度。其中，步骤一中所述的“微凸体载荷”是指在非刚性接触表面的微观接触方式中，两个接触表面上存在的微小凸体之间的作用力。其中，步骤二中所述的“许用磨损体积”是指该单元所能接受的最大磨损体积。其中，步骤三中所述的“许用磨损行程”是指该单元所能接受的最大的等效磨损行程。3、优点及功效本专利技术具有以下优点：1)本专利技术一种柱塞泵滑靴-卡盘磨损寿命计算方法，可以通过理论计算确定柱塞泵滑靴-卡盘的磨损寿命，具有较强的工程适用性。2)本专利技术一种柱塞泵滑靴-卡盘磨损寿命计算方法，通过建立液体摩擦功与滑靴相对卡盘自转动能的关系确定滑靴自转角速度，可为柱塞泵工作过程滑靴运动规律的研究提供帮助。附图说明图1是滑靴尺寸参数图。图2是本专利技术计算方法流程图。图中符号说明如下:R1滑靴尺寸参数R2滑靴尺寸参数R3滑靴尺寸参数1、表示柱塞；2、表示滑靴。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术一种柱塞泵滑靴-卡盘磨损寿命计算方法，，见图2所示，该方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柱塞泵滑靴‑卡盘磨损寿命计算方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：微凸体载荷计算；由于滑靴圆环面与卡盘为间隙配合方式，在液压泵工作过程中卡盘与滑靴圆环面间存在油膜，并未直接接触，所以卡盘对滑靴的法向压力Wa为微凸体载荷；若A表示滑靴上表面与卡盘的名义接触面积，H表示滑靴上表面硬度，则微凸体载荷计算公式如式(1)所示：Wa=130AHψ[F32(λ)-F32(λ+1ψ2)]+110πAHF1(λ+1ψ2)---(1)]]>其中Fy(x)=12π∫x+∞(t-x)ye-t2/2dt---(2)]]>ψ为塑性指数，用于两接触表面的接触状态；λ为膜厚比，用于两接触表面的润滑状况；Wa为微凸力载荷；步骤二：许用磨损体积计算；由滑靴上表面许用磨损深度hw结合滑靴尺寸参数R2、R3，计算滑靴上表面许用磨损体积Vw，如式(3)所示：Vw=π(R22-R32)hw---(3)]]>步骤三：许用磨损行程计算；由步骤一计算所得微凸体载荷Wa与步骤二计算所得许用磨损体积Vw结合Archard即阿恰德粘着磨损模型计算滑靴上表面许用磨损行程Lw，如式(4)所示：Lw=VwHWaKadh---(4)]]>H表示滑靴上表面硬度，Kadh为滑靴与卡盘接触面磨损系数，其计算公式如式(5)所示：logKadh＝5logf‑2.27     (5)式中：f为滑靴与卡盘接触面摩擦系数；步骤四：滑靴自转角速度计算；滑靴与斜盘间油膜的粘性摩擦力矩造成了滑靴相对卡盘绕自身中心轴线的自转，考虑滑靴与斜盘间液体粘性摩擦力矩在液压泵从启动至到达额定转速的时间内所做的功全部转化为滑靴绕自身中心轴线相对卡盘转动的动能来计算滑靴相对卡盘自转的角速度；主要包括：a.液体摩擦力计算；滑靴与斜盘间为不完全平衡静压支承，二者之间存在一定厚度的油膜，油膜分开了滑靴与斜盘，但存在着液体摩擦；滑靴与卡盘间液体摩擦力Ff计算公式如式(6)：Ff=π(R22-R12)μuh0---(6)]]>式中：R1、R2为滑靴尺寸参数，μ为油液的动力粘度，h0为滑靴与斜盘间的油膜厚度，u为柱塞分布圆上柱塞孔中心转动线速度，其计算公式如式(7)：u=ωR=nπR30---(7)]]>ω为柱塞分布圆上柱塞孔中心转动角速度，R为柱塞分布圆半径，n为柱塞泵转子转速；b.液体摩擦功率计算；液体摩擦功率Pf由粘性摩擦力矩T与柱塞分布圆上柱塞孔中心转动角速度ω求得，其中粘性摩擦力矩T计算公式如式(8)：T=FfR=π(R22-R12)μuRh0---(8)]]>液体摩擦功率Pf计算公式如式(9)：Pf=Tω=π3(R22-R12)μn2R2900h0---(9)]]>式中：R1、R2为滑靴尺寸参数，ω为柱塞分布圆上柱塞孔中心转动角速度，R为柱塞分布圆半径，n为柱塞泵转子转速，h0为滑靴与斜盘间的油膜厚度，u为柱塞分布圆上柱塞孔中心转动线速度；c.