【摘要】：發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封副屬于高精度配合偶件,在工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度、燃油壓力不斷發(fā)生變化,其變工況運(yùn)行對(duì)精密偶件的潤滑與密封性能要求極高,且密封副的潤滑與密封性能難以兼得。本文以柴油機(jī)高壓油泵中的柱塞副為研究對(duì)象,引入表面微織構(gòu)技術(shù),提出一種新型的柱塞表面復(fù)合織構(gòu),利用微凹坑織構(gòu)的動(dòng)壓效應(yīng)改善潤滑性能,以及溝槽織構(gòu)的動(dòng)壓密封與反向泵送效應(yīng)提高密封性能,進(jìn)而同時(shí)優(yōu)化往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封副的潤滑與密封性能。建立柱塞副潤滑與密封計(jì)算模型。首先在雷諾方程的基礎(chǔ)上,考慮柱塞副表面粗糙度,以及柱塞副運(yùn)動(dòng)中的偏心與變形情況,建立了織構(gòu)化柱塞副潤滑模型,并運(yùn)用多重網(wǎng)格法對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行求解。其次模擬發(fā)動(dòng)機(jī)柱塞副的真實(shí)往復(fù)運(yùn)動(dòng)工況條件,建立柱塞副動(dòng)態(tài)流場密封模型,并設(shè)置動(dòng)網(wǎng)格與動(dòng)邊界條件,計(jì)算柱塞副的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)燃油泄漏量。探索柱塞表面微凹坑與溝槽織構(gòu)對(duì)潤滑性能的影響機(jī)理。分別計(jì)算兩種織構(gòu)的各項(xiàng)形貌參數(shù)對(duì)潤滑性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,兩種織構(gòu)均能產(chǎn)生流體動(dòng)壓效應(yīng),減少直接微凸體接觸,降低微凸體摩擦力。其中溝槽織構(gòu)產(chǎn)生的油膜厚度大于凹坑織構(gòu),流體摩擦力高出20%。在微凸體摩擦力與流體摩擦力的綜合作用下,與無織構(gòu)方案相比較,微凹坑織構(gòu)的摩擦功損失降低20%,溝槽織構(gòu)相當(dāng)。經(jīng)計(jì)算分析,潤滑性能最佳的凹坑織構(gòu)形貌參數(shù)為,半徑60μm,深度5μm,面積占有率0.2。分析柱塞表面微凹坑織構(gòu)與溝槽織構(gòu)對(duì)密封性能的影響機(jī)理。分別計(jì)算兩種織構(gòu)的各項(xiàng)形貌參數(shù)對(duì)密封性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,溝槽織構(gòu)的流體動(dòng)壓效應(yīng)強(qiáng)于微凹坑織構(gòu),其產(chǎn)生更高的燃油壓力可有效降低泄漏量,并且,因?yàn)槿加土魉俚慕档涂蛇M(jìn)一步優(yōu)化柱塞副的密封性能。經(jīng)計(jì)算分析,密封性能最佳的溝槽織構(gòu)形貌參數(shù)為,深度5μm,面積占有率0.2,角度30°。研究復(fù)合織構(gòu)對(duì)柱塞潤滑與密封性能的影響。進(jìn)行兩種織構(gòu)進(jìn)行組合設(shè)計(jì),計(jì)算不同排列形式的復(fù)合織構(gòu)潤滑與密封性能。結(jié)果表明,柱塞副的復(fù)合織構(gòu)產(chǎn)生的油膜厚度適中,可以有效平衡微凸體與流體摩擦力,其潤滑性能最佳;同時(shí)復(fù)合織構(gòu)可以產(chǎn)生較強(qiáng)的流體動(dòng)壓效應(yīng),有效改善柱塞副的密封性能;并且,其產(chǎn)生的空化最少,在滿足潤滑與密封性能的同時(shí),可以保證柱塞副的工作穩(wěn)定性。對(duì)復(fù)合織構(gòu)柱塞副的潤滑與密封性能進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。首先進(jìn)行基礎(chǔ)摩擦學(xué)試驗(yàn)測量不同織構(gòu)化柱塞副的摩擦系數(shù)與磨損量,驗(yàn)證復(fù)合織構(gòu)化柱塞的潤滑性能。結(jié)果表明,相對(duì)于單一凹坑織構(gòu)或溝槽織構(gòu),復(fù)合織構(gòu)的摩擦系數(shù)減少約30%。其次進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架泄漏試驗(yàn)測量織構(gòu)化柱塞副的燃油泄漏量,驗(yàn)證了復(fù)合織構(gòu)化柱塞副的密封性能,結(jié)果表明,相對(duì)于單一織構(gòu),復(fù)合織構(gòu)的燃油泄漏量降低了約70%,可同時(shí)達(dá)到改善柱塞副的潤滑與密封性能的效果。
【圖文】：

(a)變深度傾斜矩形織構(gòu) (b)變深度傾斜矩形織構(gòu)截面圖 (c)矩形織構(gòu)流體動(dòng)壓分布圖 1.1 變深度矩形織構(gòu)形貌示意圖Fig.1.1 Schematic diagram of variable depth rectangular texture針對(duì)柱塞副的潤滑與密封這一矛盾問題，將微凹坑（主要起到改善潤滑性能織構(gòu)（主要起到改善密封性能作用）進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)如圖 1.2 所示的柱塞副用復(fù)合織構(gòu)對(duì)柱塞副的潤滑與密封性能進(jìn)行耦合優(yōu)化，達(dá)到改善柱塞副潤滑同時(shí)保證其工作穩(wěn)定性。

(a)變深度傾斜矩形織構(gòu) (b)變深度傾斜矩形織構(gòu)截面圖 (c)矩形織構(gòu)流體動(dòng)壓分布圖 1.1 變深度矩形織構(gòu)形貌示意圖Fig.1.1 Schematic diagram of variable depth rectangular texture3）針對(duì)柱塞副的潤滑與密封這一矛盾問題，將微凹坑（主要起到改善潤滑性能作用）與溝槽織構(gòu)（主要起到改善密封性能作用）進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)如圖 1.2 所示的柱塞副復(fù)合織構(gòu)。利用復(fù)合織構(gòu)對(duì)柱塞副的潤滑與密封性能進(jìn)行耦合優(yōu)化，，達(dá)到改善柱塞副潤滑與密封性能的同時(shí)保證其工作穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK423

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本文編號(hào)：2603876