表面织构参数对活塞/缸套摩擦副润滑行为的影响及优化方法研究
发布时间：2021-03-28 03:34
活塞组件是往复设备中最典型和最重要的运动部件之一,往复设备缸套/活塞系统的润滑特性直接影响机械设备的滑油消耗量、泄漏量、振动特性、磨损以及摩擦产生的能源消耗率。机械设备良好的摩擦学性能不仅能够有效的降低摩擦损失,延长零部件和设备的使用寿命,还能对设备的振动噪声和有害物排放起到一定的抑制作用。应用表面织构改善活塞/缸套摩擦副的润滑特性是提高其运行可靠性、经济性的有效方法。因此探究表面织构的作用机理与设计规律对往复设备的可靠性与经济性设计具有重要的意义和广阔的应用前景。本文以往复设备活塞/缸套摩擦副为研究对象,以卡特皮勒公司往复式斜盘泵和福特汽车公司发动机为具体载体,建立了动压润滑和混合润滑两种润滑状态下活塞/缸套的润滑模型,综合考虑摩擦副的几何参数、运行工况、表面织构的尺寸、深度、密度、分布、类型等参数,探究了表面织构的作用机理,研究了表面织构对活塞润滑特性的影响,并初步尝试了运用人工智能手段对表面织构设计参数进行优化分析。针对动压润滑状态,以卡特皮勒公司往复式斜盘泵为研究对象,建立了变计算域、移动边界的瞬态动压润滑模型,提出了不同结构的往复式斜盘泵活塞/缸套润滑状态的统一求解方法,通过...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
近50年以来关于表面织构研究的统计：（a）文章数量/年，（b）研究方法
4图 1.2 单一织构和阶梯分布的局部织构压力分布图及作用机理[14]Figure 1.2 Typical pressure distribution over a single texture with cavitation and a stepped and partialltextured slider[14]基于非质量守恒的空穴边界条件，早期发表[30]的关于中心分布的凹坑织构的文章了较为满意的结果。这是因为，基于非质量守恒边界条件得到的压力分布与质量守界条件下得到的压力分布不同，这将导致非质量守恒边界条件下将得到较高的油膜力，这种现象在 2007 年由 Ausas 等[31]首次提出，如图 1.2(b)。T nder 等[32,33]指出，平行滑动轴承入口段的粗糙表面会产生类似于“瑞利阶梯轴承结构，同时，入口区域的粗糙表面还会使更多的润滑油进入压力承载区，减小端泄Arghir 等[34]首次提出惯量相关作用，如图 1.2(c)所示。基于雷诺方程或斯托克斯的简化模型并没有考虑惯量作用，因此，他们求解了完整的微观粗糙表面下的 Navitokes 方程，并发现在高雷诺数情况下，惯量作用可以提高流体的承载能力。随后，Sah
Dobrica 和 Fillon[36]针对惯量作用的研究却得出了完全相反的结论惯量作用对流体承载力有着消极的作用。De Kraker 等[37]强调惯量作用既承载力也可以降低其承载力，这取决于流动情况。针对带有表面织构的滑轴承[41,42]，Cupillard 等通过 CFD 对惯量作用开展了大量工作。他们[40]指一定的凹坑深度时才能够提高流体的承载力，这一结论与 Sahlin 等[35]的研tsion 团队发现平行织构可以提高零部件的摩擦学特性。表面织构位于出口大的平均油膜厚度，这种局部织构的效果与阶梯轴承十分相似，如图 1.2将局部织构理念应用到密封圈[43]，止推轴承[30,44]，滑动轴承[45]和活塞环[46 计算方法研究现状于表面织构的计算模型研究主要是围绕流体作用机理模型，边界条件，数展开的，如图 1.3 所示[14]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光表面织构形状参数对钛合金摩擦学性能的影响[J]. 王明政,王成彪,康嘉杰,朱丽娜,岳文,付志强. 中国表面工程. 2017(04)
[2]液压缸活塞表面微条纹织构摩擦性能数值分析[J]. 余广,曾良才,毛阳,卢艳. 武汉科技大学学报. 2015(06)
[3]表面织构创新设计的研究回顾及展望[J]. 王静秋,王晓雷. 机械工程学报. 2015(23)
