柱塞泵是一类流体-热-结构耦合的复杂产品,主要由柱塞副、滑靴副、配流副的性能来保证能量转换效率以及寿命。柱塞副主要由柱塞、缸体组成,两个组件相互配合使容腔体积周期性变化来实现吸油、增压和排油功能。目前对柱塞副运动学、动力学与流体动力学、材料学、热力学间的相互作用规律尚不明晰,也缺少成熟的理论支撑,为此本文从理论和试验两个层面开展研究工作,主要研究内容如下:(1)结合柱塞副的结构、运动和受力情况,建立柱塞副的运动和受力模型,并进行了运动学的仿真。(2)建立了柱塞副流体-热-结构耦合油膜特性模型并给出了数值求解方法。采用有限体积法和超松弛迭代法对模型中的雷诺方程和能量方程进行了离散并求解,最后介绍了关于柱塞表面变形的有限元计算方法。(3)采用MATLAB和COMSOL联合仿真的方式,在特定工况下对柱塞副的油膜厚度场、压力场、温度场进行了仿真计算,并分析了上述物理场在一个周期内的变化规律。(4)设计并搭建了单柱塞式360°油膜润滑特性测试台和配套测试系统。在不同负载压力、入口油温和主轴转速工况下开展了柱塞副油膜厚度、油膜压力、温度试验,并对试验与仿真结果做了对比分析。理论和试验结果表明:(1)柱塞副最小油膜厚度随负载压力、入口油温和主轴转速的上升而减小,当负载压力超过20MPa,入口油温超过40℃,主轴转速超过2000r/min时,减小的趋势增大;(2)柱塞副油膜的热平衡温升值随上述参数的增大而上升,其中主轴转速是影响热平衡温升值大小的主要因素;(3)入口油温上升时,除压力峰值区域外的动压力都下降,当负载压力和主轴转速上升时,油膜内的动压力全部增大。上述结论证明了所提出的柱塞副油膜多物理参数计算模型的相对准确性,能有效预测柱塞副的润滑性能,并指导柱塞副的结构优化。