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中文摘要
摘 要
内燃机摩擦副作为内燃机的一部分,其摩擦学性能对整机性能和可靠性有重
大的影响。低摩擦技术的开发和应用是内燃机摩擦学中的一个核心问题, 内燃机通
过整个曲柄连杆机构将缸内压力转化为曲轴旋转运动来输出有用功。曲柄连杆机
构的摩擦损失成为内燃机摩擦损失的主要来源之一,其中主轴承的摩擦损失约占整
机的摩擦 10%-25% ,本文针对主轴承(关键摩擦副)进行仿真和试验的研究,寻
求降摩擦方法。同时,主轴承在工作过程中承受高负荷与高转速的恶劣工况,其润
滑可靠性直接影响内燃机的工作的可靠性。因此现代优良内燃机开发对主轴承的
润滑性能提出了更高的要求,在降摩擦的同时必须保证轴承的可靠性。
本文开展了以下研究工作:
1. 主轴承摩擦功试验测试分析
内燃机整机的摩擦功容易测量, 但在内燃机开发中需要知道各子系统的摩擦
占比和摩擦功值,从而得知摩擦占比大的子系统,并对其进行摩擦优化。摩擦损
失的测定方法有示功图法、拆解倒拖法、灭缸法和油耗线法四种,而在汽油机开
发中,拆解倒拖法得到广泛的应用,本文对拆解倒拖法进行研究和测试分析,得
到了较好的测试结果。
2. 主轴承摩擦润滑的数值分析
轴承润滑状态包括流体润滑、混合润滑和边界润滑。随着润滑油膜厚度的逐
渐变薄,轴承润滑状态逐渐由流体润滑过渡到混合润滑,继而进入边界润滑。曲
轴主轴承承受较大的交变载荷作用,在恶劣工况,其润滑油最小油膜厚度只有几
微米,需进行混合润滑和边界润滑的数值的仿真计算,从而判断主轴承润滑的好
于差。由于轴承润滑影响因素较多,所以数值分析存在许多困难。本文学习了多
体动力学理论、润滑油特性、油膜厚度方程等基本理论,并基于拆解倒拖试验工
况建立了相对应的数值仿真模型,获得了主轴承的摩擦功耗情况。仿真计算值与
拆解倒拖法的测试值进行对比,误差较小,主轴承摩擦计算方法能较好的反映实
际摩擦功耗,可应用于内燃机外特性工况的摩擦润滑特性分析。
在拆解倒拖法建立的数值仿真模型基础上,考虑气缸内压力以及活塞和连杆
的往复和旋转惯性力的影响,对主轴承进行数值分析,得到外特性工况下主轴承
摩擦损失功,用于评估外特性工况下主轴承的摩擦性能,并和拆解倒拖工况进行
对比分析。
3. 主轴承摩擦润滑数值分析优化
本文根据内燃机主轴承的特点,研究了一种主轴承摩擦优化分析方法,通过
I
重庆大学硕士学位论文
对主轴承的优化分析,优化后的主轴承相比原主轴承的摩擦损失有了明显的降低。
4. 主轴承可靠性分析
本文基于流体动力润滑理论,利用AVL EXCITE 多体动力学软件建立了可靠
性仿真模型,计算了优化方案曲轴在不同工况下主轴承的润滑特性,规律,从轴
承油膜厚度,油膜压力、剪切应力、机油温升等方面评估了主轴承的可靠性。
5. 主轴颈最佳油孔位置确定方法
本文从轴瓦展开平面的油压分布规律,确定油孔轴向位置的选取,并通过瞬
态轴承润滑特性分析计算,查看油膜压力随曲柄转角的分布情况,寻找低压区相
对应的油孔周向角度,确定主轴承周向最佳位置。本文比较了两种不同周向位置
油孔方案的油膜压力和摩擦损失情况,最佳周向位置的主轴承相比另外一种方案
的主轴承油膜压力和摩擦损失均有了明显的降低,验证了该方法的可行性。
关键词: 内燃机;主轴承;摩擦损失;倒拖;动力学
II
英文摘要
Abstract
The tribological properties of friction pairs of internal combustion engines have a
great influence on the performance and reliability o
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