缸套表面织构参数设计及其动压润滑机制研究-机械制造及其自动化专业论文.docxVIP

中北大学学位论文 中北大学学位论文 缸套表面织构参数设计及其动压润滑机制研究 摘 要 当今社会人们对发动机的节能、环保以及高可靠性提出了越来越高的要求，而降低 活塞环组与缸套之间的摩擦损失是提高内燃机机械效率的重要方面，因此对能够有效改 善摩擦副摩擦性能的表面织构技术在缸套—活塞环摩擦副中的应用研究显得尤为重要。 表面织构技术即在摩擦副表面加工出具有一定尺寸、形状和排列的图案。为了探讨 其润滑减摩机理，寻求润滑效果最佳时的织构形状及参数，论文在流体动压润滑条件下 分别运用基于 N-S 方程的 CFD 法及基于 Reynolds 方程的数值解法分析了不同织构形状、 参数下摩擦副的润滑效果，为表面织构技术的应用与研究提供了一定的参考依据。 本文首先运用 Fluent 软件对基于 N-S 方程的表面织构 CFD 模型进行了求解，结果 表明：沟槽类织构中深度 h??3.375 、宽度 d ??0.867 滑移面向右运动的左梯形沟槽润滑效 果较好，若将滑移面向右运动时的左梯形沟槽与右梯形沟槽相结合组合成混合织构其润 滑效果将更佳；点坑类织构中坑深 h ??28.75 、坑口直径 d ??0.56 的旋转抛物面形坑润滑 效果较好；将两类织构对比分析可以发现旋转抛物面形坑的润滑效果要优于半梯形沟槽； 漩涡中心位置变化的逆流效应以及楔形效应的双重作用是影响织构润滑特性的主要因 素。 然后采用有限差分法对基于 Reynolds 方程的动压润滑模型进行了数值求解，结果表 明：坑深 d ??20?m 时的旋转抛物面形坑润滑效果最佳，坑口直径则应在满足缸套内表 面强度的情况下尽量大点，同时应尽量增大最小润滑油膜的厚度；空化效应为影响织构 润滑特性的主要因素。 对以上两种结果对比分析发现：在满足强度要求情况下适当增大微坑深度以及坑口 直径有益于减小摩擦力，表面织构影响润滑效果的三个主要因素为逆流现象、空化现象 及楔形效应。 关键词：缸套—活塞环，表面织构，流体动压润滑，CFD，有限差分法 Research on Parameters Design and Mechanism of Surface Texture on the Cylinder Liner in Hydrodynamic Lubrication ABSTRACT Nowadays, people put higher requirements for energy-saving, environmental protection and high reliability of engine，and reducing the friction loss between piston ring and cylinder liner is an important aspect of improving the mechanical efficiency of internal combustion engine. So the research of the application of surface texture technology in the friction pair of cylinder liner-piston ring which can improve the friction properties is necessary. Surface textures are technical means which machined with certain sizes, shapes and arrays on frictional surface. In order to study the lubrication and anti-friction mechanism, look for the best shape and sizes of the surface textures, this paper analyzed the lubrication effects of different shapes and sizes under the hydrodynamic lubrication, using the CFD method based on navier-stokes equation and numerical solution based on Reynolds equation. Which provides some reference for application and study on surface textures. Firstly, the CFD analysis model about surface texture w