柴油机活塞裙部润滑摩擦分析及其优化设计

摘要

活塞裙部与缸套之间的润滑摩擦性能对柴油机的性能至关重要,人们对此问题进行了多种研究,为减少摩擦提高发动机的可靠性,传统的活塞设计必须在已有的经验上通过大量的试验进行逐步改进,而这种方法已经不能适应现代活塞设计的要求。
　　 本文以活塞裙部为研究对象,结合活塞的二阶运动,建立了工作状态下活塞裙部的润滑计算模型,并采用有限元方法进行求解。以此对影响活塞裙部润滑的各个参数进行了分析,为活塞裙部的设计提供了依据。又因影响参数较多逐个计算工作量巨大,本文在活塞裙部型线的设计中采用正交试验方法,该方法的应用大大减少了活塞裙部设计的工作量。
　　 为此,本文进行了如下几方面的研究:
　　 1.通过分析活塞的受力平衡,建立了活塞二阶运动的模型,并采用龙格库塔格式对活塞的二阶运动进行求解；
　　 2.利用平均雷诺方程建立了活塞裙部和缸套系统润滑的数学模型,采用Matlab软件编写了该模型的有限元解法程序,并将该程序嵌套进活塞二阶运动的程序当中,形成发动机整个工作循环活塞裙部润滑计算程序；
　　 3.利用已经建立的活塞裙部润滑计算程序进行原机的润滑状态和二阶运动的分析计算；
　　 4.利用已经建立的活塞裙部润滑计算程序,采用正交试验方法,对活塞销偏心、配缸间隙、中凸点位置、裙部长度、椭圆度参数和活塞裙部纵向型线的曲率进行了相应的优化分析,选择最佳的优化匹配方案并对该方案进行计算,证明改进有效。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 活塞缸套摩擦系统

1.2.1 活塞缸套系统的工作条件

1.2.2 活塞缸套系统的摩擦与磨损现象

1.3 活塞裙部润滑摩擦研究

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.3.3 目前存在的问题

1.4 活塞的优化设计

1.4.1 活塞性能要求

1.4.2 活塞设计的主要内容

1.4.3 活塞设计技术发展趋势

1.5 本文主要研究内容

第二章 活塞的动力学分析

2.1 引言

2.2 活塞系统的简化模型

2.3 活塞系统的受力分析

2.3.1 活塞的受力

2.3.2 各项力及其相应力矩的确定

2.3.3 平衡方程的建立

2.3.4 动力学方程的求解

2.4 本章小结

第三章 活塞裙部润滑摩擦研究

3.1 引言

3.2 摩擦和润滑理论基础

3.3 雷诺方程

3.3.1 雷诺方程通用形式

3.3.2 活塞裙部油膜的雷诺方程

3.3.3 雷诺方程的边界条件

3.4 油膜厚度

3.5 润滑油粘度

3.5.1 粘温特性

3.5.2 剪切稀化特性

3.6 活塞裙部的摩擦特性

3.7 雷诺方程的求解

3.7.1 有限元法

3.7.2 雷诺方程的有限元解

3.7.3 活塞裙部润滑计算流程

3.8 整个工作循环活塞裙部润滑计算流程

3.9 原机计算结果

3.10 本章总结

第四章 活塞裙部优化设计

4.1 活塞裙部设计

4.1.1 裙部尺寸和销孔的位置

4.1.2 活塞型线设计

4.2 优化问题的确定

4.2.1 主要优化研究时刻的确定

4.2.2 优化目标的确定

4.2.3 优化参数的确定

4.3 试验设计

4.3.1 正交试验法简介

4.3.2 试验因素和水平的选择

4.4 试验结果分析

4.4.1 活塞偏置分析

4.4.2 配缸间隙分析

4.4.3 中凸点位置分析

4.4.4 裙部长度分析

4.4.5 椭圆度分析

4.4.6 曲率分析

4.4.7 最佳匹配方案

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