基于CFD的缸套表面激光微造型动压润滑性能研究

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缸套.活塞环是一个集往复、冲击和热效应等于一体的复杂的摩擦系统。缸套-活塞环的摩擦影响发动机的效率,磨损则影响其使用寿命。如何解决好这对摩擦副的耐磨和润滑问题,激光微造型技术是解决这类问题的一种有效方法。激光微造型技术,就是利用具有一定能量密度的激光束,在工件工作表面上,形成与润滑性能要求优化匹配的、连续均匀的、并具有一定密度(间距)、宽度、深度、角度及形状的贮存和输送润滑油的沟槽、纹路或凹腔。为了改善缸套-活塞环的润滑状况,本文将激光微造型技术应用到缸套.活塞环摩擦副。   为了克服雷诺方程研究表面微造型动压润滑性能的不足,本文采用基于N-S方程的CFD方法,建立了缸套.活塞环摩擦副的缸套表面凹腔造型的三维动压润滑数学模型,采用通用的Fluent的软件进行数值模拟,研究凹腔几何参数(面积占有率、半径、深度)对动压润滑性能的影响规律。然后,采用“单脉冲同点间隔多次”激光微造型加工新工艺,研究了激光工艺参数(功率密度、重复频率、扫描速度、重复次数等)对凹腔和凹槽微形貌加工的影响规律,确定了合理激光微造型技术的工艺参数。其次,采用MMW-1A万能摩擦试验机对微造型试样进行摩擦试验,选用摩擦副为大止推圈,研究了一定载荷下不同速度和工况下凹腔几何参数对动压润滑的影响;不同载荷下凹腔造型对动压润滑的影响;试样微造型前进行淬火和未淬火摩擦性能的比较;凹腔和凹槽不同微形貌对动压润滑性能的影响等。最后,选用激光微造型技术加工的凹腔缸套和传统珩磨缸套进行台架对比试验,验证凹腔造型的缸套的实际工作效果。   研究结果表明:激光表面微造型技术应用于摩擦副,可以改善润滑,产生动压润滑效果;合适的微造型几何参数产生较好的动压润滑效果;采用“单脉冲同点间隔多次”工艺可以加工出凹腔和凹槽,并且加工的形貌规则,大小一致,熔渣少等;对于微凹腔造型当载荷在50N速度为100r/min、300 r/min、500 r/min下,面积占有率8%,深度为8μm时,摩擦系数最小,动压润滑效果较好;激光加工出凹腔的缸套进行台架试验,与传统缸套进行比较机油耗显著下降,机油耗降幅为56.2%,其他参数不明显。
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