斜盘式轴向柱塞泵作为工程液压设备中常见的组成部件之一,其性能直接影响着各类机械装备工作的可靠性。在柱塞泵关键组成零部件中,柱塞与铜套间的润滑状态对泵的工作性能影响明显。近年来,部分研究学者将表面织构设计理念应用于柱塞副设计,以改善其润滑性能。本文结合作者前期螺旋式沟槽柱塞的设计方案,对柱塞-铜套副润滑特性展开深入研究。为了探究螺旋沟槽式柱塞-铜套副的润滑特性,进行螺旋沟槽式柱塞副润滑理论建模与数值求解以及变参数影响下的性能分析,同时开展润滑条件下柱塞-铜套副往复摩擦试验和泄漏试验研究。具体内容和研究结论如下:(1)构建不考虑柱塞倾斜和计及柱塞倾斜影响时螺旋沟槽式柱塞-铜套副的润滑理论模型,建立油膜压力控制方程和油膜厚度方程,利用有限差分法对方程进行求解。进行算例分析,给出三种不同表面织构柱塞副在两种影响下的油膜厚度分布和油膜压力分布,并对柱塞副相关润滑特性中油膜承载力、摩擦系数、泄漏量以及摩擦损失功率的大小进行对比分析。结果表明,沟槽结构能够在一定程度上改善柱塞副的润滑性能;倾斜工况下,柱塞与铜套之间形成楔形间隙,柱塞与铜套配合间隙处能够产生动压效应,油膜压力增大,柱塞副的润滑性能得到改善;数值求解方法具备一定的可行性与合理性,为后续螺旋沟槽式柱塞-铜套副的润滑性能分析打下基础。(2)结合柱塞泵实际运动工况,仅针对计及柱塞倾斜影响时进行研究。主要研究沟槽特征参数中沟槽螺旋升角和沟槽尺寸参数对沟槽式柱塞-铜套副润滑特性的影响以及螺旋沟槽式柱塞-铜套副在不同工况下的润滑性能,重点分析柱塞副的油膜压力分布、油膜承载力、摩擦系数、泄漏量以及摩擦功率损失的变化规律。结果表明,相较于无沟槽结构和环形沟槽结构,螺旋沟槽结构更有利于改善柱塞副的润滑性能;螺旋沟槽结构因增大油膜压力的范围更大使得整体柱塞副油膜承载力增加,高压工况下最大增幅为22.6%;摩擦系数显著降低,最大降幅为34.8%;螺旋沟槽结构降低了油液流经的流动阻力,增大了压差流,导致柱塞副泄漏量相对增加,当沟槽螺旋升角为3°时,泄漏量的增幅仅为4.4%,设计合理的螺旋沟槽能够改善柱塞副的润滑性能同时使得柱塞副泄漏量增加的幅度在可接受的范围内;一定程度上增加沟槽螺旋升角能够进一步提升柱塞副的润滑性能。较大的沟槽深度对柱塞副润滑特性的影响不明显;相较于沟槽深度,沟槽宽度对柱塞副性能的影响更为显著,沟槽宽度的增加使得柱塞副的油膜承载力、摩擦系数、泄漏量以及摩擦功率损失均增加。工况特征参数的影响中,随着柱塞倾角的增加,油膜的动压效果得到增强,油膜承载力提升,摩擦系数、泄漏量和摩擦功率损失降低;当轴向速度方向与供油压力方向相反时才能增强柱塞副的动压效果,提高柱塞副的润滑性能;柱塞的自转速度对柱塞副润滑性能的影响比较微弱。(3)以摩擦磨损试验平台为基础,搭建柱塞副润滑性能的测试装置,开展螺旋沟槽式柱塞-铜套副往复摩擦试验和泄漏试验,通过对润滑下不同试件摩擦系数和泄漏量结果进行对比分析,探讨螺旋沟槽结构对柱塞-铜套副润滑特性的影响情况。结果表明,沟槽结构对柱塞-铜套副的润滑特性均有一定改善,沟槽螺旋角为12°的柱塞试件摩擦系数降幅最大,达到了54.2%。螺旋沟槽结构导致柱塞副的泄漏量有所增加,但设计合理的螺旋沟槽结构能够使得泄漏量增加的幅度在可接受的范围内。通过上述数值模拟和试验研究结论可以得出,螺旋沟槽式柱塞结构设计有利于改善柱塞-铜套副的润滑性能;数值理论建模与求解方法具备一定的合理性,可以为柱塞-铜套副润滑性能优化设计提供参考。