表面織構參數對活塞/缸套摩擦副潤滑行為的影響及優(yōu)化方法研究
發(fā)布時間：2021-03-28 03:34
活塞組件是往復設備中最典型和最重要的運動部件之一,往復設備缸套/活塞系統(tǒng)的潤滑特性直接影響機械設備的滑油消耗量、泄漏量、振動特性、磨損以及摩擦產生的能源消耗率。機械設備良好的摩擦學性能不僅能夠有效的降低摩擦損失,延長零部件和設備的使用壽命,還能對設備的振動噪聲和有害物排放起到一定的抑制作用。應用表面織構改善活塞/缸套摩擦副的潤滑特性是提高其運行可靠性、經濟性的有效方法。因此探究表面織構的作用機理與設計規(guī)律對往復設備的可靠性與經濟性設計具有重要的意義和廣闊的應用前景。本文以往復設備活塞/缸套摩擦副為研究對象,以卡特皮勒公司往復式斜盤泵和福特汽車公司發(fā)動機為具體載體,建立了動壓潤滑和混合潤滑兩種潤滑狀態(tài)下活塞/缸套的潤滑模型,綜合考慮摩擦副的幾何參數、運行工況、表面織構的尺寸、深度、密度、分布、類型等參數,探究了表面織構的作用機理,研究了表面織構對活塞潤滑特性的影響,并初步嘗試了運用人工智能手段對表面織構設計參數進行優(yōu)化分析。針對動壓潤滑狀態(tài),以卡特皮勒公司往復式斜盤泵為研究對象,建立了變計算域、移動邊界的瞬態(tài)動壓潤滑模型,提出了不同結構的往復式斜盤泵活塞/缸套潤滑狀態(tài)的統(tǒng)一求解方法,通過...
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數】：150 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
近50年以來關于表面織構研究的統(tǒng)計：（a）文章數量/年，（b）研究方法
4圖 1.2 單一織構和階梯分布的局部織構壓力分布圖及作用機理[14]Figure 1.2 Typical pressure distribution over a single texture with cavitation and a stepped and partialltextured slider[14]基于非質量守恒的空穴邊界條件，早期發(fā)表[30]的關于中心分布的凹坑織構的文章了較為滿意的結果。這是因為，基于非質量守恒邊界條件得到的壓力分布與質量守界條件下得到的壓力分布不同，這將導致非質量守恒邊界條件下將得到較高的油膜力，這種現象在 2007 年由 Ausas 等[31]首次提出，如圖 1.2(b)。T nder 等[32,33]指出，平行滑動軸承入口段的粗糙表面會產生類似于“瑞利階梯軸承結構，同時，入口區(qū)域的粗糙表面還會使更多的潤滑油進入壓力承載區(qū)，減小端泄Arghir 等[34]首次提出慣量相關作用，如圖 1.2(c)所示。基于雷諾方程或斯托克斯的簡化模型并沒有考慮慣量作用，因此，他們求解了完整的微觀粗糙表面下的 Navitokes 方程，并發(fā)現在高雷諾數情況下，慣量作用可以提高流體的承載能力。隨后，Sah
Dobrica 和 Fillon[36]針對慣量作用的研究卻得出了完全相反的結論慣量作用對流體承載力有著消極的作用。De Kraker 等[37]強調慣量作用既承載力也可以降低其承載力，這取決于流動情況。針對帶有表面織構的滑軸承[41,42]，Cupillard 等通過 CFD 對慣量作用開展了大量工作。他們[40]指一定的凹坑深度時才能夠提高流體的承載力，這一結論與 Sahlin 等[35]的研tsion 團隊發(fā)現平行織構可以提高零部件的摩擦學特性。表面織構位于出口大的平均油膜厚度，這種局部織構的效果與階梯軸承十分相似，如圖 1.2將局部織構理念應用到密封圈[43]，止推軸承[30,44]，滑動軸承[45]和活塞環(huán)[46 計算方法研究現狀于表面織構的計算模型研究主要是圍繞流體作用機理模型，邊界條件，數展開的，如圖 1.3 所示[14]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]激光表面織構形狀參數對鈦合金摩擦學性能的影響[J]. 王明政,王成彪,康嘉杰,朱麗娜,岳文,付志強. 中國表面工程. 2017(04)
[2]液壓缸活塞表面微條紋織構摩擦性能數值分析[J]. 余廣,曾良才,毛陽,盧艷. 武漢科技大學學報. 2015(06)
[3]表面織構創(chuàng)新設計的研究回顧及展望[J]. 王靜秋,王曉雷. 機械工程學報. 2015(23)
