计入缸套振动和活塞窜动的活塞系统动力学与摩擦学性能研究

发布时间：2017-08-13 01:17

  本文关键词：计入缸套振动和活塞窜动的活塞系统动力学与摩擦学性能研究

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【摘要】：随着资源的消耗和对节能减排要求的日益提高,发动机作为应用最广泛的动力机械,正朝着高效率、高速化和动力性强等方向发展。然而,发动机工作过程中频频出现的润滑失效、过度磨损和疲劳损坏等问题却成为了制约发动机技术发展的主要因素。活塞 缸套系统是发动机的核心组成部分,其性能的好坏直接影响着发动机的工作稳定性、安全性与经济性。为了进一步改善发动机的性能,提高其工作的可靠性,并且实现高效率的动力传递,活塞 缸套系统必须具备良好的动力学与摩擦学特性。为此,本论文立足于教育部留学回国人员启动基金(教外司留[2011]1568号)和重庆市教委项目(KJ08A11),综合考虑到缸套振动和活塞窜动等的影响,开展了发动机活塞 缸套系统的动力学与摩擦学耦合性能研究。主要研究内容如下:论文首先建立了活塞二阶运动模型、缸套振动模型以及活塞裙流体润滑模型,模型中充分考虑了粗糙度、弹性变形、接触等因素的影响。在此基础上,采用Broyden算法,利用Fortran开发数值计算程序对各数学模型进行了耦合求解,得到了缸套振动响应、活塞偏摆运动、活塞裙膜厚变化及活塞裙摩擦功耗等特性。结果表明,计入缸套振动后,活塞横向运动速度、油膜厚度均出现波动,活塞裙摩擦功耗增加。接着,在前面所开展工作的基础上,充分研究了发动机工况及缸套振动参数(刚度k、阻尼c、质量m)对活塞二阶运动、缸套振动以及活塞裙润滑性能的影响规律。研究结果表明,在各转速下,缸套振动、活塞二阶运动及活塞裙油膜厚度在做功冲程波动最为厉害,随着刚度k、阻尼c和质量m的增加,波动性减弱。最后,本论文还考虑了活塞的轴向窜动,建立了活塞的三维分析模型。同时,改进了缸套的动力学模型,建立了缸套的二自由度振动模型,并修正了油膜厚度公式。基于所建立的模型,对活塞的窜动特性进行了求解,并研究了发动机转速n、活塞销偏心距pc、润滑油粘度?以及连杆比?对活塞窜动、缸套振动和活塞裙润滑性能的影响。结果表明,活塞窜动量可以达到微米级,与膜厚量级相当;活塞窜动会导致油膜压力沿?方向(承载角方向)呈不对称分布;活塞窜动会导致平均油膜厚度减小,增大活塞与缸套的接触概率,增大活塞裙部的摩擦功耗。
【关键词】：活塞 缸套 缸套振动 活塞窜动 动力学 摩擦学
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK401
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 主要符号对照表9-12
• 1 绪论12-18
• 1.1 课题的研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 国外研究现状13-15
• 1.2.2 国内研究现状15-17
• 1.3 研究内容17-18
• 2 活塞 缸套系统分析模型18-40
• 2.1 活塞 缸套动力学模型18-21
• 2.1.1 活塞动力学模型18-20
• 2.1.2 活塞 缸套耦合动力学模型20-21
• 2.2 考虑缸套振动的活塞裙流体动压混合润滑模型21-25
• 2.2.1 活塞裙平均流量模型21-22
• 2.2.2 活塞裙 缸套接触模型22-23
• 2.2.3 活塞裙 缸套综合弹性变形23-24
• 2.2.4 流量因子、接触因子与剪切应力因子24-25
• 2.3 活塞 缸套流固耦合数值计算过程25-29
• 2.3.1 无量纲平均Reynolds方程25-26
