连杆复圆度对连杆轴承弹性流体动力润滑特性的影响研究

发布时间：2017-10-11 15:36

  本文关键词：连杆复圆度对连杆轴承弹性流体动力润滑特性的影响研究

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【摘要】：随着发动机强化程度的提高,缸内的爆发压力越来越高,对零部件的可靠性提出更高要求。连杆作为传递动力的主要零件,承受着交变的压缩与拉伸载荷,要求其拥有更高的结构强度和更好的润滑性能。连杆加工精度和装配精度对连杆轴承润滑状态影响较大。然而由于连杆在生产制造过程中存在尺寸公差、加工误差和装配误差等因素,导致连杆杆身与连杆盖装配过程中存在定位偏差,连杆大头孔产生不同形式的连杆复圆度,使连杆轴承呈现非圆状态,导致轴承润滑性能下降。因此,研究连杆复圆度对轴承弹性流体力学润滑特性的影响,为连杆改进设计和连杆装配工艺优化提供参考。结合连杆生产企业测试数据,以某高压共轨直列四缸柴油机曲柄连杆机构为研究对象,总结了连杆复圆度的不同表现形式和产生因素；在此基础上,建立了连杆静力学有限元模型与弹性动力润滑有限元模型,分别研究了不同装配载荷对连杆大头孔变形的影响和不同形式的连杆复圆度对连杆轴承弹性动力润滑特性的影响；运用圆度测量仪,对装配前后连杆大头孔变形和不同螺栓预紧力下连杆大头孔变形进行了测试试验。主要研究内容如下：(1)连杆螺栓预紧力和轴瓦过盈力对连杆大头孔变形的影响仿真研究在单纯螺栓预紧力作用下,连杆大头孔应力最大区域出现在轴承90°位置和270°位置区域(0°方向为大头孔至小头孔方向)；连杆大头孔出现缩小变形,连杆盖变形量明显大于连杆杆身变形量,变形最大区域出现在轴承120°和240°区域。在单纯轴瓦过盈力作用下,连杆大头孔应力最大区域出现在轴承90°位置和270°位置区域；连杆大头孔出现扩大变形,连杆盖变形量明显大于连杆杆身变形量,变形最大区域出现在轴承120°和240°区域。在螺栓预紧力和轴瓦过盈力共同作用下,由于螺栓预紧力作用下与轴瓦过盈力作用下应力方向相反,变形方向也相反,应力和变形均被相互抵消一部分；应力最大区域和变形最大区域均出现在轴承90°位置和270°位置区域。当连杆螺栓预紧力增大时,连杆大头孔在55°到130°之间位置和230°到305°之间位置应力随之增大,在125°到135°之间位置变形量随之变小,其它区域不受连杆螺栓预紧力变化的影响。(2)连杆大头孔测试试验表明：①连杆盖与连杆体在不同次拆装后出现的连杆复圆度具有多样性,且同一连杆每次拆装后产生的复圆度形式不同；②连杆螺栓预紧力对连杆盖侧变形影响比连杆杆身侧变形影响较大,随着螺栓预紧力的增大,连杆大头孔120°和240°附近区域变形较大,对螺栓预紧力模拟仿真结果进行了验证；③随着螺栓预紧力增大,连杆圆形变形和椭圆变形复圆度增大,连杆错位变形复圆度减小。(3)不同复圆度对连杆轴承弹性动力润滑特性的影响当连杆发生圆形变形时,当相对复圆小于-0.051时,随着相对复圆度减小,连杆轴承润滑性能变差；当相对复圆度大于-0.051时,连杆轴承润滑性能随着相对复圆度增大而变差。当连杆发生横向椭圆变形时,随着连杆相对复圆度绝对值的增大,连杆轴承润滑性能变差。当连杆发生纵向椭圆变形时,当相对复圆小于-0.051时,随着相对复圆度减小,连杆轴承润滑性能变差；当相对复圆度大于-0.051,小于0时,连杆轴承润滑性能随着相对复圆度减小而变好；当相对复圆度大于0时,连杆轴承润滑性能随着相对复圆度增大而变好。当连杆发生水平错位变形时,随着连杆相对复圆度绝对值的增大,连杆轴承润滑性能变差。在连杆上轴瓦边缘处会出现粗糙接触,粗糙接触压力和摩擦功耗都急剧增大。
【关键词】：内燃机 连杆轴承 复圆度 弹性流体动力润滑 油膜厚度
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题研究的背景和意义13-14
• 1.2 复圆度介绍14-15
• 1.2.1 复圆度定义14
• 1.2.2 企业研究现状14-15
• 1.3 轴承润滑的发展及国内外现状15-18