[4]A mass-conservative average flow model based on finite element method for complex textured surfaces[J]. XIE Yi,LI YongJian,SUO ShuangFu,LIU XiangFeng,LI JingHao,WANG YuMing. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2013(10)
[5]自然吸氣汽油機摩擦功對比試驗研究[J]. 葉年業(yè),穆建華,黃忠文,張俊,黃勇,夏志豪. 車用發(fā)動機. 2013(02)
[6]發(fā)動機低摩擦優(yōu)化設計及試驗[J]. 武彬,李駿,李康,侯福建,蔣文虎. 吉林大學學報(工學版). 2014(01)
[7]柴油機缸套表面微溝槽織構潤滑性能仿真分析[J]. 尹必峰,錢晏強,李曉東,劉勝吉,符永宏. 中國機械工程. 2013(05)
[8]綠色船舶的摩擦學研究現狀與進展[J]. 嚴新平,袁成清,白秀琴,徐立,孫玉偉,孫星. 摩擦學學報. 2012(04)
[9]數據插值方法及其在傳感器網絡中的應用[J]. 陳朋,周四望. 微計算機信息. 2011(12)
[10]電腦真能替代人腦?[J]. 申明. 發(fā)明與創(chuàng)新(綜合科技). 2011(05)
博士論文
[1]基于活塞環(huán)組潤滑失效的船用柴油機拉缸故障機理研究[D]. 郭宜斌.哈爾濱工程大學 2014
[2]活塞系統(tǒng)二階運動分析及表面形貌擠壓效應研究[D]. 王慶生.合肥工業(yè)大學 2012
[3]內燃機燃燒室多體耦合系統(tǒng)三維瞬態(tài)傳熱模擬及應用研究[D]. 劉志恩.華中科技大學 2007
[4]活塞環(huán)組三維潤滑數值模擬及其應用研究[D]. 葉曉明.華中科技大學 2004
碩士論文
[1]關于Kriging模型的構造及其優(yōu)化算法研究[D]. 柯賢斌.西安電子科技大學 2015
[2]基于梯度法的Kriging優(yōu)化方法研究[D]. 李永.西安電子科技大學 2014
[3]面向異構多核系統(tǒng)的并行計算模型和調度算法研究[D]. 李筱.湖南大學 2012
[4]活塞環(huán)表面織構化的理論及實驗研究[D]. 孫造.南京航空航天大學 2011
[5]表面織構化活塞環(huán)的摩擦學性能研究[D]. 鄭顯良.北京交通大學 2010
[6]表面織構對活塞環(huán)/缸套摩擦副摩擦學性能的影響[D]. 袁明超.南京航空航天大學 2009
[7]活塞環(huán)表面織構的摩擦學性能基礎研究[D]. 嚴東升.南京航空航天大學 2009
本文編號：3104802
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數】：150 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
近50年以來關于表面織構研究的統(tǒng)計：（a）文章數量/年，（b）研究方法
4圖 1.2 單一織構和階梯分布的局部織構壓力分布圖及作用機理[14]Figure 1.2 Typical pressure distribution over a single texture with cavitation and a stepped and partialltextured slider[14]基于非質量守恒的空穴邊界條件，早期發(fā)表[30]的關于中心分布的凹坑織構的文章了較為滿意的結果。這是因為，基于非質量守恒邊界條件得到的壓力分布與質量守界條件下得到的壓力分布不同，這將導致非質量守恒邊界條件下將得到較高的油膜力，這種現象在 2007 年由 Ausas 等[31]首次提出，如圖 1.2(b)。T nder 等[32,33]指出，平行滑動軸承入口段的粗糙表面會產生類似于“瑞利階梯軸承結構，同時，入口區(qū)域的粗糙表面還會使更多的潤滑油進入壓力承載區(qū)，減小端泄Arghir 等[34]首次提出慣量相關作用，如圖 1.2(c)所示。基于雷諾方程或斯托克斯的簡化模型并沒有考慮慣量作用，因此，他們求解了完整的微觀粗糙表面下的 Navitokes 方程，并發(fā)現在高雷諾數情況下，慣量作用可以提高流體的承載能力。隨后，Sah
