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。柱塞副是柱塞泵最重要的摩擦副之一,其性能影响柱塞泵寿命和效率。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,并进行运动学的仿真。(2)建立了柱塞副流固耦合油膜特性模型并进行了数值求解。采用Newton-Raphson法求解柱塞偏心量并联立求解雷诺方程和油膜厚度方程得到油膜压力离散方程,进而采用超松弛迭代法求解油膜压力离散方程得到油膜压力分布。最后通过有限单元法计算柱塞表面弹性变形。(3)对柱塞副的油膜厚度、压力、粘性摩擦力的变化规律进行了数值计算,并分析了不同负载压力、转速对最小油膜厚度和粘性摩擦力的影响规律。(4)设计并搭建了多物理场耦合柱塞副油膜特性试验台和配套的测试系统。在不同负载压力、主轴转速工况下开展了柱塞副油膜厚度、油膜压力、粘性摩擦力试验,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)计入弹性变形时,油膜特性发生变化;(2)负载压力越大,主轴转速越高,弹性变形越明显;(3)粘性摩擦力随负载压力和主轴转速的增大而增大;(4)弹性变形的出现,导致油膜剪切应力增大,从而促使粘性摩擦力增大。上述结论证明了所提出的多物理参数耦合油膜厚度与压力分布模型的相对准确性,能有效预测柱塞副的润滑性能,并指导柱塞副的结构优化。