【摘要】：內(nèi)燃機(jī)為傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)品提供動(dòng)力保障,近年來(lái),由于石油及礦產(chǎn)資源的不斷縮減,內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐步趨于高效性、節(jié)能性、實(shí)用性�；钊h(huán)與缸套系統(tǒng)作為內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力輸入和輸出的核心,其工作過(guò)程中的摩擦功耗占內(nèi)燃機(jī)摩擦功耗的約50%,活塞環(huán)密封性能也直接影響燃料燃燒過(guò)程中能量傳遞效率,系統(tǒng)的工作性能直接影響內(nèi)燃機(jī)整體耗油量、穩(wěn)定性與使用壽命。因此,提高活塞環(huán)與缸套系統(tǒng)內(nèi)耐磨與密封性能對(duì)于提升內(nèi)燃機(jī)整體工作效率起到至關(guān)重要的作用。本文通過(guò)分析活塞環(huán)與缸套系統(tǒng)工作原理與實(shí)際工況下的溫度場(chǎng)及受力情況,設(shè)計(jì)具有較好耐磨及密封性能的仿生溝槽形活塞環(huán)組。以大眾EA2111.4L 66kWMPI低功率版發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)活塞環(huán)組為研究對(duì)象,選擇溝槽深度、溝槽寬度、溝槽間距為試驗(yàn)因素,利用正交多項(xiàng)式回歸設(shè)計(jì)分析方法,建立27種仿生溝槽形活塞環(huán)組有限元分析模型。運(yùn)用ANSYS Workbench軟件對(duì)標(biāo)準(zhǔn)活塞環(huán)組及仿生溝槽形活塞環(huán)組分別進(jìn)行熱一結(jié)構(gòu)耦合有限元分析并求解其外表面及開(kāi)口處應(yīng)力分布情況,討論活塞環(huán)組表面溝槽形結(jié)構(gòu)對(duì)其耐磨及密封性能影響。通過(guò)對(duì)活塞環(huán)組外表面應(yīng)力分布有限元分析可知,活塞環(huán)外表面最大應(yīng)力值出現(xiàn)在活塞環(huán)開(kāi)口處對(duì)面,活塞環(huán)表面仿生溝槽形結(jié)構(gòu)可有效減少活塞環(huán)外表面應(yīng)力集中程度,減小活塞環(huán)組外表面應(yīng)力值,從而提高活塞環(huán)組耐磨性能。對(duì)仿生溝槽形活塞環(huán)組耐磨性能影響從大到小的的因素依次為:溝槽寬度溝槽深度溝槽間距,溝槽深度為3mm、溝槽寬度為0.1mm、溝槽間距為0.1mm的仿生活塞環(huán)外表面應(yīng)力最大,耐磨性能最好。通過(guò)對(duì)活塞環(huán)組第一氣環(huán)和第二氣環(huán)開(kāi)口處應(yīng)力分布有限元分析可知,仿生溝槽形活塞環(huán)組第一氣環(huán)開(kāi)口處應(yīng)力呈現(xiàn)出多點(diǎn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,在仿生溝槽形結(jié)構(gòu)邊緣也存在應(yīng)力集中情況;仿生活塞環(huán)組第二氣環(huán)開(kāi)口處應(yīng)力在環(huán)內(nèi)側(cè)呈現(xiàn)出區(qū)域性應(yīng)力集中現(xiàn)象,溝槽端口周圍應(yīng)力較小,活塞環(huán)開(kāi)口處與環(huán)槽內(nèi)側(cè)能夠保持比較穩(wěn)定的應(yīng)力,防止由于活塞環(huán)內(nèi)側(cè)與環(huán)槽內(nèi)側(cè)壁間產(chǎn)生較大間隙而導(dǎo)致的缸套內(nèi)部高溫高壓氣體泄漏,從而提高活塞環(huán)組的密封性能。對(duì)仿生溝槽形活塞環(huán)組第一氣環(huán)密封性能影響從大到小的因素依次為:溝槽寬度溝槽間距溝槽深度,溝槽深度為1mm、溝槽寬度為0.5mm、溝槽間距為0.1mm時(shí)仿生溝槽形第一氣環(huán)密封性能最好;對(duì)仿生溝槽形活塞環(huán)組第二氣環(huán)密封性能影響從大到小的的因素依次為:溝槽深度溝槽間距溝槽寬度,溝槽深度為3mm、溝槽寬度為0.5mm、溝槽間距為0.2mm時(shí)仿生溝槽形第二氣環(huán)密封性能最好。為驗(yàn)證仿生溝槽形活塞環(huán)耐磨及密封性能,本文設(shè)計(jì)并搭建活塞環(huán)耐磨及密封性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái),對(duì)部分仿生溝槽形活塞環(huán)進(jìn)行摩擦力試驗(yàn)及靜密封測(cè)試試驗(yàn),得到溝槽深度為3mm、溝槽寬度為0.1mm、溝槽間距為0.1mm的仿生溝槽形活塞環(huán)平均摩擦力最小,減阻率為19.63%,減阻率最大,耐磨性能最好,與前期熱一結(jié)構(gòu)(?)合有限元分析結(jié)果一致；溝槽深度為1mm、溝槽寬度為0.5mm、溝槽間距為0.1mm的仿生溝槽形活塞環(huán)組可以有效減緩活塞頂部氣體泄漏速率55.26%,密封性能最好。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK402

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2630082