汽油机活塞组件的摩擦损失研究

基于一台三缸涡轮增压汽油机,分析了曲轴位置、连杆比以及发动机运行工况对活塞组件摩擦损失的影响。研究结果表明,在连杆比一定时,随着曲轴偏置量从0mm增加到15mm,活塞组件的摩擦损失量减小,在曲轴偏置为15mm时,活塞组件的摩擦损失量减少达到最优。然而,当曲轴偏置量增加到20mm后,活塞组件的摩擦损失量有所增加。当曲轴偏置量一定时(15mm),随着连杆比从0.29减小到0.25,活塞组件的摩擦损失逐渐减少;随着连杆比从0.29增加到0.31,摩擦损失有所增加。当转速从1000r/min增加到2000r/min时,活塞组件的摩擦损失有所增加,而随着转速一直增大,摩擦损失量有所降低。当转速在1000r/min时,随着负荷的增大,摩擦损失有所改善。而在3000r/min时,负荷对摩擦损失的影响并不明显。最后,对连杆比为0.25和0.31时,发动机不同运行工况下的摩擦损失进行了综合协同优化分析。     

配缸间隙对发动机机体振动噪声影响研究

分析活塞配缸间隙对活塞2阶运动的影响,优化活塞动力学特性,对于发动机减振降噪具有重要意义。以非道路4缸高压共轨柴油机为研究对象,建立了活塞动力学计算模型及整机多体动力学计算模型,进行了配缸间隙对活塞动力学与发动机机体振动噪声影响的仿真分析;对机体和曲轴进行模态试验,验证了有限元模型的准确性。通过整机的仿真分析,结果表明:配缸间隙增大后,摩擦平均有效压力依次减小;活塞敲击力先小幅减少,然后急剧增大,最后趋于稳定。在主推力侧,不同配缸间隙计算方案均在2阶谐次下出现最大振动峰值;在次推力侧,振动在800～3 000 Hz频段内差异比较明显,在2 000～3 000 Hz频段内差异尤为显著。机体噪声的1/3倍频程分析显示不同配缸间隙计算方案在中心频率500Hz时出现最大声功率级。     

表面形貌对活塞环密封及摩擦性能的影响

综合考虑活塞环表面形貌、弹性变形、运动面型线影响,建立柴油机活塞环-缸套摩擦副的弹性流体动压润滑计算模型,分析活塞环表面纹理方向及粗糙度大小对活塞环窜气及摩擦功耗的影响。研究发现,随着转速的提升,活塞的窜气量及摩擦功耗会加剧,导致发动机效率降低;活塞环-缸套摩擦副的表面纹理方向影响窜气量和摩擦功耗,采用活塞环横向纹理和缸套纵向纹理配合时,对活塞环窜气量及摩擦功耗的改善效果较好;活塞环和缸套的表面粗糙度对密封和润滑特性有较大影响,当缸套表面粗糙度增大时,窜气量先减小后增大,摩擦功耗先增大后减小,而在一定范围内,当活塞环表面粗糙度增大时,窜气量和摩擦功耗都减小。     

二甲醚发动机活塞二阶运动-润滑耦合模型建立及数值分析

通过改造潍柴WP6发动机的供油、燃烧系统,开发出一台二甲醚发动机。试验采集二甲醚发动机燃烧参数,针对活塞运动和润滑分析,建立活塞裙部系统以及由曲轴、连杆、活塞组成的多体系统的耦合润滑模型。基于拉格朗日乘子法建立多体动力学方程,并采用有限单元法对润滑模型进行求解。将耦合计算结果与实验对比,验证模型准确性。根据现有二甲醚发动机活塞裙部的结构参数,研究不同活塞结构参数对敲缸及润滑的影响。结果表明,活塞间隙越小时,活塞二阶运动的空间越小,导致敲缸现象减弱,磨损降低,但较小的间隙会产生比较高的油膜剪切力,微凸体表面接触也会加剧,引起较大的摩擦力及摩擦功耗;活塞裙桶形面最高点的位置也会影响活塞裙-缸套系统的运动和润滑特性;桶形面与活塞销中心的距离越小越容易满足力与力矩平衡条件,有利于降低敲缸以及摩擦损耗。     

