Помощь студентам в учебе
Исследование влияния микрогеометрии на работоспособность трибосопряжения «поршень - цилиндр» ДВС
|
АННОТАЦИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АКТУАЛЬНОСТЬ ВОПРОСА И ЕГО ИЗУЧЕННОСТЬ В СОВРЕМЕННОЙ
НАУЧНОЙ ЛИТЕРАТУРЕ 8
1.1 Анализ особенностей работы «поршень - цилиндр» и их конструкции . 8
1.2 Обзор исследований трибосопряжения «поршень - цилиндр» 10
2 МЕТОДОЛОГИЯ АНАЛИЗА МИКРОГЕОМЕТРИИ НА РАБОТО
СПОСОБНОСТЬ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЯ «ПОРШЕНЬ - ЦИЛИНДР» 32
2.1 Микрогеометрия трибосопряжения «поршень - цилиндр» 32
2.2. Методы трибоанализа сопряжений жидкостного трения с учетом
микрогеометрии их поверхностей 35
2.2.1. Анализ моделей шероховатых поверхностей 35
2.2.2. Модели контактного взаимодействия 40
2.2.3. Влияние на увеличение несущей способности трибосопряжений
текстурирования поверхностей 43
ГЛАВА 3 РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕТОДИКА ОЦЕНКИ
РЕСУРСА ТРИБОСОПРЯЖЕНИЯ «ПОРШЕНЬ - ЦИЛИНДР» 50
3.1 Теоретические основы и предпосылки к проведению
экспериментальных исследований 50
3.2. Экспериментальная оценка линейной интегральной интенсивности
изнашивания исследуемого сопряжения 57
3.3 Определение ресурса сопряжения «поршень - цилиндр» 64
3.4. Выводы по третьей главе 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 71
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 73
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АКТУАЛЬНОСТЬ ВОПРОСА И ЕГО ИЗУЧЕННОСТЬ В СОВРЕМЕННОЙ
НАУЧНОЙ ЛИТЕРАТУРЕ 8
1.1 Анализ особенностей работы «поршень - цилиндр» и их конструкции . 8
1.2 Обзор исследований трибосопряжения «поршень - цилиндр» 10
2 МЕТОДОЛОГИЯ АНАЛИЗА МИКРОГЕОМЕТРИИ НА РАБОТО
СПОСОБНОСТЬ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЯ «ПОРШЕНЬ - ЦИЛИНДР» 32
2.1 Микрогеометрия трибосопряжения «поршень - цилиндр» 32
2.2. Методы трибоанализа сопряжений жидкостного трения с учетом
микрогеометрии их поверхностей 35
2.2.1. Анализ моделей шероховатых поверхностей 35
2.2.2. Модели контактного взаимодействия 40
2.2.3. Влияние на увеличение несущей способности трибосопряжений
текстурирования поверхностей 43
ГЛАВА 3 РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕТОДИКА ОЦЕНКИ
РЕСУРСА ТРИБОСОПРЯЖЕНИЯ «ПОРШЕНЬ - ЦИЛИНДР» 50
3.1 Теоретические основы и предпосылки к проведению
экспериментальных исследований 50
3.2. Экспериментальная оценка линейной интегральной интенсивности
изнашивания исследуемого сопряжения 57
3.3 Определение ресурса сопряжения «поршень - цилиндр» 64
3.4. Выводы по третьей главе 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 71
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 73
Потенциал учета микронеровностей в улучшении трибологических свойств узлов трения является одним из ключевых моментов в обеспечении гидродинамического режима трения ТС. Микропрофилирование предназначено для уменьшения трения в трибосопряжениях, повышения их несущей способности, снижения износа, повышения надежности и экономичности узлов трения. Так, к основным видам микропрофилирования в сопряжении «поршень- цилиндр», относят хонингование цилиндра и текстурирование юбки поршня.
Текстурирование поверхностей трения гидродинамических трибосопряжений является одним из перспективных способов микропрофилирования и представляет собой создание регулярного микропрофиля на поверхности в виде, какой-либо рельефной трехмерной текстуры изображения (сетки или линий с определенными геометрическими размерами, глубиной, расположением), полученной с помощью лазера (лазерное текстурирование) или иным способом. Текстурирование поверхности способствует гидродинамическим эффектам. По мере приближения потока смазки к неровности давление увеличивается, в результате создается дополнительная несущая способность, что позволяет улучшить условия работы трибосопряжения и увеличить его ресурс.
Объектом исследования является работоспособность трибосопряжения «поршень - цилиндр» двигателей внутреннего сгорания.
Предметом исследования является микрогеометрия поверхностей трибосопряжения «поршень - цилиндр».
Целью диссертационной работы является анализ влияния микрогеометрии на работоспособность трибосопряжения «поршень - цилиндр» двигателей внутреннего сгорания.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:
1. Анализ особенностей конструкции «поршень-цилиндр» и ее работы;
2. Изучение видов микрогеометрии трибосопряжения «поршень - цилиндр»;
3. Изучение методов трибоанализа сопряжений жидкостного трения с учетом микрогеометрии их поверхностей;
4. Анализ расчетно-экспериментальной методики оценки ресурса
трибосопряжения «поршень - цилиндр»;
5. Оптимизация параметров сопряжения «поршень - цилиндр».
В работе были применены такие теоретические методы исследования, как моделирование, а также анализ и синтез.
Достоверность и обоснованность научных положений и полученных результатов обусловлены:
- использованием фундаментальных законов трибологии, теории теплообмена, современных численных методов математического моделирования;
- совпадением расчетных результатов с экспериментальными данными;
- согласованием полученных частных результатов с известными;
- учетом максимального количества факторов в процессе расчета.
