内燃机活塞裙部摩擦学的研究.pdf

摘要 内燃机活塞裙部的摩擦学研究 摘 要 活塞裙部的摩擦学性能是影响现代内燃机活塞设计的一个关键问题 长期以来人们对此问题进 行了各种各样的研究 但一直未得到根本的解决 为了解决活塞的裙部的摩擦学设计问题 传统的 设计方法必须通过经验或大量的试验结果后 经过不断的改进 得以逐步实现 这种方法显然不能 适应现代活塞设计的要求 本文从对活塞缸套这对摩擦副的研究入手 结合有限元的分析方法 建立了活塞工作状态下 考虑活塞热变形 力变形的润滑计算模型 以此对影响活塞裙部润滑的参数进行分析 为内燃机活 塞系统摩擦学特性提供一个全面的评价方法 同时为活塞的设计提供理论依据 针对这个目的 在 如下几个方面进行了研究工作 1 结合活塞裙部与缸套间的流体动力润滑理论和活塞的力平衡方程建立了分析活塞二阶运动的 分析模型 采用了平均流量模型 考虑了表面粗糙度等因素的影响 克服了光滑表面模型的不足 使分析结果更为准确可靠 将表面接触模型进入到计算之中 考虑了表面微凸体接触的影响 使得 润滑计算模型更加精确 更为全面地反映活塞裙部的润滑状态 2 对活塞进行力 热变形计算 在热变形计算中 首先确定活塞的热边界条件 计算活塞的温 度场 并和试验进行了对比 然后计算活塞裙部变形量 对活塞进行力变形计算 分别对顶部压力 裙部单位力进行计算 然后由线形叠加得到每一时刻的裙部变形 建立力变形计算柔度矩阵 3 建立了考虑热变形 弹性变形的活塞裙部润滑模型 通过该模型可以对发动机工况下的活塞 裙部润滑状态进行分析计算 同时对比了在冷态下活塞裙部润滑和热态下的不同点 4 对活塞裙部型面进行了分析工作 包括纵向型线的设计因素 型线的拟和方法 同时对活塞 裙部横向型线规律进行了分析 并引入了活塞裙部曲面拟和的方法 5 结合发动机的实际工况 通过仿真 研究一些结构参数如活塞型线 裙部长度 销偏心和配 缸间隙对活塞系统二阶运动和摩擦的影响 给出了在活塞裙部设计方面一些结构参数的设计准则 6 为了验证活塞裙部润滑模型的有效性 通过该模型 尝试进行了活塞型面参数优化设计 同 时在一款发动机上进行了试验研究 并通过试验结果来对活塞裙部设计进行了评价 通过以上的工作 对活塞裙部的摩擦学设计方法有了一个更加全面的认识 同时也为活塞的设 计提供了有价值的参考依据 本研究工作中的一些阶段性创新成果论文 已经在相关领域的发表 这也说明本研究工作得到了承认 关键词 活塞裙部 润滑 有限元方法 活塞型面 仿真 Abstract Tribology characteristics of the piston skirt is the key issues that have much influence to the design of the modern internal combustion engine ’s piston. Many research work were carried out to find a solution for a long time, unfortunately, the main issues were not be resolved totally. In order to obtain the final tribology design of piston skirt, large quantities tests were done and many experiences were used to improve design little by little in traditional way. Obviously this method can not meet the requirement of design of the current piston. In this thesis, the lubrication model was established through the analysis of