活塞和曲轴轴承润滑的数值仿真

论文摘要

活塞和曲轴轴承系统是内燃机的关键部件,其摩擦学、动力学性能直接影响到内燃机工作的可靠性和耐久性,对其进行流体动力润滑和弹性流体动力润滑研究具有重要的意义。本文从流体动力润滑理论出发,引入压力流量因子、剪切流量因子、接触因子,推导出了适用于活塞裙部结构油膜润滑数学模型的雷诺方程。该模型考虑了裙部表面粗糙度、裙部型线对油膜润滑的影响,并结合活塞的动力学方程一起分析了活塞的二阶运动,建立和开发了用有限元法数值求解雷诺方程的FORTRAN源程序,以TBD620型柴油机为例,计算出活塞裙部润滑的油膜压力、油膜厚度、裙部摩擦力、裙部型面等。本文还对曲轴轴承润滑特性进行了研究,以普通雷诺方程为基础,综合考虑了气穴效应、轴颈未倾斜、倾斜和弹性变形的影响,采用JFO边界条件,利用有限元法离散控制方程和数值方法求解,如质量守恒算法、近似因式分解算法、波前法、吉尔法,并编制了MATLAB程序和FORTRAN程序,计算出轴承润滑的油膜压力和厚度、载荷、弹性变形等。详细研究了若干参数变化对工作性能的影响过程,得出的结论为内燃机活塞和曲轴轴承系统摩擦学特性提供一个参考评价方法,同时为活塞和轴承的设计提供理论依据,对低噪声发动机的设计具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 活塞裙部润滑研究的意义
• 1.1.2 曲轴轴承润滑研究的意义
• 1.2 国内外研究的历史与现状
• 1.2.1 活塞裙部润滑研究
• 1.2.2 曲轴轴承润滑研究
• 1.2.2.1 轴承润滑中的气穴效应
• 1.2.2.2 考虑空穴边界条件和弹流润滑的研究
• 1.2.3 研究现状的总结
• 1.3 本文研究的主要内容和工作
• 第2章 活塞裙部雷诺方程的推导
• 2.1 普通雷诺方程的推导
• 2.1.1 等温条件下雷诺方程的推导
• 2.1.2 基于平均流量模型雷诺方程的推导
• 2.1.2.1 表面方向参数
• 2.1.2.2 压力流量因子
• 2.1.2.3 剪切流量因子
• 2.1.3 润滑油粘度、密度与压力、温度的关系
• 2.1.3.1 润滑油粘度与压力、温度的关系
• 2.1.3.2 润滑油粘度与温度的关系
• 2.1.3.3 粘度同时随压力和温度变化的规律
• 2.1.3.4 润滑油密度与压力、温度的关系
• 2.1.4 含有接触因子和压力、剪切流量因子雷诺方程的推导
• 2.2 适用于活塞裙部油膜润滑雷诺方程的推导
• 2.2.1 推导适用于活塞裙部油膜润滑结构的雷诺方程
• 2.2.2 活塞裙部与缸套间油膜厚度的计算
• 2.2.3 活塞裙部与缸套间两润滑表面法向总弹性变形量的计算
• 2.3 本章小结
• 第3章 雷诺方程的数值求解和结果分析
• 3.1 富油区雷诺方程的有限元解法
• 3.2 贫油区油膜混合润滑的计算方法
• 3.3 程序和参数说明
• 3.4 计算结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 曲轴轴承润滑的分析和数值计算
• 4.1 考虑气穴效应雷诺方程的推导
• 4.2 轴承润滑边界条件的分析
• 4.2.1 油膜破裂边界条件
• 4.2.2 油膜再形成边界条件
• 4.3 质量守恒算法
• 4.3.1 质量守恒算法的推导
• 4.3.2 质量守恒算法的修正
• 4.4 近似因式分解算法
• 4.4.1 控制方程的转换
• 4.4.2 控制方程的求解
• 4.5 轴承润滑中油膜厚度和载荷的计算
• 4.6 本章小结
• 第5章 曲轴轴承润滑的计算程序和结果分析
• 5.1 质量守恒算法程序说明
• 5.2 轴颈未倾斜时计算结果及分析
• 5.3 近似因式分解算法程序说明
• 5.4 轴颈倾斜时计算结果及分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 曲轴轴承的弹性流体动力润滑分析
• 6.1 轴承弹流润滑的控制方程
• 6.2 控制方程的解法
• 6.3 程序说明和计算结果分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参数说明
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