内燃机主轴承摩擦功率损失的影响因素

研究了影响主轴承摩擦功率损失的影响因素,包括轴承表面粗糙度、润滑油温度、曲轴转速、轴颈间隙和供油提前角,同时分析各影响因素对内燃机主轴承的影响。分析所用物理模型为直列六缸内燃机,其数学模型主要依据有限差分法与欧拉法求解雷诺方程,润滑油膜接触通过在时域内压力平衡迭代计算。对内燃机曲轴主轴承摩擦功率损失影响因素进行了探讨,计算结果表明,在内燃机零部件设计阶段应充分考虑轴承间隙以及表面粗糙度对摩擦功率损失的影响。     

活塞偏心倾斜对双筒液压减振器动态阻尼特性影响分析*

考虑活塞偏心和倾斜后活塞与缸筒之间的摩擦与润滑因素,研究充气式双筒液压减振器动态阻尼特性;建立活塞偏心和倾斜的双筒式液压减振器的动态阻尼特性数学模型和动压润滑方程,求解减振器动态阻尼特性数学方程;采用雷诺空化边界条件,对Reynolds方程采用五点差分法进行离散,利用超松弛迭代法(SOR)迭代求解,得到摩擦阻尼力;分析活塞偏心距比、活塞倾斜角度,活塞倾斜时活塞运动速度、活塞半径、活塞宽度等因素对摩擦阻尼的影响,以及各摩擦因素对减振器动态阻尼特性的影响。结果表明:活塞偏心和倾斜时,随活塞速度、偏心距比、活塞倾斜角度、活塞宽度等的增加,减振器活塞与缸筒之间的油膜摩擦力均增加,而随活塞半径的增加,油膜摩擦力减小。减振器活塞发生倾斜时,会造成阻尼力的大幅增加,严重影响车辆行驶的舒适性能,且活塞速度越快,对舒适性影响越严重。     

基于椭圆织构优化的间隙密封液压缸摩擦性能研究

考虑织构参数对零件表面性能影响的多变性和复杂性,以间隙密封液压缸为研究对象,在液压缸的缸筒内壁构造椭圆微织构形貌,采用循环迭代法研究椭圆织构的长短轴比、椭圆率以及面积占有率等多个椭圆形状参数同时变化对缸筒表面动压润滑和摩擦性能的影响;同时在获得最优椭圆织构参数后进一步分析了液压缸与活塞间隙以及活塞运动速度对织构表面摩擦特性的影响。结果表明此种方法可以得到最优椭圆织构参数即优势区间,即当椭圆织构的长、短轴尺寸分别为a∈［0.43,0.46］mm,b∈［0.29,0.32］mm,缸筒表面产生最大动压和最佳润滑特性,且存在一个最佳间隙值(2 μm)使得织构表面油膜承载力最大,而活塞运动速度对缸筒表面的摩擦性能影响较小。     

活塞环结构对窜气量的影响分析

本文从活塞环的窜气路径入手,对活塞环受力及运动方程进行分析。通过对仿真所需的边界条件进行计算,运用AWS软件中的EXCITE PistonRings模块建立了活塞—活塞环—缸套的2D仿真计算模型。根据窜气的路径,研究了开口间隙、侧隙、背隙和配缸间隙对窜气量的影响规律。     

活塞结构参数对二阶运动动态敲击力的影响规律研究

在考虑活塞二阶运动的基础上,建立了活塞的有限元模型,利用AVL EXCITE建立二阶运动仿真模型,并分析了活塞销偏置、活塞重心改变、配缸间隙等结构参数对活塞与缸壁之间动态敲击力的影响,最后设计了二次回归正交试验对活塞敲击力峰值的变化规律进行了方差分析。结论表明:对动态敲击力峰值影响最大的为配缸间隙,其次为活塞销偏置,影响最小的为活塞重心Y向偏置。     

