AVLExcite设计师研究活塞销的润滑特性

AVLExcite设计师研究活塞销的润滑特性摘要本文运用动态分析软件AVLExciteDesigner以四缸柴油机的连杆小头为研究对象构建一个连杆小头的仿真模型并进行计算。通过计算和分析活塞销和连杆之间的油膜压力,我们可以找到不同转速下润滑的位置缺陷。然后可以提供发动机连杆小头设计方案和正确的使用方法的指导。关键词：发动机，连杆小头，油膜，润滑性能，活塞销1简介连杆轴承是发动机的主要摩擦副之一,主要包括轴承、连杆轴承、活塞销轴承。活塞销轴承。活塞销在发动机中扮演一个重要的角色。内燃机热能转变成动能。动能通过活塞销转移到连杆。连杆小头运行情况非常糟糕。温度和压力都非常高,它没有一个独立的润滑系统供应。发动机长时间运行,活塞销会磨损并且和轴承之间的差距将会扩大。发动机的长时间运行润滑条件将大大改变。它将大大降低发动机的工作性能。因此,有必要对发动机进行研究,找出各种影响润滑因素。发动机性能将有所提高。AVLExciteDesigner建立了仿真模型软件,找出在不同的转速下油膜生成的规律。找出润滑的薄弱环节。2连杆小头的润滑模型活塞销是飞溅式润滑的润滑系统,它没有一个供应系统,它也没有有油过滤系统,所有的润滑油是由曲柄传到活塞销。气缸和曲柄的结构图表是如图1所示。AVLExciteDesigner活塞销的润滑特性研究。图1气缸与曲轴的结构图在图一中：曲柄半径是“r”,连杆的长度是“L”,曲柄角“α”,连杆角是“β”。在气缸中活塞销负责连接活塞和曲轴。气缸的温度和压力都非常高,所以活塞销的工作环境非常糟糕。连杆小头和活塞销的结构图表是如图2所示。图2连杆小头与活塞销结构图油润滑包括液体动力润滑和弹性流体动力润滑。油膜的厚度变得越来越小,液体动力润滑将改变成弹性流体动力润滑,然后变成弹性流体动力润滑的一部分。为了使模型接近实际的发动机,我们可以设计假定情况,就是轴承的间隙充满润滑油。（1）（2）方程显示直径D的相关性,BR,宽度偏心率的ε,位移的角度Θ,机油动力粘度μ,δ,间歇式运动,轴颈w*的转速和油膜的压力π。活塞销在X和Y上的力分别是FX和FY。3建立系统动力学和油膜的模型做一些理论分析和连杆小头计算的假设:1）轴承的间隙充满润滑油2）润滑油是牛顿流体,它是不可压缩的。3)轴的轴承与轴颈轴线平行4)轴承和轴颈是刚体。5)润滑没有温度变化的过程。基于这些假设,可以建立油膜和系统动力学的模型。研究活塞销与连杆小头之间的耦合效应只是解决了联立方程(1)和(2)。使用软件AVLExciteDesigner建立了模型如图3所示。AVLExciteDesigner活塞销的润滑特性研究图3AVL发动机模型在不同的旋转速度,气缸的压力是不同的。把不同的常用的转速:2000r/min,3000r/min和4000r/min的仿真模型。气缸压力的分布在3000r/min如图4所示。图4中的起点是进气行程的开始和结束点是排气行程的结束。图4缸内压力分布在柴油发动机中，一个气缸在工作行程中有四个冲程;进气冲程，压缩冲程，做功冲程和排气冲程。0°-180°的曲柄角进气冲程、180°-360°压缩冲程,360°-540°做功冲程,540°-720°排气冲程。如图3所示,在进气行程和排气行程的压力很低,压缩冲程和做功冲程有很高的压力。最大压力出现在压缩行程的结束和膨胀行程的开始。气缸的压力通过连杆转移到活塞销，活塞销的压力是随着时间的推移而改变。所以在活塞销油膜的压力分布是随着时间的推移而改变。在转速3000r/min,活塞销的压力分布是显示在图5中。图5在活塞销上的压力分布（或连接小杆）因为模型是四缸柴油机,作用力将在一个工作周期改变两次。四个活塞销分别连接到曲轴,所以一个作用力在一个工作周期已经改变了8倍。通过活塞销压力的变化,活塞的油膜厚度是随着时间的推移而改变。计算原理和计算模型的基础上,计算出连杆小端的轴承的油膜厚度,如图6所示。图6最小油膜厚度分布图6中的起点是进气行程的开始而终点是排气行程的结束。与图4中,最小油膜厚度的位置只是最高气缸压力的位置.作为一个整体观察这些数据,无论是否考虑表面粗糙度的影响,最小油膜厚度对承载力而言越薄油膜承载力越大.在不同的旋转速度,最小油膜厚度分布是不同的.比较的三个数字,在2000r/min,油膜的厚度超过1μm为主,但有时小于1μm。在3000r/min和4000r/min,油膜的厚度超过1μm。它显示即使在相同的引擎,在不同的旋转速度,油膜的厚度是不同的.活塞销的最小油膜厚度随转速的增加而变大,所以必须避免柴油机在低速工作。4结论1）在不同的旋转速度、对活塞销而言最小油膜厚度在一个相同的地方。这个位置是压缩行程的终点,也是做功冲程的起点。这时,气缸的最大压力也就是活塞销也最大的压力。它使油膜的压力增加,油膜的厚度减少。油膜的润滑性能变得更糟。2)当转速2000r/min,3000r/min或4000r/min,压力和油膜厚度的分布是不同的。油膜的厚度与转速有关。曲柄在高转速时,惯性力变的更高和油膜厚度也会变厚。当曲柄转速低,惯性力也会低,油膜厚度的变化是光滑的。3)在不同的旋转速度下,活塞油膜的厚度是不同的。旋转速度的增加,油膜的厚度增加。因此必须避免柴油机在低速工作。参考文献[1]Wang,H.:StudyofstrengthofDieselEngineCrankshaftandLubricationonMainBearing.DalianMaritimeUniversity(2008)[2]Wen,S.:Tribologicalprinciple.BeiJingTsinghuaUniversityPress(1990)[3]Xu,W.:Designofautomotiveengine.BeiJingChinaCommunicationsPress(2007)[4]Naduvinamani,N.B.,Hiremath,P.S.:SurfaceRoughnessEffectsintheShortPorous.JournalBearingwithacouplestressFluid.FluidDynamicsResearch(2002)[5]Ram,T.,Sekhar,A.S.:TheEffectofRoughnessParameteronthePerformanceofHydrodynamic.JournalBearingswithRoughsurfaces.TribologyInternational(1999)[6]Duan,X.:TheResearchofWD615DieselEngineCrankshaftBearingLubricationPropertiesBasedonAVLExciteDesigner.InternalCombustionEngines(2010)[7]Liang,Z.:TheResearchingStatusandApplicationProspectofRemanufacturingTechnologyforArmoredEquipmentandEngines.JournalofAcademyofArmoredForceEngineering(2007)[8]Zhang,J.,Zuo,Z.,Wang,X.,Dong,H.:AnalysisofthePerformanceofPistonPinBearinginMixedLubrication.TransactionsofCSICE(2010)[9]Xu,B.:Surfaceengineeringandreproduceengineeringmaterialprotection(2000)[10]Duan,F.:EffectofElasticDeformationontheLubricationPerformanceofJournalBearing.LubricationEngineering(2000)