AVLExcite設(shè)計(jì)師研究活塞銷的潤滑特性

1、AVL Excite設(shè)計(jì)師研究活塞銷的潤滑特性摘要本文運(yùn)用動(dòng)態(tài)分析軟件AVL Excite Designer以四缸柴油機(jī)的連桿小頭為研究對象構(gòu)建一個(gè)連桿小頭的仿真模型并進(jìn)行計(jì)算。通過計(jì)算和分析活塞銷和連桿之間的油膜壓力,我們可以找到不同轉(zhuǎn)速下潤滑的位置缺陷。然后可以提供發(fā)動(dòng)機(jī)連桿小頭設(shè)計(jì)方案和正確的使用方法的指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)，連桿小頭，油膜，潤滑性能，活塞銷1 簡介連桿軸承是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要摩擦副之一,主要包括軸承、連桿軸承、活塞銷軸承?；钊N軸承?；钊N在發(fā)動(dòng)機(jī)中扮演一個(gè)重要的角色。內(nèi)燃機(jī)熱能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能。動(dòng)能通過活塞銷轉(zhuǎn)移到連桿。連桿小頭運(yùn)行情況非常糟糕。溫度和壓力都非常高,它沒有一個(gè)獨(dú)立的

2、潤滑系統(tǒng)供應(yīng)。發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間運(yùn)行,活塞銷會(huì)磨損并且和軸承之間的差距將會(huì)擴(kuò)大。發(fā)動(dòng)機(jī)的長時(shí)間運(yùn)行潤滑條件將大大改變。它將大大降低發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。因此,有必要對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行研究,找出各種影響潤滑因素。發(fā)動(dòng)機(jī)性能將有所提高。AVL Excite Designer建立了仿真模型軟件,找出在不同的轉(zhuǎn)速下油膜生成的規(guī)律。找出潤滑的薄弱環(huán)節(jié)。2連桿小頭的潤滑模型活塞銷是飛濺式潤滑的潤滑系統(tǒng),它沒有一個(gè)供應(yīng)系統(tǒng),它也沒有有油過濾系統(tǒng),所有的潤滑油是由曲柄傳到活塞銷。氣缸和曲柄的結(jié)構(gòu)圖表是如圖1所示。AVL Excite Designer活塞銷的潤滑特性研究。圖1 氣缸與曲軸的結(jié)構(gòu)圖在圖一中：曲柄半徑是“r”,連

3、桿的長度是“L”,曲柄角“”,連桿角是“”。在氣缸中活塞銷負(fù)責(zé)連接活塞和曲軸。氣缸的溫度和壓力都非常高,所以活塞銷的工作環(huán)境非常糟糕。連桿小頭和活塞銷的結(jié)構(gòu)圖表是如圖2所示。圖2連桿小頭與活塞銷結(jié)構(gòu)圖油潤滑包括液體動(dòng)力潤滑和彈性流體動(dòng)力潤滑。油膜的厚度變得越來越小,液體動(dòng)力潤滑將改變成彈性流體動(dòng)力潤滑,然后變成彈性流體動(dòng)力潤滑的一部分。為了使模型接近實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī),我們可以設(shè)計(jì)假定情況,就是軸承的間隙充滿潤滑油。 （1） （2）方程顯示直徑D的相關(guān)性,BR,寬度偏心率的,位移的角度,機(jī)油動(dòng)力粘度,間歇式運(yùn)動(dòng),軸頸w *的轉(zhuǎn)速和油膜的壓力?；钊N在X和Y上的力分別是FX和FY。3建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和油

4、膜的模型做一些理論分析和連桿小頭計(jì)算的假設(shè):1）軸承的間隙充滿潤滑油2）潤滑油是牛頓流體,它是不可壓縮的。3)軸的軸承與軸頸軸線平行4)軸承和軸頸是剛體。5)潤滑沒有溫度變化的過程。基于這些假設(shè),可以建立油膜和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的模型。研究活塞銷與連桿小頭之間的耦合效應(yīng)只是解決了聯(lián)立方程(1)和(2)。使用軟件AVL Excite Designer建立了模型如圖3所示。AVL Excite Designer活塞銷的潤滑特性研究圖3 AVL發(fā)動(dòng)機(jī)模型 在不同的旋轉(zhuǎn)速度,氣缸的壓力是不同的。把不同的常用的轉(zhuǎn)速:2000 r / min,3000 r / min和4000 r / min的仿真模型。氣缸壓力

