表面织构分布方式及几何形貌对活塞环润滑性能影响的仿真研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:acup
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活塞环-气缸套摩擦副作为内燃机的关键摩擦副,其润滑性能直接影响到内燃机的使用寿命和机械效率,通过表面织构技术可以改善活塞环-气缸套的润滑性能。活塞环组中工况最恶劣的气环通常为桶面环,其桶面轮廓有助于形成流体动压润滑。在大部分数值仿真研究中,将织构化活塞环-气缸套简化为平行表面,忽略了活塞环桶面对动压润滑的影响。研究活塞环桶面与微织构对流体动压润滑的协同作用,有利于进一步探索织构化桶面活塞环的润滑机理,为织构化桶面活塞环的优化设计提供理论参考。本文基于数值仿真方法,建立了织构化桶面活塞环的润滑数值计算模型,研究了表面织构的分布方式和几何参数对其动压润滑性能的影响规律及机理;通过改变桶面参数,研究了桶面高度和桶面偏移量对织构化活塞环动压润滑性能的影响;研究了考虑混合润滑状态时不同工况条件对织构化活塞环润滑性能的影响。主要的研究内容如下:(1)研究了桶面活塞环上织构的分布方式和几何形貌对油膜压力分布的影响,发现由桶面活塞环产生的动压效应在油膜压力分布中占主导因素,活塞环上位于油膜压力上升区的织构引起的压力脉动较微弱,位于油膜压力下降区的织构引起的压力脉动较为明显。相比无织构、全织构、两侧织构的活塞环,单侧织构的活塞环可以产生最高的动压承载力,并在单侧分布下得到了一组最优的织构几何参数。(2)研究了活塞环桶面高度和桶面偏移量对动压润滑性能的影响规律。发现随着桶面高度增大,油膜承载力呈先增大后减小的趋势。随着桶面偏移量增大,油膜承载力在活塞环向上滑动时呈减小趋势,在向下滑动时呈增大趋势。随着桶面参数改变,活塞环上最优的织构参数也会随之改变,并在不同桶面参数基础上进一步优化了织构几何形貌。(3)研究了混合润滑状态时活塞环的润滑性能,讨论了不同工况条件下(载荷/润滑油黏度/曲轴转速)无织构、全织构、两侧织构和单侧织构活塞环的平均摩擦功率、摩擦系数和最小油膜厚度的变化规律。研究发现对于不同工况条件:当载荷和转速增加时,不同织构分布方式的活塞环平均摩擦功率均呈增大趋势,当润滑油黏度增加时,平均摩擦功率均呈减小趋势。对于不同织构分布方式:双侧织构活塞环平均摩擦功率相较其他织构分布方式最低。单侧织构活塞环在曲轴转角0°至180°时摩擦系数较其他织构分布方式最小,油膜厚度最大。
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