[4]A mass-conservative average flow model based on finite element method for complex textured surfaces[J]. XIE Yi,LI YongJian,SUO ShuangFu,LIU XiangFeng,LI JingHao,WANG YuMing. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2013(10)
[5]自然吸气汽油机摩擦功对比试验研究[J]. 叶年业,穆建华,黄忠文,张俊,黄勇,夏志豪. 车用发动机. 2013(02)
[6]发动机低摩擦优化设计及试验[J]. 武彬,李骏,李康,侯福建,蒋文虎. 吉林大学学报(工学版). 2014(01)
[7]柴油机缸套表面微沟槽织构润滑性能仿真分析[J]. 尹必峰,钱晏强,李晓东,刘胜吉,符永宏. 中国机械工程. 2013(05)
[8]绿色船舶的摩擦学研究现状与进展[J]. 严新平,袁成清,白秀琴,徐立,孙玉伟,孙星. 摩擦学学报. 2012(04)
[9]数据插值方法及其在传感器网络中的应用[J]. 陈朋,周四望. 微计算机信息. 2011(12)
[10]电脑真能替代人脑?[J]. 申明. 发明与创新(综合科技). 2011(05)
博士论文
[1]基于活塞环组润滑失效的船用柴油机拉缸故障机理研究[D]. 郭宜斌.哈尔滨工程大学 2014
[2]活塞系统二阶运动分析及表面形貌挤压效应研究[D]. 王庆生.合肥工业大学 2012
[3]内燃机燃烧室多体耦合系统三维瞬态传热模拟及应用研究[D]. 刘志恩.华中科技大学 2007
[4]活塞环组三维润滑数值模拟及其应用研究[D]. 叶晓明.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]关于Kriging模型的构造及其优化算法研究[D]. 柯贤斌.西安电子科技大学 2015
[2]基于梯度法的Kriging优化方法研究[D]. 李永.西安电子科技大学 2014
[3]面向异构多核系统的并行计算模型和调度算法研究[D]. 李筱.湖南大学 2012
[4]活塞环表面织构化的理论及实验研究[D]. 孙造.南京航空航天大学 2011
[5]表面织构化活塞环的摩擦学性能研究[D]. 郑显良.北京交通大学 2010
[6]表面织构对活塞环/缸套摩擦副摩擦学性能的影响[D]. 袁明超.南京航空航天大学 2009
[7]活塞环表面织构的摩擦学性能基础研究[D]. 严东升.南京航空航天大学 2009
本文编号：3104802
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
近50年以来关于表面织构研究的统计：（a）文章数量/年，（b）研究方法
4图 1.2 单一织构和阶梯分布的局部织构压力分布图及作用机理[14]Figure 1.2 Typical pressure distribution over a single texture with cavitation and a stepped and partialltextured slider[14]基于非质量守恒的空穴边界条件，早期发表[30]的关于中心分布的凹坑织构的文章了较为满意的结果。这是因为，基于非质量守恒边界条件得到的压力分布与质量守界条件下得到的压力分布不同，这将导致非质量守恒边界条件下将得到较高的油膜力，这种现象在 2007 年由 Ausas 等[31]首次提出，如图 1.2(b)。T nder 等[32,33]指出，平行滑动轴承入口段的粗糙表面会产生类似于“瑞利阶梯轴承结构，同时，入口区域的粗糙表面还会使更多的润滑油进入压力承载区，减小端泄Arghir 等[34]首次提出惯量相关作用，如图 1.2(c)所示。基于雷诺方程或斯托克斯的简化模型并没有考虑惯量作用，因此，他们求解了完整的微观粗糙表面下的 Navitokes 方程，并发现在高雷诺数情况下，惯量作用可以提高流体的承载能力。随后，Sah
