全浮式活塞销冲击特性影响因素研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jerry8006
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全浮式活塞销摩擦副是内燃机常见的间隙机构,活塞销与连杆小头之间易形成周期性撞击,当撞击激励过大时会导致内燃机工作过程中产生异响,甚至使零部件非正常损坏。随着柴油机强化程度的不断提高,机械负荷不断增加,加剧了活塞销与连杆小头之间的撞击以及摩擦磨损,并形成较大的敲击噪声。因此,针对全浮式活塞销与连杆小头之间的撞击产生的机理及影响因素进行研究,对于控制活塞销与连杆小头之间的碰撞,提高整机NVH性能具有重要意义。以某高压共轨直列四缸机为研究对象,利用有限元软件对气缸、活塞连杆组及曲柄销模型进行有限元前处理,并通过模态试验与模态仿真相结合的方法检验了缩减模型的准确性,动力学软件对活塞连杆组柔性多体动力学模型进行建模,研究了额定工况下(2600rpm)活塞销与连杆小头的动力学特性与润滑特性,主要研究内容和结果如下:1)在进气冲程阶段,曲轴转角764°CA—802°CA活塞销从连杆小头衬套上端附近迅速向衬套下承载区移动,此行程位移为-45.8μm;在排气冲程阶段,曲轴转角1376°CA—1413°CA活塞销从连杆小头衬套下承载区迅速上衬套上表面运动,此位移行程为-42.5μm。2)活塞销相对连杆小头竖直方向受力及竖直方向速度在进排气冲程都有出现动态变化。活塞销相对连杆小头竖直方向受力分别在曲轴转角798°CA和1394°CA时刻附近发生波动,前者出现极大值3207.9N,后者出现极小值-3041N;活塞销相对连杆小头竖直方向速度分别在曲轴转角796°CA以及1389°CA附近有较大的波动,前者峰值速度为9.4mm/s,后者峰值速度为-7.96 mm/s。3)活塞纵向加速度分别在曲轴转角798°CA和1393°CA附近有较大波动,前者峰值加速度为加速度峰值为881.2m/s2,后者加速度峰值为-266 m/s2;以上说明了活塞销与连杆小头之间产生了冲击导致竖直方向分力发生反转,并带动活塞对缸套形成纵向敲击产生噪声。通过控制活塞销与活塞销座之间的间隙一定程度说明了活塞销与连杆小头之间的撞击是活塞销噪声产生的主要因素。4)活塞销噪声时刻附近都有对应出现最小油膜厚度曲线及最大油膜压力曲线的极值,且曲轴转角798°CA(进气冲程最小油膜厚度极小值点)时,最小油膜厚度出现在轴瓦周向174°的位置,同时在曲轴转角797°CA(进气冲程最大油膜压力极大值点)最大油膜压力也位于轴瓦周向174°,说明进气冲程阶段,活塞销与连杆小头衬套的撞击位置并不是理想的180°位置附近,而是最大油膜压力位置极值点附近;同理,在曲轴转角1394°CA时,最大油膜压力极值出现于周向21°位置,以上说明了活塞销噪声的出现与润滑具有相互影响的联系。5)设计了抛物型线,超椭圆型线和三角型线三种方案,每种方案径向梯度分别为4μm、8μm和12μm。抛物型线润滑性能相较无型线润滑性能有明显提升,而超椭圆型线和三角型线润滑性能相较无型线润滑性能反而有所降低,且增加了轴颈与轴承之间的粗糙接触概率。其中,径向梯度4μm的抛物型线对连杆小头轴承的润滑性能有较好的提升;径向梯度为12μm的抛物型线不仅对进气冲程前期活塞销相对连杆小头竖直方向峰值速度有明显的降低,还减小了排气冲程后期活塞销相对连杆小头竖直方向峰值速度。6)通过对不同的连杆小头衬套与活塞销之间的配合间隙可以看出,在16—28μm的半径间隙范围内,增加配合间隙虽然能有效的增加轴承润滑性能,但也会增加活塞销与连杆小头之间的撞击程度。7)粗糙度的增加会改善润滑,并且对进气冲程前期活塞销相对连杆小头竖直方向速度峰值有较明显的影响,对排气冲程后期活塞销相对连杆小头竖直方向速度点峰值影响不大。
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