缸套-活塞环三维润滑状态模拟分析.pdf

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1、第2期(总第217期)车用发动机No．2(SerialNo．217)2015年4月VEHICLEENGINEApr．2015缸套一活塞环三维润滑状态模拟分析张世锋，徐久军，严志军，曹淑华(大连海事大学船机修造工程交通行业重点实验室，辽宁大连116022)摘要：以发动机缸套一活塞环摩擦副为对象，研究润滑表面粗糙度、润滑油的变黏度效应以及气缸套圆周方向的彤变等因素对润滑状态的影响。运用三维瞬态平均Reynolds方程与微凸体接触模型，建立缸套一活塞环三维瞬态动压润滑模型，并使用Fortran语言编制了润滑状态计算程序，得

2、出行程内的最小油膜厚度、压力分布、摩擦力等曲线。结合实际工况对计算结果进行分析，表明在活塞环圆周方向上的油膜压力及油膜厚度分布都是不均匀的，有明显变化；在压缩冲程上止点附近，微凸体摩擦力数倍于流体摩擦力，是引起摩擦磨损的主要原因。关键词：活塞环；缸套；润滑；仿真DOI：10．3969／j．issn．1001—2222．2015．02．002中图分类号：TK424．12文献标志码：B文章编号：i001—2222(2015)02—0007—06随着内燃机向高转速和轻小化发展，润滑工况算区域的润滑问题并能获得其平均特性，计

3、算量大变得更加苛刻，润滑已成为提高内燃机可靠性和耐大减小，所得结果也基本能满足工程需要，因此得到久性的一个非常关键的技术问题。活塞环一气缸套了广泛应用口。。是发动机的一个重要摩擦副，其所造成的摩擦损失本研究考虑了润滑表面综合粗糙度、缸套圆周占车辆的能量损失比重较大，约为19]，因此，有方向形变、润滑油黏度等因素的影响，综合分析缸必要选择一个适当的缸套一活塞环摩擦副计算模型，套一活塞环润滑系统的性能，计算了最小油膜厚度、尽可能准确地分析摩擦副运动时的润滑状态，为缸压力分布、摩擦力等，建立了缸套一活塞环三维瞬态套一活塞环

4、优化设计提供依据。流体动压润滑数学模型，为缸套一活塞环的摩擦状态在上下止点附近，油膜厚度较小，摩擦副表面的分析提供了设计依据。粗糙峰可能产生直接接触并承担一部分载荷，即处1润滑数值模型的建立于部分膜流体润滑状态，或者说混合润滑状态，此时摩擦副表面的粗糙度对油膜润滑性能有着决定性的1)三维平均Reynolds方程影响[2]。对粗糙度影响流体域润滑问题的数值分(lD)+(≯lDh3)一析和处理方法目前主要有两种：第一种是在常规流体润滑基本方程的基础上把真实的表面形貌模拟为6u+6+12。(1，边界条件l5_6l，对于时域

5、内的线接触和面接触混合润式中：和分别为在和Y方向上的压力流量因滑问题，由于求解时需要划分足够小的网格来反映表面的微观形貌，计算量过大，目前的应用较少；另子；声是剪切流量因子；为两粗糙表面综合粗糙一种是采用统计平均的概率分布方法求解_7]，典型度；P为平均油膜压力；h为实际油膜厚度期望值。代表是由Patir和Cheng提出的平均流量模型_8]，2)压力和剪切流量因子通过在经典Reynolds方程中引入压力流量因子和-z和Y方向上的压力流量因子和表示粗剪切流量因子来反映粗糙表面粗糙度对润滑性能的糙表面间的平均压力流量与光

6、滑表面间的压力流量影响口“]，由于该模型可以分有效处理具有较大计之比。由于粗糙表面在z方向上的表面方向参数与收稿日期：201410—16；修回日期：2015—0402基金项目：国家重大基础研究(973)作者简介：张世锋(1978)，男，讲师，博士，主要从事摩擦润滑等方面的研究；zhangshifeng@dlmu．edu．crl。通讯作者：徐久军(1967一)，男，教授，博士，主要从事摩擦润滑等方面的研究；jjxu@dlmu．edu．cn车用发动机2015年第2期在Y方向上的表面方向参数互为倒数，故其表达式为定可靠。一

7、一lI11一+CH—y≤1一．O，’(2)(H，)，)一(H，1／7)。(3)剪切流量因子声反映两粗糙表面相对滑动时产生的附加流量的影响，表达式为一()声(H，y)一(堕)z(H，y)，(4)．fA1H。lexp(一a2H+a3H)H≤5．0一{A2exp(一o．25H)H>5．o。图1缸套一活塞环运动形式及接触状态不意(5)本试验选用定制的直筒镀铬缸套，内径3)活塞环径向受力平衡方程110mm，壁厚7mm，高度200mm。试验用缸套试F+F一F+W。(6)样均由电火花线切割机从定制的直筒缸套上切取，式中：为作用在活

8、塞环背部的气体压力；F为活沿缸套圆周方向等分4O份，即9。一个，切割成长度塞环张力；F为总的作用在活塞环上的径向润滑油为43mm的缸套试样。活塞环选用定制的片状膜压力；W为微凸体接触力。PVD氮化铬活塞环，为对称桶面结构，内径70mm，4)微凸体接触模型外径110mm，环高3mm。沿活塞环的圆周方向等采用GreenwoodL1等提出的粗糙表面接