Dobrica 和 Fillon[36]针对惯量作用的研究却得出了完全相反的结论惯量作用对流体承载力有着消极的作用。De Kraker 等[37]强调惯量作用既承载力也可以降低其承载力，这取决于流动情况。针对带有表面织构的滑轴承[41,42]，Cupillard 等通过 CFD 对惯量作用开展了大量工作。他们[40]指一定的凹坑深度时才能够提高流体的承载力，这一结论与 Sahlin 等[35]的研tsion 团队发现平行织构可以提高零部件的摩擦学特性。表面织构位于出口大的平均油膜厚度，这种局部织构的效果与阶梯轴承十分相似，如图 1.2将局部织构理念应用到密封圈[43]，止推轴承[30,44]，滑动轴承[45]和活塞环[46 计算方法研究现状于表面织构的计算模型研究主要是围绕流体作用机理模型，边界条件，数展开的，如图 1.3 所示[14]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光表面织构形状参数对钛合金摩擦学性能的影响[J]. 王明政,王成彪,康嘉杰,朱丽娜,岳文,付志强. 中国表面工程. 2017(04)
[2]液压缸活塞表面微条纹织构摩擦性能数值分析[J]. 余广,曾良才,毛阳,卢艳. 武汉科技大学学报. 2015(06)
[3]表面织构创新设计的研究回顾及展望[J]. 王静秋,王晓雷. 机械工程学报. 2015(23)
[4]A mass-conservative average flow model based on finite element method for complex textured surfaces[J]. XIE Yi,LI YongJian,SUO ShuangFu,LIU XiangFeng,LI JingHao,WANG YuMing. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2013(10)
[5]自然吸气汽油机摩擦功对比试验研究[J]. 叶年业,穆建华,黄忠文,张俊,黄勇,夏志豪. 车用发动机. 2013(02)
[6]发动机低摩擦优化设计及试验[J]. 武彬,李骏,李康,侯福建,蒋文虎. 吉林大学学报(工学版). 2014(01)
[7]柴油机缸套表面微沟槽织构润滑性能仿真分析[J]. 尹必峰,钱晏强,李晓东,刘胜吉,符永宏. 中国机械工程. 2013(05)
[8]绿色船舶的摩擦学研究现状与进展[J]. 严新平,袁成清,白秀琴,徐立,孙玉伟,孙星. 摩擦学学报. 2012(04)
[9]数据插值方法及其在传感器网络中的应用[J]. 陈朋,周四望. 微计算机信息. 2011(12)
[10]电脑真能替代人脑?[J]. 申明. 发明与创新(综合科技). 2011(05)
博士论文
[1]基于活塞环组润滑失效的船用柴油机拉缸故障机理研究[D]. 郭宜斌.哈尔滨工程大学 2014
[2]活塞系统二阶运动分析及表面形貌挤压效应研究[D]. 王庆生.合肥工业大学 2012
[3]内燃机燃烧室多体耦合系统三维瞬态传热模拟及应用研究[D]. 刘志恩.华中科技大学 2007
[4]活塞环组三维润滑数值模拟及其应用研究[D]. 叶晓明.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]关于Kriging模型的构造及其优化算法研究[D]. 柯贤斌.西安电子科技大学 2015
[2]基于梯度法的Kriging优化方法研究[D]. 李永.西安电子科技大学 2014
[3]面向异构多核系统的并行计算模型和调度算法研究[D]. 李筱.湖南大学 2012
[4]活塞环表面织构化的理论及实验研究[D]. 孙造.南京航空航天大学 2011
[5]表面织构化活塞环的摩擦学性能研究[D]. 郑显良.北京交通大学 2010
[6]表面织构对活塞环/缸套摩擦副摩擦学性能的影响[D]. 袁明超.南京航空航天大学 2009
[7]活塞环表面织构的摩擦学性能基础研究[D]. 严东升.南京航空航天大学 2009
本文编号：3104802
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