織構(gòu)化液壓缸摩擦副特性建模與實驗研究.pdf

1、液壓缸的高頻響主要受制于液壓密封件摩擦特性的影響，密封界面摩擦力與界面間距成反比，使得界面的摩擦力與泄漏量之間形成一對矛盾，而這個矛盾，是制約液壓缸頻響性能提升的難題。伺服液壓缸作為液壓伺服系統(tǒng)中高精度自動化裝備的關(guān)鍵元件，是未來制造業(yè)賴以生存的基礎(chǔ)和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，這就對伺服液壓缸的工作性能和使用壽命提出了更高的要求。
　　本文從提高液壓缸摩擦性能出發(fā)，耦合潤滑表面氣液兩相的作用，建立基于氣態(tài)耦合液膜的動壓潤滑支撐模型，計算存

2、在氣體的空化模型潤滑特性，并擴(kuò)展到建模求解空化耦合楔形效應(yīng)的可壓縮模型LCP(Lmear Complementarity Problem)方程，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及算法預(yù)測，設(shè)計最優(yōu)織構(gòu)參數(shù)。將織構(gòu)應(yīng)用于液壓缸內(nèi)壁面，研究織構(gòu)對液壓缸泄漏量的影響，使?jié)櫥瑴p阻與泄漏量之間能優(yōu)化匹配，為實現(xiàn)織構(gòu)化高頻響伺服液壓缸提供新的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。
　　1、動壓潤滑表面織構(gòu)形貌設(shè)計與數(shù)值求解。為了研究不同形貌的表面織構(gòu)在流體動壓潤滑條件下的摩擦特性，

3、本文基于傳統(tǒng)雷諾方程對不同形貌的表面織構(gòu)進(jìn)行數(shù)值求解。在比較分析了Sommerfeld邊界條件，半Sommerfeld邊界條件后應(yīng)用雷諾邊界條件，采用五點差分法對其進(jìn)行數(shù)值求解，復(fù)合梯形公式對壓力進(jìn)行積分求解，得到所需的摩擦學(xué)性能指標(biāo)。用此數(shù)學(xué)模型研究了不同的表面織構(gòu)微凹坑形狀以及微凹坑排布形式對潤滑膜承載力、摩擦力、摩擦系數(shù)的影響。
　　2、表面織構(gòu)空化效應(yīng)的數(shù)值補償LCP模型研究。傳統(tǒng)雷諾方程沒有考慮潤滑表面空化的形成，不能準(zhǔn)

4、確地解釋油膜演變現(xiàn)象。本文通過利用質(zhì)量流量守恒法則，推導(dǎo)出在整個流域內(nèi)，考慮基于壓力與變密度改進(jìn)后的線性補償LCP模型，結(jié)合氣液兩相流的CFD模擬，可以準(zhǔn)確預(yù)測摩擦性能和蒸汽體積。合理的空化效應(yīng)有利于促進(jìn)形成良好的潤滑表面，并減少摩擦副之間的摩擦，同時也改善油膜支撐性能。
　　3、空化耦合楔形效應(yīng)的可壓縮二維LCP模型研究。上述空化模型的考慮對象為不可壓縮流體，在實際工況中，液壓缸的摩擦副中存在一定的傾斜角度，所以摩擦副油膜模擬時

5、還需要考慮擠壓效應(yīng)，將一維空化效應(yīng)的LCP方程，擴(kuò)展到了二維空化耦合楔形的可壓縮LCP方程，分析了活塞摩擦副不平行的工況，研究了楔形油膜的微觀特性以及其摩擦學(xué)特性。
　　4、對不同的織構(gòu)表面形貌參數(shù)進(jìn)行摩擦特性實驗。經(jīng)對比分析，織構(gòu)形貌參數(shù)對織構(gòu)表面潤滑特性有重要的影響，通過設(shè)計合理織構(gòu)尺寸，可以降低摩擦系數(shù)。為了得到理想的織構(gòu)參數(shù)，本文采用了曲面響應(yīng)分析和混合BP-GA神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，對織構(gòu)表面空化條件下的摩擦特性進(jìn)行篩選和優(yōu)化以

6、及建立織構(gòu)參數(shù)與潤滑指標(biāo)之間的預(yù)測模型。最后通過實驗數(shù)據(jù)對兩種方法的預(yù)測和優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行比較，混合BP-GA神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法優(yōu)于曲面響應(yīng)分析方法，并且能夠準(zhǔn)確預(yù)測不同織構(gòu)參數(shù)的摩擦性能。
　　5、織構(gòu)化液壓缸內(nèi)泄漏以及摩擦實驗研究。將織構(gòu)加工在液壓缸筒內(nèi)壁進(jìn)行實驗，分別與傳統(tǒng)的密封圈活塞和新型的變間隙密封型活塞配合的液壓缸進(jìn)行測試。通過對兩種活塞與有無織構(gòu)缸的交叉實驗，得到結(jié)論:織構(gòu)化的缸筒不論采用何種活塞，都能有效減小活塞運行的摩擦系