发动机活塞窜气量试验与分析

活塞窜气量试验作为可以评定活塞、活塞环、气缸套间配合状态的一种有效手段,是发动机性能试验的重要组成部分。在某发动机循环负荷试验运行100 h后,对其进行活塞窜气量试验,分析活塞活塞环的配合状况。通过对试验数据进行分析,得到了窜气量随转速、平均有效缸内压力的变化规律,以及燃油消耗率和有效热效率随活塞窜气量的变化规律。结合试验结果,对活塞窜气通道进行分析,得到了活塞活塞环的配合情况、发动机转速、缸内平均有效制动压力和发动机排量是影响发动机活塞窜气量的主要因素。     

气浮式无摩擦气缸设计

简述了无摩擦气缸的定义与应用,根据圆柱活塞间隙密封与带径向两排节流小孔圆柱活塞的密封模型,指出了影响其内泄漏量的主要参数。结合理论分析与经验,设计了一种新型无摩擦气缸及其带径向节流孔与轴向密封槽的气浮活塞,应用计算机仿真技术分析了活塞与缸壁间隙处的气流压力与流速分布,研究表明活塞上密封槽具有提高密封与支撑作用。另外为获取无摩擦气缸的摩擦性能,研究了两种测试方法与装置,根据实验可得活塞表面带密封槽与节流小孔的气浮式气缸活塞向上运动时摩擦力极小,实现了气悬浮。     

缸间齿轮联动液压发动机结构设计与研究

针对液压自由活塞发动机和液压约束活塞发动机在关键技术和产业化方面出现的问题,创新性地提出了缸间齿轮联动液压发动机的结构原理,在此基础上对作为影响缸间齿轮联动液压发动机整机性能关键部件的缸间齿轮齿条传动机构和液压配流系统进行了结构设计与研究。缸间齿轮齿条传动机构采用正变位直齿圆柱齿轮和标准齿条无侧隙啮合传动,通过合理选择几何参数和强度校核,其能够支持发动机正常稳定运转;设计了一种往复柱塞泵用转套式配流系统,能够实现单向吸油和泵油,完成动力输出,且容积效率高、结构紧凑,相较于传统阀配流往复柱塞泵配流结构优势明显。缸间齿轮联动液压发动机的结构设计与研究为随后的整机性能研究、仿真优化和样机试制提供了参考依据。     

斯特林发动机配气活塞与气缸的间隙设计与仿真

随着能源危机的加剧和斯特林发动机技术的提高,斯特林发动机在车辆上的应用具有重要的意义,其中配气活塞与气缸间隙的合理设计是斯特林发动机设计的一个重要课题。首先,分析了影响配气活塞与气缸工作间隙的各个因素所造成的间隙特征,提出了配气活塞与气缸的间隙设计方法,利用该设计方法确定了发动机的配缸间隙,并利用ADAMS软件进行了仿真验证,得到活塞与气缸的最小配缸间隙为0.168mm,稳态振动中活塞与气缸的最小径向间隙为0.0145mm,为该类型发动机设计提供了参考依据。     

发动机连杆扭曲的校正方法

发动机在运转时,若连杆发生扭曲,会改变活塞销与曲轴中心线的平行度和与汽缸中心线的垂直度,使活塞在汽缸中产生前、后倾斜而间隙不一致,从而导致活塞连杆组产生偏磨,加速机件的磨损,严重时会产生拉缸;连杆扭曲将造成窜油、窜气,使发动机动力下降,经济性差,使用寿命缩短;     

发动机缸孔变形试验及工艺分析

汽车发动机缸体缸孔的加工质量直接影响发动机整机的性能,在工艺安排上,一直也是整个缸体加工工艺的重点。活塞在缸孔内高速往复运动,需要缸孔与活塞之间配合间隙合理。配合间隙太大,会引起密封不良（漏气、窜油）、动力下降;配合间隙太小则会使活塞裙部没有膨胀的余地,接触压力超过活塞和气缸之间的油膜所能承受的挤压强度（一般为4.9～9.8MPa）,润滑油膜将被破坏,引起黏着磨损（拉缸）故障。     

