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基于流体动压润滑理论的活塞环表面激光微造型技术研究

作　者: 张华伟
导　师: 符永宏
学　校: 江苏大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 活塞环 激光微造型 变异多重网格法 润滑性能
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 2次
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内容摘要


活塞环-缸套摩擦副是发动机中最为关键的摩擦副之一。随着发动机越来越向高速、重载方向发展,如何使活塞环-缸套系统保持良好的润滑状况,对减小该摩擦副的摩擦磨损,延长发动机的使用寿命,提高经济性、动力性和耐久性具有非常重要的意义。近年来,作为改善摩擦副摩擦性能的激光表面微造型技术(LST),以其易控制、无污染、加工质量稳定等独特优点得到广泛关注。为改善活塞环-缸套摩擦副的摩擦状况,本文将激光表面微造型技术应用于活塞环表面处理中,具有重要的理论研究价值和工程实用意义。本文基于流体动压润滑理论,对外圆表面具有规则微凹腔结构的活塞环进行数值分析,并进行了模拟试验研究。首先,以激光微造型活塞环轴向4个凹腔为数值分析对象,建立活塞环表面具有规则抛物面微凹腔结构的流体动压润滑数学模型,结合雷诺空化边界条件,利用变异多重网格法,采用Matlab语言编程,数值求解离散后的数学模型。以流体膜无量纲平均压力作为衡量激光微造型活塞环动压润滑性能的标准,主要分析微凹腔面积占有率、深度和半径对流体动压润滑性能的影响规律,得到最优的微观凹腔几何参数组合。其次,采用“单脉冲同点间隔多次”激光微加工工艺,在淬火45钢试样表面进行激光微造型工艺试验,确定合理的激光微造型工艺参数。最后,在UMT-2摩擦磨损试验机上,对激光微造型试样进行摩擦磨损试验,试验结果表明:试样经激光微造型处理,明显改善了润滑效果,并且与理论研究结果有着较好的吻合性。本文的研究成果对于进一步拓展激光表面微造型技术(LST)在发动机其它摩擦副中的运用,具有非常重要的借鉴作用。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-25
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 活塞环-缸套摩擦副的国内外研究进展  12-15
    1.2.1 在摩擦润滑理论研究方面  12-15
    1.2.2 在其它方面  15
  1.3 微造型表面摩擦润滑性能的国内外研究进展  15-20
    1.3.1 在理论及试验研究方面  15-19
    1.3.2 在活塞环及其它产品方面  19-20
  1.4 表面微造型加工技术的国内外研究进展  20-21
  1.5 本课题来源  21
  1.6 本课题主要研究内容  21-22
  1.7 本课题研究目的  22-23
  1.8 本课题的研究价值和意义  23-25
第二章 具有规则微观形貌的活塞环表面润滑理论模型的建立  25-37
  2.1 表面造型活塞环几何模型  25-27
  2.2 活塞环运动模型  27-28
  2.3 活塞环造型表面润滑理论模型  28-34
    2.3.1 Reynolds方程的推导  28-29
    2.3.2 粘压方程  29-30
    2.3.3 膜厚方程  30-31
    2.3.4 压力边界条件  31
    2.3.5 空化边界条件  31-32
    2.3.6 力平衡及平均摩擦力方程  32-34
    2.3.7 流体膜平均压力求解方程  34
  2.4 数学模型的无量纲化  34-36
    2.4.1 无量纲参考量的选择  34-35
    2.4.2 Reynolds方程的无量纲化  35
    2.4.3 膜厚方程的无量纲化  35
    2.4.4 压力边界条件的无量纲化  35
    2.4.5 力平衡及平均摩擦力方程的无量纲化  35-36
  2.5 本章小结  36-37
第三章 活塞环润滑理论数学模型的数值求解及分析  37-61
  3.1 数值计算原理  37-45
    3.1.1 偏微分方程的数值解法  37-39
    3.1.2 多重网格法  39-45
  3.2 无量纲方程的离散  45-47
  3.3 活塞环润滑计算程序的编制  47-50
    3.3.1 数值求解过程  47-48
    3.3.2 编程软件Matlab及程序流程图  48-49
    3.3.3 计算参数  49-50
  3.4 数值计算结果与分析讨论  50-60
    3.4.1 油膜压力  51-55
    3.4.2 微凹腔面积占有率Sp的影响  55-57
    3.4.3 微凹腔深度h_p的影响  57-59
    3.4.4 微凹腔半径r_p的影响  59-60
  3.5 本章小结  60-61
第四章 实验研究  61-75
  4.1 激光微造型工艺试验  61-67
    4.1.1 "单脉冲同点间隔多次"激光微造型工艺  61-62
    4.1.2 试验设备  62-63
    4.1.3 试验样块  63
    4.1.4 试验方案及试验方法  63-64
    4.1.5 试验结果与分析  64-67
  4.2 摩擦磨损试验  67-74
    4.2.1 试验设备  68
    4.2.2 试样的选择  68-69
    4.2.3 试验方案及试验方法  69-70
    4.2.4 试验结果与分析  70-74
  4.3 本章小结  74-75
第五章 结论与展望  75-77
参考文献  77-84
致谢  84-85
攻读硕士期间发表的论文  85

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光的应用
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