滑靴自转角速度计算；若柱塞泵从启动至到达额定转速n0过程中转速线性增加，且所用时间为t0，柱塞泵达到额定转速后滑靴以t0时刻的末速度匀速自转，考虑t0时间内的能量转换关系，式(10)所示关系：π3(R22-R12)μ(n02)2R2900h0t0=12Iω02---(10)]]>式中：ω0为滑靴自转角速度，h0为滑靴与斜盘间的油膜厚度，R为柱塞分布圆半径，则滑靴自转角速度计算公式如式(11)所示：ω0=π3(R22-R12)μn02R2t01800Ih0---(11)]]>式中：R1、R2为滑靴尺寸参数，R为柱塞分布圆半径，h0为滑靴与斜盘间的油膜厚度，u为柱塞分布圆上柱塞孔中心转动线速度，I为转动惯量；步骤五：滑靴‑卡盘磨损寿命计算；由步骤三计算所得滑靴上表面相对卡盘的许用磨损行程Lw与步骤四计算所得滑靴自转角速度ω0，结合滑靴尺寸参数得时间t内滑靴相对卡盘的磨损行程L为：则滑靴‑卡盘磨损寿命tw计算公式如式(13)所示：tw=2πHhw(R2-R3)KadhWaω0---(13)]]>式中：R2、R3为滑靴尺寸参数，hw为滑靴上表面许用磨损深度，Kadh为滑靴与卡盘接触面磨损系数，Wa为微凸体载荷，H表示滑靴上表面硬度。...

【技术特征摘要】
1.一种柱塞泵滑靴-卡盘磨损寿命计算方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：微凸体载荷计算；由于滑靴圆环面与卡盘为间隙配合方式，在液压泵工作过程中卡盘与滑靴圆环面间存在油膜，并未直接接触，所以卡盘对滑靴的法向压力Wa为微凸体载荷；若A表示滑靴上表面与卡盘的名义接触面积，H表示滑靴上表面硬度，则微凸体载荷计算公式如式(1)所示：其中ψ为塑性指数，用于表示两接触表面的接触状态；λ为膜厚比，用于表示两接触表面的润滑状况；Wa为微凸体载荷；步骤二：许用磨损体积计算；由滑靴上表面许用磨损深度hw结合滑靴尺寸参数R2、R3，计算滑靴上表面许用磨损体积Vw，如式(3)所示：Vw＝π(R22-R32)hw(3)步骤三：许用磨损行程计算；由步骤一计算所得微凸体载荷Wa与步骤二计算所得许用磨损体积Vw结合Archard即阿恰德粘着磨损模型计算滑靴上表面许用磨损行程Lw，如式(4)所示：H表示滑靴上表面硬度，Kadh为滑靴与卡盘接触面磨损系数，其计算公式如式(5)所示：logKadh＝5logf-2.27(5)式中：f为滑靴与卡盘接触面摩擦系数；步骤四：滑靴自转角速度计算；滑靴与斜盘间油膜的粘性摩擦力矩造成了滑靴相对卡盘绕自身中心轴线的自转，考虑滑靴与斜盘间液体粘性摩擦力矩在液压泵从启动至到达额定转速的时间内所做的功全部转化为滑靴绕自身中心轴线相对卡盘转动的动能来计算滑靴相对卡盘自转的角速度；主要包括：a.液体摩擦力计算；滑靴与斜盘间为不完全平衡静压支承，二者之间存在一定厚度的油膜，油膜分开了滑靴与斜盘，但存在着液体摩擦；滑靴与卡盘间液体摩擦力Ff计算公式如式(6)：式中：R1、R2为滑靴尺寸参数，μ为油液的动力粘度，h0为滑靴与斜盘间的油膜厚度，u为柱塞分布圆上柱塞孔中心转动线速度，其计算公式如式(7)：ω为柱塞分布圆上柱塞孔中心转动角速度，R为柱塞分布圆半径，n为柱塞泵转子转速；b.液体摩擦功率计算；液体摩擦功率Pf由粘性摩擦力矩T与柱塞分...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云霞，井海龙，廖寻，康锐，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11