5、的分布在3000 r / min如圖4所示。圖4中的起點(diǎn)是進(jìn)氣行程的開始和結(jié)束點(diǎn)是排氣行程的結(jié)束。圖4 缸內(nèi)壓力分布在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，一個(gè)氣缸在工作行程中有四個(gè)沖程;進(jìn)氣沖程，壓縮沖程，做功沖程和排氣沖程。0°-180°的曲柄角進(jìn)氣沖程、180°-360°壓縮沖程,360°-540°做功沖程,540°-720°排氣沖程。如圖3所示,在進(jìn)氣行程和排氣行程的壓力很低,壓縮沖程和做功沖程有很高的壓力。最大壓力出現(xiàn)在壓縮行程的結(jié)束和膨脹行程的開始。氣缸的壓力通過連桿轉(zhuǎn)移到活塞銷，活塞銷的壓力是隨著時(shí)間的推移而改變。所以在活塞

6、銷油膜的壓力分布是隨著時(shí)間的推移而改變。在轉(zhuǎn)速3000 r / min,活塞銷的壓力分布是顯示在圖5中。圖5 在活塞銷上的壓力分布（或連接小桿）因?yàn)槟Ｐ褪撬母撞裼蜋C(jī),作用力將在一個(gè)工作周期改變兩次。四個(gè)活塞銷分別連接到曲軸,所以一個(gè)作用力在一個(gè)工作周期已經(jīng)改變了8倍。通過活塞銷壓力的變化,活塞的油膜厚度是隨著時(shí)間的推移而改變。計(jì)算原理和計(jì)算模型的基礎(chǔ)上,計(jì)算出連桿小端的軸承的油膜厚度,如圖6所示。圖6 最小油膜厚度分布圖6中的起點(diǎn)是進(jìn)氣行程的開始而終點(diǎn)是排氣行程的結(jié)束。與圖4中,最小油膜厚度的位置只是最高氣缸壓力的位置.作為一個(gè)整體觀察這些數(shù)據(jù),無論是否考慮表面粗糙度的影響,最小油膜厚度對承載

7、力而言越薄油膜承載力越大.在不同的旋轉(zhuǎn)速度,最小油膜厚度分布是不同的.比較的三個(gè)數(shù)字,在2000 r / min,油膜的厚度超過1m為主,但有時(shí)小于1m。在3000 r / min和4000 r / min,油膜的厚度超過1m。它顯示即使在相同的引擎,在不同的旋轉(zhuǎn)速度,油膜的厚度是不同的. 活塞銷的最小油膜厚度隨轉(zhuǎn)速的增加而變大,所以必須避免柴油機(jī)在低速工作。4結(jié)論1）在不同的旋轉(zhuǎn)速度、對活塞銷而言最小油膜厚度在一個(gè)相同的地方。這個(gè)位置是壓縮行程的終點(diǎn),也是做功沖程的起點(diǎn)。這時(shí),氣缸的最大壓力也就是活塞銷也最大的壓力。它使油膜的壓力增加,油膜的厚度減少。油膜的潤滑性能變得更糟。2)當(dāng)轉(zhuǎn)速200

8、0 r / min,3000 r / min或4000 r / min,壓力和油膜厚度的分布是不同的。油膜的厚度與轉(zhuǎn)速有關(guān)。曲柄在高轉(zhuǎn)速時(shí),慣性力變的更高和油膜厚度也會(huì)變厚。當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)速低,慣性力也會(huì)低,油膜厚度的變化是光滑的。3)在不同的旋轉(zhuǎn)速度下,活塞油膜的厚度是不同的。旋轉(zhuǎn)速度的增加,油膜的厚度增加。因此必須避免柴油機(jī)在低速工作。參考文獻(xiàn)1 Wang, H.: Study of strength of Diesel Engine Crankshaft and Lubrication on Main Bearing. Dalian Maritime University (2008) 2 W

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