0 引言
斜盘轴向柱塞泵马达由于其结构特点，可以达到较高的效率和耐压，可以实现多种变量功能，因此，成为液压技术中的王牌元件。但由于其一般有至少四对滑动摩擦副：配油盘-缸体、缸体-柱塞、柱塞头-滑履球窝、滑履-斜盘，润滑状况复杂，因此，耐久性就成为其关键指标，也是国内产品与世界先进水平差距最大的一方面。为配合工业强基战略，特编写此文，主要参考了Breuer的博士论文[1]（德国亚琛工大流体传动控制研究所IFAS 2007）中的文献综述部分和文献[2～6]。为便于与参考文献对应检索，文中人名都保留拉丁字母。
1 综述
关于普通滑动轴承的摩擦状况，德国人Stribeck根据大量测试结果，在1902年总结出了著名的Stribeck曲线（见图1）。从中可以看出，在混合摩擦区摩擦系数最小。而由于在液体摩擦区，材料磨损最少，所以，滑动轴承较理想的是工作于混合摩擦与液体摩擦交界处。该曲线对设计滑动轴承十分有价值，因此，被收入德国工业标准DIN 50281:1977-10 《轴承中的摩擦：概念、种类、状况、物理量》。
d-摩擦表面间的距离 R-摩擦表面的粗糙度
μ-摩擦系数=摩擦力/正压力
u-当量速度=润滑液动力粘度×滑动速度/正压力
I-边界摩擦 II-混合摩擦 III-液体摩擦
图1 滑动摩擦的Stribeck曲线
然而，相比于普通滑动轴承，作用在轴向柱塞泵的摩擦副上的负荷、压力分布、几何和运动学的关系要复杂得多。由于各个滑动点的耦合，柱塞在球窝接头和缸体孔内具有不确定的自由度，使得摩擦接触的计算相当困难。就拿柱塞来说，柱塞虽然也有类似普通滑动轴承中的轴的转动，有轴向的平动，但还受到一个由滑履作用给柱塞的，在承载面积（缸体）之外的侧向力，使得柱塞带来的摩擦损失成为功率损失的主要部分。因此，在传统滑动轴承理论基础上积累的经验，只能有限地应用[7～15]。
Van Der Kolk（1972）最早尝试研究柱塞-缸体间的摩擦力问题。他设计建立了一台斜盘试验台进行实验。然而，由于实验的斜盘旋转轴与柱塞轴线重合，因此，柱塞无轴向运动，只受到一个旋转的侧向力。在实验和理论上，他避开了由于柱塞轴向运动的承载压力分布，把摩擦学问题简化为一个倾斜的，外部侧向加载的单边边缘压力增高的滑动轴承。他特别关注了柱塞伸出最多的位置（下死点）。间隙中压力分布的测量结果表明，压力积聚主要发生在间隙的边缘区域。在理论研究部分，他第一次采用数值解法解雷诺方程[16]。
Renius（1974）认识到Van Der Kolk试验台的局限性，提出了一种改进的结构，考虑了柱塞的轴向运动。他使用了一个完全静压承载的测量套和一个补偿柱塞，把压力与摩擦力分开来测量。这个试验台采用了一个与转角相关的阀控，从而可以模拟泵、马达，或者等压工作，即柱塞在缩回和伸出时都承受压力。这样，就能够实验模拟所有在实际工作中出现的状况。在实际工作中不会直接发生的等压操作非常适合于了解在柱塞上发生摩擦的大致状况。他进行了参数广泛的试验，压力15～200bar，倾斜角0～20°，速度2000～100r/min。此外，他还进行了特殊的起动试验。他以经典滑动轴承理论的形式展示他的试验结果，详细讨论了相似性准数，如Sommerfeld数，或Gümbel-Hersey数在他的测试中的有效性和适用性。他从实验获得的主要结果如下[6、17]：
（1）柱塞-缸体的滑动摩擦特性可以从驱动角进行描述，证明了Stribeck曲线在明显的混合摩擦区域的有效性。
（2）展示了相似准数Gü=ηω/р的良好可用性，这里，η是粘度，ω是驱动转速，p是柱塞孔内压力。指出，如Van Der Kolk所描述的边缘压力增加的影响，对柱塞-缸体接触无实际意义。
（3）柱塞的摩擦对马达的起动特性起决定性作用，这导致起动损失会达到马达理论转矩的13％～16％。同时，在滑履处经常出现大的泄漏，这可用球头和柱塞间有很大的旋转摩擦力来解释。
（4）柱塞相对驱动角的转动不在所有工作点与驱动旋转一致。从理论上考虑，得出的结论是，相对转动对摩擦特性是不利的。
（5）柱塞的直线运动对于支撑压力的建立，从而使摩擦副表面分离，在马达模式具有特别重要的意义，这点通过变参数的测试被证实。
（6）他在试验中发现有困油现象，但认为影响不显著。
（7）柱塞和缸体之间的间隙在实验中表现出对摩擦进程影响极大，建议小于柱塞直径的1％。间隙的下限应由充分的润滑，而不应由泄漏的要求来确定。
（8）他对柱塞-缸体配合的设计提出建议：对泵，采用光滑的不带均压槽，带短的导向段的短柱塞，对马达则采用长的导向段。
Dowd和Barwell（1974）建立了一个研究柱塞和缸体间摩擦的试验台[18]。柱塞的直线运动通过一个凸轮驱动实现，未考虑侧向力。测量是基于恒压力原则。作为创新，使用了一个金属接触传感器：通过测量摩擦副之间的电阻变化来检测是否接触。他们研究了柱塞粗糙度和材料副的影响，从而确定，降低表面粗糙度到一定程度后，摩擦力不会继续减小。
Regenbogen（1978）使用了与Renius基本相同的实验设置。除了带滑履的柱塞外，他还研究了带球头的柱塞和连杆支撑的柱塞（斜轴泵）。作为研究结果，他提出了一系列设计建议：如最大偏转角，低成本的材料副，柱塞的间隙和导向长度。对于马达，他建议，长导向柱塞，但可以有一个中断，以减少高速时的损失[19]。
几乎在同时，B?inghoff（1977）推进了对轴向柱塞机械的滑履的研究。他成功地从理论上导出了滑履对斜盘滑动面的倾斜作用力，并通过实验证实。柱塞所受的力和在柱塞及滑履之间的球窝接头的力都被包括在计算中。根据他的研究，滑履和斜盘之间的最小间隙点的椭圆轨迹，和斜盘平面与柱塞轴的交点椭圆轨迹并不重合。了解了相对速度和滑履下的间隙变化，可以计算出滑履相对旋转角的损失流量[7]。 1
