柴油机气缸套活塞表面微织构动压润滑仿真及实验研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaofeiyu520
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影响机械运行效能和使用寿命的因素有很多,摩擦学性能是一个关键因素,减少磨损、控制摩擦,对于提高生产效率、降低资源消耗具有重大意义。表面织构技术,即在摩擦副表面加工有规则和排列方案的微观结构,这种方法已经成为近年来新出现的一种能够改善接触表面摩擦学性能的有效手段。本文模拟了表面微织构的数学模型,利用Fluent16.0软件模拟流体流经微织构的仿真实验,通过改变微织构形状和排列方式,对微织构内部流场及反映出来的微织构表面摩擦系数进行了讨论,得出了最优图形-圆形(圆柱)及排列方式-三排三孔。除此以外,通过深宽比的改变对润滑性能影响进行了数值模拟,分析了不同微织构的深宽比和尺寸等参数的变化对流体润滑性能的影响,结果表明深宽比在1的左右时,油膜承载力都有一定程度的加强,也就是说在一定范围内,增加微织构深度与宽度都能增加油膜承载能力。增加深度对于油膜承载力的增加影响更大。微织构的深宽比存在一个最优值,使油膜的承载能力最大,本仿真中最优值在深宽比为4时体现。另外,在分析研究微织构对润滑性能的影响时,不能忽略空化效应的影响。相比其他因素,考虑空化效应时,在微织构处承载能力降低的趋势最为明显,油膜的承载能力降低了62%。最后,搭建了实验平台,对圆形结构时不同排列方式的微织构进行实验,并与模拟数据进行对比,综合得出结论。实验后气缸套表面微坑中存有明显的块状物质,对其进行能谱分析可知,该物质主要元素成分为Fe、O和C,推断认为是气缸套或者活塞环在往复运动过程中产生的磨屑,说明微织构起到了收集磨屑,减少磨粒磨损的作用。从实验结果来看,未处理的气缸套试样的摩擦系数约为0.1272,一排三孔处理的气缸套试样的摩擦系数为0.1218,较未处理缸套试样降低了4.2%,三排三孔处理的气缸套试样的摩擦系数为0.1127,较未处理缸套试样降低了11.4%。实验结果表明相比无微织构和单排微织构,多排微织构具有显著的减磨效果。对比实验结果与数值分析结果,实验结果与仿真结果间的误差在3%以内,在可接受范围内,这进一步验证了仿真数值分析结果的有效性,为后续继续深入研究提供了方法和数值分析的理论基础。
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