BZ发动机配气机构摩擦磨损特性试验研究

发布时间：2017-09-02 16:06

  本文关键词：BZ发动机配气机构摩擦磨损特性试验研究

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【摘要】：配气机构作为发动机的关键组成部件之一,在发动机运行过程中起着控制换气品质、促进燃烧做功的作用,其性能的优劣直接关系着发动机的动力性、稳定性、经济性和耐久性。影响配气机构性能的两大主要因素为摩擦以及磨损,摩擦发热引起较大的能量损失,而磨损更是导致配气机构失效的主要原因。因此,配气机构的摩擦磨损特性试验研究,对于提高发动机使用性能和服役寿命,具有十分重要的工程价值和理论意义。本文以BZ发动机配气机构为主要研究对象,在对该配气机构进行整体动力学分析和模拟工况试验的基础上,深入研究了该配气机构关键摩擦副的摩擦磨损特性,并利用高温端面试验机,进一步研究了该配气机构排气门材料及其表面Stellite合金堆焊层的高温摩擦磨损性能。主要研究内容如下:(1)构建了BZ发动机配气机构的整体多质量动力学模型,在计算模型边界条件及相关参数的基础上研究了该配气机构标定工况下的动力学特性,结果表明,在模拟周期内,选定阀系凸轮-挺柱摩擦副出现了较为严重的飞脱现象,接触应力表现出多个较高应力峰特征,摩擦副润滑状态主要为弹性流体动压润滑、薄膜润滑以及两者构成的混合润滑,且气门表现出较高的落座速度和落座载荷,落座载荷呈现脉冲信号及正弦信号特征。(2)开发了能赋予BZ发动机配气机构接近真实运转条件的配气机构试验装置,并利用该装置研究了配气机构关键摩擦副的摩擦磨损特性,结果表明,该配气机构选定阀系凸轮主要磨损区域为桃尖圆弧区域,其试验前的细长犁沟形机加工痕迹被逐渐磨平,磨损表面变得更为光滑,挺柱圆面边缘磨损主要表现为磷化层的疲劳剥落,挺柱中间区域则为严重的同心圆环形划痕擦伤,挺柱中心区域则表现出严重的磨粒磨损特征,气门锥面的磨损主要表现为表面缺陷诱发裂纹萌生而导致的疲劳剥落以及气门自转使其与气门座间产生滑动摩擦而引起的磨粒磨损。(3)利用等离子堆焊技术在排气门基体材料上制备了两种Stellite合金层,在分析合金层表面性能的基础上,研究了高温条件下排气门材料及Stellite合金的摩擦磨损性能,结果表明,高温条件下排气门基体材料表面严重的黏着磨损容易引起摩擦副失效,这一现象在制备的两种Stellite合金试验中得到了明显的改善,其中,Stellite F合金具有更为优异的高温摩擦磨损性能。
【关键词】：配气机构 高温摩擦 磨损 动力学分析 Stellite合金
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 引言11-12
• 1.2 DOHC配气机构组成及构造12
• 1.3 配气机构摩擦磨损研究现状12-18
• 1.3.1 配气机构摩擦学试验研究13-16
• 1.3.2 配气机构摩擦学理论计算研究16-18
• 1.4 课题研究意义及主要内容18-20
• 第二章 BZ发动机配气机构动力学分析20-31
• 2.1 配气机构动力学建模20-22
• 2.1.1 配气机构阀系分布20-21
• 2.1.2 多质量动力学模型21
• 2.1.3 配气机构整体动力学建模21-22
• 2.2 动力学模型参数设置22-25
• 2.2.1 凸轮型线与升程23
• 2.2.2 挺柱单元23-24
• 2.2.3 气门单元24-25
• 2.3 动力学计算结果与分析25-30
• 2.3.1 选定阀系凸轮-挺柱摩擦副动力学分析25-28
• 2.3.2 选定阀系气门动力学分析28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 配气机构摩擦磨损试验装置研制及试验方法31-41
• 3.1 配气机构试验装置总体性能设计31-32
• 3.2 试验装置机械部件设计32-35
• 3.2.1 试验装置驱动部件设计33
• 3.2.2 试验装置冷却部件设计33-34
• 3.2.3 试验装置润滑部件设计34-35
• 3.3 试验装置控制系统设计35-37
• 3.3.1 配气机构驱动控制系统设计35
• 3.3.2 冷却及润滑控制系统设计35-36
• 3.3.3 变频器及PLC选择36-37
• 3.3.4 试验装置数据采集系统37
• 3.4 试验装置安装调试及试验方法37-40
• 3.4.1 试验装置安装调试37-39
• 3.4.2 摩擦磨损特性试验方法39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 凸轮-挺柱摩擦副摩擦磨损特性研究41-56
• 4.1 凸轮-挺柱摩擦副材料及试验测试41-42
• 4.1.1 摩擦副材料41
• 4.1.2 表面测试方法41-42
• 4.2 凸轮-挺柱摩擦副试验结果与讨论42-45
• 4.2.1 摩擦副材料的物理性能和组织分析42
• 4.2.2 摩擦副接触位置及动力状态42-44
• 4.2.3 摩擦副表面磨损情况44-45
• 4.3 凸轮-挺柱摩擦副摩擦形貌及磨损机理分析45-55
• 4.3.1 摩擦副接触边缘崩裂45-46
• 4.3.2 凸轮摩擦磨损特性分析46-50
• 4.3.3 挺柱摩擦磨损特性分析50-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 气门及其材料摩擦磨损特性56-76
• 5.1 气门材料及试验方法56-59
• 5.1.1 气门材料及试样制备56-57
• 5.1.2 试验及测试方法57-59
• 5.2 试验装置试验结果与讨论59-62
• 5.2.1 气门锥面的物理性能及表面形貌59
• 5.2.2 气门摩擦磨损特性分析59-62
• 5.3 高温端面试验结果与讨论62-75
• 5.3.1 排气门材料高温摩擦磨损特性62-65
• 5.3.2 Stellite合金高温摩擦磨损特性65-75
• 5.4 本章小结75-76
• 结论76-79
• 参考文献79-85
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果85-87
• 致谢87-88
• 附表88

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本文编号：779510