Dobrica 和 Fillon[36]針對慣量作用的研究卻得出了完全相反的結論慣量作用對流體承載力有著消極的作用。De Kraker 等[37]強調慣量作用既承載力也可以降低其承載力，這取決于流動情況。針對帶有表面織構的滑軸承[41,42]，Cupillard 等通過 CFD 對慣量作用開展了大量工作。他們[40]指一定的凹坑深度時才能夠提高流體的承載力，這一結論與 Sahlin 等[35]的研tsion 團隊發(fā)現平行織構可以提高零部件的摩擦學特性。表面織構位于出口大的平均油膜厚度，這種局部織構的效果與階梯軸承十分相似，如圖 1.2將局部織構理念應用到密封圈[43]，止推軸承[30,44]，滑動軸承[45]和活塞環(huán)[46 計算方法研究現狀于表面織構的計算模型研究主要是圍繞流體作用機理模型，邊界條件，數展開的，如圖 1.3 所示[14]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]激光表面織構形狀參數對鈦合金摩擦學性能的影響[J]. 王明政,王成彪,康嘉杰,朱麗娜,岳文,付志強. 中國表面工程. 2017(04)
[2]液壓缸活塞表面微條紋織構摩擦性能數值分析[J]. 余廣,曾良才,毛陽,盧艷. 武漢科技大學學報. 2015(06)
[3]表面織構創(chuàng)新設計的研究回顧及展望[J]. 王靜秋,王曉雷. 機械工程學報. 2015(23)
[4]A mass-conservative average flow model based on finite element method for complex textured surfaces[J]. XIE Yi,LI YongJian,SUO ShuangFu,LIU XiangFeng,LI JingHao,WANG YuMing. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2013(10)
[5]自然吸氣汽油機摩擦功對比試驗研究[J]. 葉年業(yè),穆建華,黃忠文,張俊,黃勇,夏志豪. 車用發(fā)動機. 2013(02)
[6]發(fā)動機低摩擦優(yōu)化設計及試驗[J]. 武彬,李駿,李康,侯福建,蔣文虎. 吉林大學學報(工學版). 2014(01)
[7]柴油機缸套表面微溝槽織構潤滑性能仿真分析[J]. 尹必峰,錢晏強,李曉東,劉勝吉,符永宏. 中國機械工程. 2013(05)
[8]綠色船舶的摩擦學研究現狀與進展[J]. 嚴新平,袁成清,白秀琴,徐立,孫玉偉,孫星. 摩擦學學報. 2012(04)
[9]數據插值方法及其在傳感器網絡中的應用[J]. 陳朋,周四望. 微計算機信息. 2011(12)
[10]電腦真能替代人腦?[J]. 申明. 發(fā)明與創(chuàng)新(綜合科技). 2011(05)
博士論文
[1]基于活塞環(huán)組潤滑失效的船用柴油機拉缸故障機理研究[D]. 郭宜斌.哈爾濱工程大學 2014
[2]活塞系統(tǒng)二階運動分析及表面形貌擠壓效應研究[D]. 王慶生.合肥工業(yè)大學 2012
[3]內燃機燃燒室多體耦合系統(tǒng)三維瞬態(tài)傳熱模擬及應用研究[D]. 劉志恩.華中科技大學 2007
[4]活塞環(huán)組三維潤滑數值模擬及其應用研究[D]. 葉曉明.華中科技大學 2004
碩士論文
[1]關于Kriging模型的構造及其優(yōu)化算法研究[D]. 柯賢斌.西安電子科技大學 2015
[2]基于梯度法的Kriging優(yōu)化方法研究[D]. 李永.西安電子科技大學 2014
[3]面向異構多核系統(tǒng)的并行計算模型和調度算法研究[D]. 李筱.湖南大學 2012
[4]活塞環(huán)表面織構化的理論及實驗研究[D]. 孫造.南京航空航天大學 2011
[5]表面織構化活塞環(huán)的摩擦學性能研究[D]. 鄭顯良.北京交通大學 2010
[6]表面織構對活塞環(huán)/缸套摩擦副摩擦學性能的影響[D]. 袁明超.南京航空航天大學 2009
[7]活塞環(huán)表面織構的摩擦學性能基礎研究[D]. 嚴東升.南京航空航天大學 2009
本文編號：3104802
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