活塞裙部润滑数值仿真分析

论文摘要

活塞是柴油机中最重要的零件之一,对活塞进行流体动力润滑研究,分析活塞的动力学和摩擦学性能具有重要的意义。本文采用包含压力流量因子、剪切流量因子、接触因子的平均流量模型,建立了适用于活塞裙部油膜润滑数学模型的雷诺方程,同时考虑了活塞线型对油膜润滑的影响；根据柴油机热力工作过程公式计算得到不同工况下燃气瞬时温度及燃气瞬时换热系数,并通过经验公式计算得到燃气平均换热系数沿半径方向的变化曲线；并把活塞外侧表面与冷却水之间的换热问题等效为多层平壁的热传导问题,通过已知的几何尺寸初步计算出活塞外侧表面各部分之间的换热系数；然后运用Fortran语言编制活塞温度场和热变形场的有限元程序。以TBD620型柴油机为例,计算得到了活塞裙部表面温度云图及活塞裙部径向热变形云图；把计算出的活塞裙部热变形带入已编制的活塞裙部润滑程序中,对活塞裙部的流体动力润滑情况进行计算,得到了活塞裙部在各曲轴转角下的压力分布、摩擦力变化曲线；同时通过建立缸体振动对油膜厚度的影响的数学模型,把缸体振动引起的油膜厚度变化加入活塞裙部流体动力润滑程序中,得到了气缸振动频率及振幅对活塞裙部油膜压力和摩擦力的影响关系。结果表明油膜压力随着负荷的增加而增加,摩擦力变化较小主要是由油膜的剪切力引起；油膜压力随气缸振动频率及振幅的增加而增加,摩擦力变化较小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 活塞裙部润滑研究的意义
• 1.3 现阶段国内外研究现状及总结
• 1.3.1 国内外研究现状
• 1.3.2 研究现状的总结
• 1.4 本文研究的主要内容
• 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 假设条件
• 2.1.2 等温条件下雷诺方程的推导
• 2.1.3 润滑油粘度密度与压力温度的关系
• 2.2 基于平均流量模型的雷诺方程
• 2.2.1 表面纹理参数
• 2.2.2 压力流量因子
• 2.2.3 剪切流量因子
• 2.2.4 接触因子
• 2.2.5 平均流量模型的雷诺方程的推导
• 2.3 适用于活塞裙部油膜润滑的雷诺方程
• 2.3.1 活塞裙部油膜润滑的雷诺方程的推导
• 2.3.2 油膜厚度的确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 活塞有限元热分析基础理论
• 3.1 有限元法简介
• 3.2 三维温度场的有限元分析
• 3.2.1 热分析理论基础
• 3.2.2 温度场的边界条件和初始条件
• 3.2.3 温度场在空间域上的离化
• 3.3 三维热变形场的有限元分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 考虑活塞裙部热变形的润滑分析
• 4.1 活塞传热理论
• 4.1.1 活塞热负荷的本质
• 4.2 活塞边界条件
• 4.2.1 燃气对活塞顶部的换热系数及其平均温度
• 4.2.2 活塞外侧表面的换热系数
• 4.2.3 活塞顶内腔和裙部内侧表面换热系数
• 4.3 活塞温度场及热变形的计算
• 4.3.1 活塞温度场的测量
• 4.3.2 活塞的有限元温度场计算
• 4.3.3 活塞裙部热变形计算
• 4.4 热变形下的裙部润滑模型
• 4.4.1 数学模型
• 4.4.2 边界条件
• 4.5 本章小结
• 第5章 算例及结果分析
• 5.1 程序说明
• 5.1.1 活塞温度场及热变形程序说明
• 5.1.2 活塞裙部润滑程序说明
• 5.2 结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 缸体振动对活塞裙部润滑的影响
• 6.1 数学模型
• 6.2 算例分析
• 6.2.1 振动频率对油膜压力及摩擦力的影响
• 6.2.2 振动振幅对油膜压力及摩擦力的影响
• 6.3 本章小结
• 结论
• 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