基于280ZJB组合式活塞裙部的摩擦特性研究

在组合式活塞裙部摩擦学和动力学已有研究的基础上,建立适用于大功率机车组合式活塞裙部的二阶运动和动力润滑耦合模型,并在Matlab环境下,编写了耦合模型的计算方法,研究各项参数变化对组合式活塞裙部摩擦特性和动力学行为的影响。结果表明,润滑油动力黏度、发动机转速、活塞销偏置对活塞裙部的摩擦特性有重要影响。     

数字伺服步进液压缸的密封和摩擦特性分析

为了分析一类用于6-Dof运动模拟器数字伺服步进液压缸液压密封的摩擦特性,建立了其包括二相混合式步进电机、滑阀和机械反馈以及阀控非对称缸的数学模型。根据缸的液压密封的结构特点,应用Lugre摩擦模型构造摩擦观测器进行摩擦特性数值仿真分析。分析结果表明,缸低速时密封的负阻尼摩擦特性是产生抖动(或爬行)的重要原因之一。     

转子压缩机三大摩擦损失的影响因素研究

以转子压缩机为例,给出总摩擦功耗占比最高的三大摩擦损失计算公式,并迭代求解滚动活塞角速度,联立滚动活塞与滑片顶端之间的接触力。利用MATLAB软件实现计算过程,研究润滑油黏度、主轴转速、活塞质量、气缸高径比、滚动活塞与气缸端盖间隙等因素对压缩机三大摩擦损失的影响。结果表明:主轴转速对滚动活塞与偏心轮之间的摩擦损失影响较大,且随着转速的增大,摩擦损失也增大;活塞质量对滑片端部与滚动活塞外表面之间的摩擦损失影响最小;滑片与滑片槽之间的摩擦损失随着主轴转速、气缸高径比的增大而增大。该研究为降低各摩擦副处的摩擦损失及总摩擦功耗提供了参考和借鉴。     

某款发动机拉缸故障的分析和优化

拉缸故障是内燃机的重大质量问题,其原因在于气缸套与活塞环、活塞之间的油膜不够,从而导致润滑不够,直至发生干摩擦。本文针对某款量产发动机出现的拉缸问题进行了现场排查、缸孔直径测试和有限元CAE分析,并结合同类发动机的活塞结构和配缸间隙进行了对比论证。找出了拉缸故障的问题所在——活塞与缸体材料的热膨胀系数和比热容相差较大,配缸间隙过小,叠加冷却条件不足。基于分析结论,通过适当减小配缸间隙、加冷却喷嘴的措施,较圆满地解决了该拉缸故障问题。     

主轴颈圆柱度对发动机轴承润滑特性的影响

基于制造效率和成本的平衡考虑,发动机曲轴的轴颈圆柱度不可避免地产生公差,从而对轴承副润滑状态、摩擦功耗和服役性能产生重要影响。本研究针对某三缸发动机,基于弹性流体润滑(EHD)理论分析曲轴主轴颈圆柱度对主轴承润滑性能的影响。首先将主轴颈圆柱度分解为沿轴颈径向的圆度和轴向的腰鼓度及轴心直线度,通过Kriging方法建立形位尺寸与轴承摩擦功间代理模型;然后基于遗传算法进行优化求解,进而评估轴颈圆柱度尺寸在公差范围内对轴承润滑的影响规律。结果表明,轴颈圆柱度对于轴承润滑状态有重要影响,在公差范围内会使得轴承摩擦功明显增大,但是提供了轴承润滑状态小幅度改善的可能性。其中腰鼓度的影响最大,使得轴承摩擦功变化27.7%;直线度的影响次之,导致摩擦功变化18.9%;而轴颈圆度的影响十分微小,仅为3.1%。