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连杆衬套的热润滑性能研究

作　者: 周永召
导　师: 樊文欣
学　校: 中北大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 连杆衬套热效应动压润滑
分类号: TK401
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

连杆衬套作为内燃机的关键部件之一，在运转过程中承受很高的机械载荷和温度，在大载荷情况下，连杆衬套工作状况十分恶劣，导致摩擦磨损现象加剧。良好的润滑性能是保证连杆衬套正常工作的关键因素，因此开展连杆衬套的热润滑性能研究具有一定理论意义和实用价值。本文从曲柄连杆机构运动学和动力学角度出发，推导出活塞的位移、速度、加速度公式和连杆的角位移、角速度和角加速度公式，通过对连杆衬套所受的气体作用力和往复惯性力进行分析求解，得到作用于连杆衬套上的载荷。研究了连杆衬套动压润滑油膜形成的过程和机理，建立了适用于连杆衬套动压润滑的雷诺方程；通过对四种边界条件进行分析，发现对于连杆衬套流体动压润滑，采用Reynolds边界条件最为合适；推导了适用于连杆衬套的油膜承载量、摩擦力、润滑油流量和有效温度等计算公式。为了考虑温度的影响，采取简化算法，将黏度进行等黏度计算，在等黏度计算中采用有效黏度e代入雷诺方程。有效黏度e的确定需根据有效温度Te来确定。建立了连杆衬套的热润滑数学模型，主要包括雷诺方程、膜厚方程、粘温方程、载荷平衡方程等，对方程进行了量纲一体化和离散化，采用有限差分法对方程进行求解。以某型号柴油机连杆衬套为研究对象，对连杆衬套的热润滑性能进行了仿真分析，得到了一些有价值的结论。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
1 绪论  10-20
  1.1 课题研究的背景和实际工程意义  10-11
  1.2 连杆衬套概述  11-14
    1.2.1 连杆衬套的基本要求  12
    1.2.2 连杆衬套的结构  12-13
    1.2.3 连杆衬套材料的选用  13
    1.2.4 连杆衬套的润滑  13-14
  1.3 轴承热润滑性能研究进展  14-18
    1.3.1 国外研究进展  14-17
    1.3.2 国内研究进展  17-18
  1.4 本文的主要工作  18-20
2 连杆衬套的运动和受力分析  20-30
  2.1 引言  20
  2.2 中心式曲柄连杆机构的运动分析  20-24
    2.2.1 活塞位移  20-22
    2.2.2 活塞速度  22-23
    2.2.3 活塞的加速度  23
    2.2.4 连杆的角位移、角速度和角加速度  23-24
  2.3 曲柄连杆所受作用力  24-26
    2.3.1 气体作用力  24-25
    2.3.2 运动惯性力  25-26
  2.4 总载荷和载荷角的计算  26
  2.5 具体计算结果  26-29
  2.6 本章小结  29-30
3 连杆衬套流体动压润滑理论  30-45
  3.1 连杆衬套的润滑状态  30-31
  3.2 连杆衬套动压润滑膜的形成  31
  3.3 流体动压形成机理  31-32
  3.4 流体动压润滑的基本方程  32-36
    3.4.1 雷诺方程的基本假设  33
    3.4.2 雷诺方程的推导  33-36
  3.5 油膜压力边界条件的确定  36-39
    3.5.1 索默菲尔德（Sommerfeld）边界条件  37
    3.5.2 半 Sommerfeld 边界条件  37-38
    3.5.3 Reynolds 边界条件  38
    3.5.4 JFO 边界条件  38-39
  3.6 流体润滑特性及参数的计算  39-44
    3.6.1 润滑膜承载量  39
    3.6.2 摩擦力  39-40
    3.6.3 润滑油流量  40
    3.6.4 有效温度  40-41
    3.6.5 润滑油黏温方程  41-44
  3.7 本章小结  44-45
4 连杆衬套的热润滑理论模型数值解法  45-56
  4.1 前言  45
  4.2 润滑计算的数值解法  45-47
    4.2.1 有限元法  45-46
    4.2.2 边界元法  46
    4.2.3 有限差分法  46-47
  4.3 数学模型的建立  47-49
    4.3.1 二维雷诺方程的无量纲化  47-48
    4.3.2 油膜厚度  48-49
    4.3.3 粘温方程（Vogel 方程）  49
    4.3.4 有效温度  49
    4.3.5 载荷平衡方程  49
  4.4 无量纲雷诺方程的数值解法  49-53
    4.4.1 无量纲雷诺方程离散化  50-52
    4.4.2 超松弛迭代法求解  52-53
    4.4.3 收敛准则  53
  4.5 模型求解  53-54
  4.6 本章小结  54-56
5 连杆衬套的热润滑性能研究结果分析  56-66
  5.1 研究参数的确定  56
  5.2 曲柄转速变化对连杆衬套所受载荷的影响  56-58
  5.3 热效应对连杆衬套润滑性能影响  58-61
    5.3.1 连杆衬套的油膜压力  58-59
    5.3.2 连杆衬套的油膜厚度  59-60
    5.3.3 连杆衬套的偏心率  60-61
  5.4 偏心率对连杆衬套热润滑特性影响  61-65
    5.4.1 不同偏心率对连杆衬套最大油膜压力的影响  61-62
    5.4.2 不同偏心率对连杆衬套油膜承载能力的影响  62-63
    5.4.3 不同偏心率对连杆衬套最小油膜厚度的影响  63-64
    5.4.4 不同偏心率对连杆衬套端泄流量的影响  64-65
  5.5 本章小结  65-66
6 总结与展望  66-68
  6.1 总结  66-67
  6.2 展望  67-68
参考文献  68-73
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果  73-74
致谢  74-75

连杆衬套的热润滑性能研究

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