• 1.3.1 弹性流体动力润滑理论的发展15
• 1.3.2 影响轴承润滑的实际因素研究15-18
• 1.3.3 轴承润滑的主要研究方法18
• 1.4 论文研究的技术路线及主要内容18-21
• 1.4.1 论文研究的技术路线18-19
• 1.4.2 论文研究的主要内容19-21
• 第二章 连杆复圆度特性研究21-29
• 2.1 连杆复圆度的影响因素21-24
• 2.1.1 加工工艺对连杆复圆度的影响21-22
• 2.1.2 螺栓预紧力对连杆复圆度的影响22
• 2.1.3 轴瓦过盈配合对连杆复圆度的影响22-23
• 2.1.4 装配误差对连杆复圆度的影响23-24
• 2.2 连杆复圆度不同表现形式24-27
• 2.3 连杆复圆度测量方法及评价指标27-28
• 2.3.1 连杆复圆度不同测量方法27
• 2.3.2 连杆复圆度评价指标27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 连杆装配载荷对大头孔变形的影响29-59
• 3.1 连杆装配载荷计算29-31
• 3.1.1 连杆螺栓预紧力29-30
• 3.1.2 连杆轴瓦过盈量30-31
• 3.2 连杆有限元仿真模型建立31-37
• 3.2.1 有限元仿真模型建立流程32-33
• 3.2.2 连杆几何清理和网格划分33-34
• 3.2.3 材料属性34-35
• 3.2.4 接触对的定义35-36
• 3.2.5 不同方案边界条件确定36-37
• 3.2.5.1 位移边界条件36
• 3.2.5.2 载荷边界条件36-37
• 3.2.6 有限元模型坐标系37
• 3.3 连杆螺栓预紧力对连杆大头孔变形的影响37-41
• 3.4 连杆轴瓦过盈力对连杆大头孔变形的影响41-45
• 3.5 螺栓预紧力与轴瓦过盈力共同作用下连杆大头孔变形分析45-49
• 3.6 连杆大头孔变形测试试验49-52
• 3.6.1 试验目的49
• 3.6.2 试验仪器49-50
• 3.6.3 试验测试流程及步骤50-52
• 3.7 试验结果分析及对比52-58
• 3.7.1 连杆初次拆装与再次拆装后复圆度形式及对比52-56
• 3.7.2 不同螺栓预紧力下连杆复圆度试验结果分析56-58
• 3.8 本章小结58-59
• 第四章 复圆度对连杆轴承弹性流体动力润滑特性影响研究59-93
• 4.1 内燃机滑动轴承弹流润滑理论59-62
• 4.1.1 油膜厚度表示59-60
• 4.1.2 扩展雷诺(Reynolds)方程60
• 4.1.3 模型求解60-62
• 4.2 AVL EXCITE PowerUnit软件介绍62
• 4.3 多体动力学仿真模型的建立62-67
• 4.3.1 边界条件的确定62-63
• 4.3.2 连杆有限元模型模态缩减63-65
• 4.3.3 活塞销与曲柄销模型建立65-66
• 4.3.4 AVL EXCITE PU模型的建立66-67
• 4.4 圆形变形复圆度对连杆轴承润滑的影响67-71
• 4.5 椭圆变形复圆度对连杆轴承润滑的影响71-83
• 4.5.1 横向椭圆正变形72-75
• 4.5.2 纵向椭圆正变形75-78
• 4.5.3 横向椭圆负变形78-80
• 4.5.4 纵向椭圆负变形80-83
• 4.6 水平错位复圆度对轴承润滑的影响83-92
• 4.6.1 上轴瓦正偏移-下轴瓦负偏移变形85-87
• 4.6.2 上轴瓦负偏移-下轴瓦正偏移变形87-92
• 4.7 本章小结92-93
• 第五章 结论与展望93-97
• 5.1 全文工作总结93-95
• 5.2 展望95-97
• 致谢97-99
• 参考文献99-103
• 附录A 攻读硕士学位期间参与项目及发表论文103-105
• 附录B 攻读硕士学位期间获得奖励105

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本文编号：1013354