• 2.3.2 缸套振动及活塞二阶运动数值求解26-28
• 2.3.3 程序算例验证28-29
• 2.4 发动机燃气压力测试实验29-30
• 2.5 结果与分析30-37
• 2.5.1 缸套瞬态响应31-33
• 2.5.2 缸套振动对活塞二阶运动的影响33-35
• 2.5.3 缸套振动对裙部润滑特性的影响35-37
• 2.6 本章小结37-40
• 3 发动机缸套振动求解及其对活塞裙润滑性能影响研究40-68
• 3.1 发动机转速n对活塞裙动力学及润滑性能的影响40-48
• 3.1.1 不同转速情况下缸套振动对活塞二阶运动的影响41-44
• 3.1.2 不同转速对缸套振动的影响44-45
• 3.1.3 不同转速下缸套振动对活塞裙润滑的影响45-48
• 3.2 缸套刚度系数k对活塞裙动力学及润滑性能的影响48-54
• 3.2.1 刚度系数对活塞二阶运动的影响48-50
• 3.2.2 刚度系数对缸套振动的影响50-52
• 3.2.3 刚度系数对活塞裙润滑特性的影响52-54
• 3.3 缸套振动阻尼系数c对活塞裙动力学及润滑性能的影响54-61
• 3.3.1 阻尼系数对活塞二阶运动的影响54-56
• 3.3.2 阻尼系数对缸套振动的影响56-59
• 3.3.3 阻尼系数对活塞裙润滑特性的影响59-61
• 3.4 缸套质量m对活塞裙动力学及润滑性能的影响61-67
• 3.4.1 不同缸套质量下的缸套振动响应61-64
• 3.4.2 缸套质量对活塞二阶运动的影响64-66
• 3.4.3 缸套质量对活塞裙摩擦功耗的影响66-67
• 3.5 本章小结67-68
• 4 发动机活塞窜动及缸套振动耦合分析模型68-80
• 4.1 数学模型68-71
• 4.1.1 活塞窜动动力学模型68-70
• 4.1.2 缸套振动动力学模型70-71
• 4.1.3 活塞裙润滑模型71
• 4.2 数学模型的求解71-72
• 4.3 结果对比分析72-77
• 4.3.1 窜动仿真结果分析73-75
• 4.3.2 缸套次振动仿真结果分析75-76
• 4.3.3 窜动对活塞裙润滑性能的影响76-77
• 4.4 本章小结77-80
• 5 发动机活塞窜动求解及其对活塞裙润滑性能影响分析80-100
• 5.1 发动机转速n的影响80-86
• 5.1.1 发动机转速对活塞窜动的影响80-81
• 5.1.2 发动机转速对缸套次振动的影响81-82
• 5.1.3 不同转速下活塞窜动对活塞二阶运动的影响82-84
• 5.1.4 考虑窜动情况下发动机转速对活塞裙润滑性能的影响84-86
• 5.2 活塞销偏心距cp的影响86-91
• 5.2.1 活塞销偏心距对活塞窜动及缸套次振动的影响86-88
• 5.2.2 考虑窜动情况下活塞销偏心距对活塞二阶运动的影响88-89
• 5.2.3 考虑窜动情况下活塞销偏心距对裙部润滑性能的影响89-91
• 5.3 润滑油粘度m的影响91-94
• 5.3.1 粘度对活塞 缸套动力学行为的影响91-93
• 5.3.2 粘度对活塞裙摩擦功耗的影响93-94
• 5.4 连杆比J 的影响94-98
• 5.4.1 连杆比对活塞 缸套动力学行为的影响94-97
• 5.4.2 连杆比对裙部油膜厚度的影响97-98
• 5.5 本章小结98-100
• 6 结论与展望100-102
• 6.1 本文工作总结100-101
• 6.2 展望101-102
• 致谢102-104
• 参考文献104-110
• 附录110
• A. 作者在攻读学位期间参与的项目110
• B. 作者在攻读学位期间发表的论文目录110

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本文编号：664648