连杆衬套-活塞销副磨合磨损分形预测研究

发布时间：2017-07-28 10:02

  本文关键词：连杆衬套-活塞销副磨合磨损分形预测研究

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【摘要】：连杆衬套-活塞销副是发动机滑动摩擦副中非常重要的摩擦副之一,它的运行可靠性制约着发动机向高速重载方向发展。实验发现磨损是连杆衬套失效主要形式之一。所以研究其摩擦磨损特性,对其磨损失效机理进行探索,找到其磨损规律,从而对连杆衬套-活塞销副摩擦学性能进行优化具有重大的工程实际意义。本文首先介绍了分形理论及其在摩擦学研究中的应用。然后利用分形理论建立连杆衬套-活塞销的修正的M-B分形接触模型,将微凸体的接触状态变化分为塑性、弹塑性、弹性三个接触变形过程,然后分别计算了三个状态转变的临界微接触截面积和每个状态过程的接触压力。分析了分形接触模型中,真实接触面积和接触状态的关系、真实接触面积与载荷的关系、接触面积分布对接触状态的影响、接触面积分布对弹性接触点数的影响。分析了接触状态对磨损率的影响,对弹性接触面积占比的分析,发现粗糙表面存在最佳分形维数,使得磨合磨损过程磨损量最小,磨合时间最短。在磨合磨损试验的基础上,分别研究了不同转速和不同载荷对连杆衬套磨损量的影响,发现磨损量随转速的增大而增大,随载荷的增大而增大。通过对磨合磨损前后连杆衬套内表面形貌对比发现其磨合磨损机理是以粘着磨损为主,并伴随有磨粒磨损。然后对比分析了几种经典的磨合磨损数学模型,在Zhou G Y等建立的磨损率分形预测模型基础上,将弹塑性接触磨损系数和润滑油破坏系数考虑进去,推导出平均磨损深度率计算公式,然后在此基础上,简要分析了平均磨损深度率随各个变量因素变化的趋势。对变转速和变载荷情况下的扭矩信号进行了单重分形表征,用盒维数计算了各个工况的维数,分析了转速和载荷对摩擦扭矩的影响。然后对载荷和转速固定时磨合过程摩擦扭矩信号进行多重分形表征,计算了多重分形谱,分析了多重分形谱随时间的变化情况,分析了多重分形谱谱宽和谱值差随时间的变化情况,表明多重分形谱形状、谱宽、谱值差的变化情况能够很好的表征磨合磨损的变化过程,能够对磨合磨损过程进行很好的预测。
【关键词】：连杆衬套-活塞销 磨合磨损 分形接触模型 摩擦扭矩 多重分形谱
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 变量注释表9-11
• 1. 绪论11-19
• 1.1. 课题研究背景、目的和意义11-13
• 1.2. 连杆衬套-活塞销副摩擦磨损研究现状13-18
• 1.2.1. 连杆衬套-活塞销分形接触研究现状13-14
• 1.2.2. 连杆衬套-活塞销副磨损研究现状14-16
• 1.2.3. 连杆衬套-活塞销副润滑研究现状16-17
• 1.2.4. 连杆衬套一活塞销副的磨合过程研究现状17-18
• 1.3. 本文的主要研究内容18-19
• 2. 分形理论及其在摩擦磨损研究中的应用19-32
• 2.1. 分形的发展和基本定义19-21
• 2.1.1. 分形学的兴起与发展19-20
• 2.1.2. 分形的定义20-21
• 2.2. 分形几何的基本性质21-22
• 2.2.1. 自相似性(self-similarity)21-22
• 2.2.2. 标度不变性(scale invariance)22
• 2.3. 分形行为识别22-24
• 2.4. 分形维数的定义和测定方法24-27
• 2.4.1. 盒计数法25-26
• 2.4.2. 均方根法(Root Mean Square Method)26-27
• 2.5. 粗糙表面分形表征27-29
• 2.5.1. 分形维数和尺度系数27
• 2.5.2. 特征分形参数27-29
• 2.6. 摩擦学的分形研究29-31
• 2.6.1. 摩擦的分形行为29-30
• 2.6.2. 摩擦表面的分形模拟30-31
• 2.6.3. 磨屑的分形研究31
• 2.7. 本章小结31-32
• 3. 连杆衬套-活塞销副磨合磨损分形接触分析32-50
• 3.1. 真实接触面积32-34
• 3.2. 临界微接触转换截面积34-37
• 3.3. 接触面的变形性质及真实接触面积与载荷的关系37-42
• 3.4. 接触面积分布和弹性接触点数42-46
• 3.5. 粗糙表面接触状态对磨损的影响和最佳分形维数46-49
• 3.6. 本章小结49-50
• 4. 连杆衬套-活塞销副磨合磨损分形预测模型50-65
• 4.1. 连杆衬套-活塞销副磨合磨损机理50-56
• 4.1.1. 磨损的分类50-52
• 4.1.2. 连杆衬套-活塞销副磨合磨损试验52-55
• 4.1.3. 连杆衬套-活塞销副磨合磨损机理分析55-56
• 4.2. 磨合磨损数学模型56-59
• 4.3. 磨合磨损分形预测模型59-63
• 4.4. 本章小结63-65
• 5. 连杆衬套-活塞销副磨合期摩擦扭矩的分形表征65-76
• 5.1. 多重分形谱的定义及其计算65-67
• 5.2. 摩擦扭矩信号的自相似分析67-68
• 5.3. 不同转速和不同载荷下摩擦扭矩信号的单重分形表征68-71
• 5.4. 摩擦扭矩信号的多重分形表征71-75
• 5.4.1. q值的选取71
• 5.4.2. 磨合磨损过程中摩擦扭矩多重分形分析71-75
• 5.5. 单重分形同多重分形的比较75
• 5.6. 本章小结75-76
• 6. 总结与展望76-78
• 6.1. 全文总结76-77
• 6.2. 研究展望77-78
• 附录 微接触尺寸分布的域扩展系数ψ78-79
• 参考文献79-84
• 攻读硕士学位期间发表的论文84-85
• 致谢85-86

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本文编号：583470