缸套表面织构参数设计及其动压润滑机制研究

发布时间：2017-04-27 09:10

  本文关键词：缸套表面织构参数设计及其动压润滑机制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当今社会人们对发动机的节能、环保以及高可靠性提出了越来越高的要求，而降低活塞环组与缸套之间的摩擦损失是提高内燃机机械效率的重要方面，因此对能够有效改善摩擦副摩擦性能的表面织构技术在缸套—活塞环摩擦副中的应用研究显得尤为重要。 表面织构技术即在摩擦副表面加工出具有一定尺寸、形状和排列的图案。为了探讨其润滑减摩机理，寻求润滑效果最佳时的织构形状及参数，论文在流体动压润滑条件下分别运用基于N-S方程的CFD法及基于Reynolds方程的数值解法分析了不同织构形状、参数下摩擦副的润滑效果，为表面织构技术的应用与研究提供了一定的参考依据。 本文首先运用Fluent软件对基于N-S方程的表面织构CFD模型进行了求解，结果表明：沟槽类织构中深度h '3.375、宽度d '0.867滑移面向右运动的左梯形沟槽润滑效果较好，若将滑移面向右运动时的左梯形沟槽与右梯形沟槽相结合组合成混合织构其润滑效果将更佳；点坑类织构中坑深h'28.75、坑口直径d '0.56的旋转抛物面形坑润滑效果较好；将两类织构对比分析可以发现旋转抛物面形坑的润滑效果要优于半梯形沟槽；漩涡中心位置变化的逆流效应以及楔形效应的双重作用是影响织构润滑特性的主要因素。 然后采用有限差分法对基于Reynolds方程的动压润滑模型进行了数值求解，结果表明：坑深d20m时的旋转抛物面形坑润滑效果最佳，，坑口直径则应在满足缸套内表面强度的情况下尽量大点，同时应尽量增大最小润滑油膜的厚度；空化效应为影响织构润滑特性的主要因素。 对以上两种结果对比分析发现：在满足强度要求情况下适当增大微坑深度以及坑口直径有益于减小摩擦力，表面织构影响润滑效果的三个主要因素为逆流现象、空化现象及楔形效应。
【关键词】：缸套—活塞环 表面织构 流体动压润滑 CFD 有限差分法
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK401;TH117.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题的研究背景、目的及意义10-11
• 1.3 缸套—活塞环摩擦副润滑理论研究进展11-14
• 1.4 表面织构技术研究现状14-21
• 1.4.1 表面织构加工技术现状14-17
• 1.4.2 表面织构技术理论与实验研究现状17-21
• 1.5 主要研究内容概述21-22
• 2 流体动压润滑基本模型的建立22-33
• 2.1 缸套—活塞环运动模型的建立22-24
• 2.2 基本方程24-26
• 2.2.1 N-S 方程24-26
• 2.2.2 连续性方程26
• 2.3 沟槽类织构模型的建立26-29
• 2.3.1 沟槽类织构几何模型的建立26-27
• 2.3.2 沟槽类织构润滑理论模型的建立27-29
• 2.4 点坑类织构模型的建立29-30
• 2.4.1 点坑类织构几何模型的建立29
• 2.4.2 点坑类织构润滑理论模型的建立29-30
• 2.5 表面织构 CFD 模型数值解法的基本思路30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 3 基于 N-S 方程的沟槽类织构润滑特性研究33-49
• 3.1 沟槽类织构 CFD 模型的建立33-37
• 3.1.1 沟槽类织构 CFD 分析几何模型的建立33-34
• 3.1.2 主要参数的设定34
• 3.1.3 边界条件的设置34-35
• 3.1.4 网格的划分35-36
• 3.1.5 求解控制方程的设置36-37
• 3.2 不同造型沟槽的动压润滑性能比较37-42
• 3.3 沟槽深度对其润滑性能的影响研究42-45
• 3.3.1 半梯形沟槽润滑特性随深度的变化情况43-44
• 3.3.2 沟槽深度变化对织构润滑性能的影响机制研究44-45
• 3.4 沟槽宽度对其润滑性能的影响研究45-48
• 3.4.1 半梯形沟槽润滑特性随宽度的变化情况46-47
• 3.4.2 沟槽宽度变化对织构润滑性能的影响机制研究47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 4 基于 N-S 方程的点坑类织构润滑特性研究49-60
• 4.1 点坑类织构最佳坑口形状的设计49-51
• 4.2 三维点坑类织构 CFD 模型的建立51-53
• 4.3 不同造型微坑的动压润滑性能比较53-55
• 4.4 微坑深度对其润滑性能的影响研究55-56
• 4.5 微坑坑口直径对其润滑性能的影响研究56-58
• 4.6 最佳造型沟槽与点坑的比较58-59
• 4.7 本章总结59-60
• 5 基于 Reynolds 方程的动压润滑状态下最优微坑参数求解60-73
• 5.1 动压润滑计算模型的建立60-63
• 5.1.1 Reynolds 方程60
• 5.1.2 膜厚方程60-61
• 5.1.3 边界条件的设置61-62
• 5.1.4 摩擦学性能参数的求解62-63
• 5.2 基于有限差分法求解 Reynolds 方程63-66
• 5.2.1 无量纲化 Reynolds 方程63-64
• 5.2.2 无量纲化 Reynolds 方程的离散64-65
• 5.2.3 超松弛迭代求解65-66
• 5.3 数值求解编程方案66-67
• 5.4 计算结果分析67-71
• 5.4.1 微坑深度变化对动压润滑特性的影响67-69
• 5.4.2 坑口直径变化对动压润滑特性的影响69-70
• 5.4.3 最小润滑油膜厚度变化对动压润滑特性的影响70-71
• 5.5 CFD 法与 Reynolds 方程数值解法运算结果的综合分析71-72
• 5.6 本章小结72-73
• 6 总结与展望73-76
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文81-82
• 致谢82-83

【参考文献】

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本文编号：330320