双侧驱动轴向柱塞马达耦合机理及性能优化研究

The dual-drive axial piston motor based on slipper pair using magnetic preload is put forward and is used as research object in this project, for the problems of the axial piston motors in existence such as the unbalanced axial hydraulic pressure, the torque ripple, the poor low-speed stability. The mechanical model of the valve plate pair is established, the impact of the number and the distribution of the pistons, the dip angel of the bevel, the pressure in the column holes, the structure of the valve plate pair on the axial hydraulic pressure is studied, and the coupling mechanism of balanced axial hydraulic pressure is established. The transient torque ripple equation is given, with considering itslef structural parameters and external factores, the coupling mechanism of dual-ring pistons, the bevel of the swash plate, the structure of the valve plate is established in the case of the low torque ripple. The mechanical model of the shaft is established, the coupling mechanism of the inside ripple and outside ripple is established in the case of the optimal start-up characteristic, and the low-speed stability is studied. The physical model and the mechanical model are established, the relationship of the action area of the slippe, diamagnetic force and the damping hole is analyzed, and it will optimize the oil film performance. The dual-drive axial piston motor’s prototype is developed and the experiments on the different parameters are carried out. At last the design princple and the evaluation methodology for the design and the manufacture of the dual-drive axial piston motor is put forward.

针对轴向柱塞马达的轴向液压力不平衡、瞬态扭矩脉动、低速稳定性差等问题，本项目提出并设计了一种磁预紧滑靴副双侧驱动轴向柱塞马达，并以此为研究对象。建立配流副的力学模型，研究柱塞数目及分布、斜盘斜面倾角、柱塞孔压力分布、配流盘结构等对轴向液压力的影响，确立轴向液压力平衡的耦合机理；建立瞬态扭矩脉动方程，考察马达本身结构参数与外部因素对其影响，确立低扭矩脉动的多排柱塞、斜盘斜面及配流盘之间的耦合机理；建立传动轴的力学模型，确定最优启动特性下的内外排耦合机理，进一步分析其低速稳定性。建立磁预紧滑靴副的物理模型和力学模型，分析滑靴作用面积、阻尼孔、磁性力三者之间的关系，优化其油膜特性。研制双侧驱动轴向柱塞马达样机，试验研究其各项特性。最终为双侧驱动轴向柱塞马达的设计与制造提供良好的理论基础。

针对轴向柱塞马达的轴向液压力不平衡、瞬态扭矩脉动、低速稳定性差等问题，本项目提出并设计了一种磁预紧滑靴副双侧驱动轴向柱塞马达，并以此为研究对象。对双侧驱动轴向柱塞马达运动情形及受力进行分析，研究内外排交错角和平均扭矩以及内外排柱塞数均为奇数或偶数时对双侧驱动轴向柱塞马达的扭矩脉动率的影响。建立一种用于双侧驱动轴向柱塞马达泄漏特性、压力分布的数学模型，得出了倾侧角、油膜厚度、密封带宽度和腰型槽中心角对泄漏量和压力分布的影响，为配流副的优化奠定了基础。建立了双侧驱动轴向柱塞马达的启动特性，计算了马达的实际启动转矩为驱动转矩与相应摩擦转矩（包括配流副摩擦力矩、滑靴副摩擦力矩、柱塞离心力摩擦力矩、流体阻力矩、其它阻力矩等）的差值，在各种工况下与普通轴向柱塞马达相比，双侧驱动轴向柱塞马达的启动平稳性较优，不存在大跨度的矩变化，启动转矩响应变化较平稳，对马达的冲击较小。首次提出一种用于柱塞泵/马达的外排压紧新结构，并依此为研究对象，建立该压紧结构的外回程球铰副相对运动关系数学模型，并进行了运动学分析得出外回程机构的结构参数对其轨迹、滑靴副油膜和划痕的影响，为具有外排压紧结构的轴向柱塞泵的能量耗散规律，同时为其磨损特性、力学性能的分析奠定基础。同时该新型压紧机构也可用于普通轴向柱塞泵/马达，具有压紧力矩大，分布性好等优点，在普通轴向柱塞泵/马达中应用也具有非常良好的前景。首次提出了一种可应用双侧驱动轴向柱塞马达的磁性滑靴副，设计了磁性滑靴副的基本结构，建立了磁性滑靴副的数学模型，得出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。通过本项目的研究，完善了双侧驱动轴向柱塞马达的基本理论，为其设计制造提供基础；突破了双侧驱动轴向柱塞马达的最大技术难题三个配流副压紧问题，奠定工业应用基础；建立双侧驱动轴向柱塞马达磁预紧的初步理论，拓宽了其应用范围。