Научная новизна заключается во всестроннем анализе различных работ и формировании полноценных выводов относительно обоснованности учета микрогеометрии поверхностей трибосопряжения «поршень - цилиндр»;
Практическая ценность работы состоит в обосновании выбора микрогеометрии поверхностей в зависимости от практических задач. Данная работа содержит данные о различных наработках в сфере оценки ресурса трибосопряжения «поршень - цилиндр», что может быть использовано при проведении теоретических занятий курса трибологии.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, списка литературы. Объем диссертации составляет 82 страницы машинописного текста, 25 рисунков, 8 таблиц. Список литературы содержит 97 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Текстурирование поверхностей трения гидродинамических трибосопряжений является одним из перспективных способов микропрофилирования и представляет собой создание регулярного микропрофиля на поверхности в виде, какой-либо рельефной трехмерной текстуры изображения (сетки или линий с определенными геометрическими размерами, глубиной, расположением), полученной с помощью лазера (лазерное текстурирование) или иным способом. Текстурирование поверхности способствует гидродинамическим эффектам. По мере приближения потока смазки к неровности давление увеличивается, в результате создается дополнительная несущая способность, что позволяет улучшить условия работы трибосопряжения и увеличить его ресурс.
Объектом исследования является работоспособность трибосопряжения «поршень - цилиндр» двигателей внутреннего сгорания.
Предметом исследования является микрогеометрия поверхностей трибосопряжения «поршень - цилиндр».
Целью диссертационной работы является анализ влияния микрогеометрии на работоспособность трибосопряжения «поршень - цилиндр» двигателей внутреннего сгорания.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:
1. Анализ особенностей конструкции «поршень-цилиндр» и ее работы;
2. Изучение видов микрогеометрии трибосопряжения «поршень - цилиндр»;
3. Изучение методов трибоанализа сопряжений жидкостного трения с учетом микрогеометрии их поверхностей;
4. Анализ расчетно-экспериментальной методики оценки ресурса
трибосопряжения «поршень - цилиндр»;
5. Оптимизация параметров сопряжения «поршень - цилиндр».
В работе были применены такие теоретические методы исследования, как моделирование, а также анализ и синтез.
Достоверность и обоснованность научных положений и полученных результатов обусловлены:
- использованием фундаментальных законов трибологии, теории теплообмена, современных численных методов математического моделирования;
- совпадением расчетных результатов с экспериментальными данными;
- согласованием полученных частных результатов с известными;
- учетом максимального количества факторов в процессе расчета.
Научная новизна заключается во всестроннем анализе различных работ и формировании полноценных выводов относительно обоснованности учета микрогеометрии поверхностей трибосопряжения «поршень - цилиндр»;
Практическая ценность работы состоит в обосновании выбора микрогеометрии поверхностей в зависимости от практических задач. Данная работа содержит данные о различных наработках в сфере оценки ресурса трибосопряжения «поршень - цилиндр», что может быть использовано при проведении теоретических занятий курса трибологии.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, списка литературы. Объем диссертации составляет 82 страницы машинописного текста, 25 рисунков, 8 таблиц. Список литературы содержит 97 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
1. Рассмотрены особенности работы «поршень-циллиндр» в зависимости от их конструкции.
2. Проведен обзор исследований трибосопряжения «поршень-циллиндр».
3. Рассмотрена микрогеометрия трибосопряжения «поршень-циллиндр».
4. Проанализированы методы трибоанализа сопряжений жидкостного трения с учетом микрогеометрии их поверхностей.
5. Изучена расчетно-экспериментальная методика оценки ресурса трибосопряжения «поршень-циллиндр».
6. Проведённый анализ контактного взаимодействия пары «алюминиевый сплав - специальный чугун», использованных для сопоставительного рассмотрения их работы в сопряжениях «поршень - гильза» поршневых и комбинированных ДВС, позволил выявить устойчивые закономерности в соотношении ряда исследованных параметров и прийти к выводам:
- С прямой пропорциональностью изменяется, линейная интегральная интенсивность изнашивания, представленная в функции коэффициента трения, номинального давления контакта и скорости скольжения в сопряжении . С целью уменьшения действующих тепловых и механических нагрузок, номинальное давление в сопряжении необходимо снижать.
- Время работы сопряжения до величины предельного износа характеризуется обратно пропорциональной квадратичной зависимостью от коэффициента аккумуляции энергии в контактном слое сопряжения, которое представляет собой соотношение энергий микродеформирования и трения при контактном взаимодействии. При уменьшении коэффициента аккумуляции энергии, ресурс сопряжения в целом возрастает. Уровень запасенной в контактном слое (аккумулируемой) энергии определяется, главным образом, величиной действующих нагрузок и механическими свойствами используемых материалов элементов сопряжения.
- Эксплуатационный ресурс сопряжения прямо пропорционален разности напряжений сжатия в контактном слое и их предельным значениям для
материалов элементов сопряжения. Снижение разности напряжений возможно двумя способами: уменьшением действительных напряжений и/или повышением предельного напряжения. Увеличение твердости и предела прочности при сжатии материалов элементов сопряжения способствует смещению типа контактирования от области пластического взаимодействия в сторону упруго-пластического характера, и увеличению времени работы сопряжения до предельных величин износа.
- В результате экспериментальных исследований выявлено изменение коэффициента трения (f) в диапазоне 0,12...0,17 при работе исследуемого сопряжения в диапазоне номинальных давлений контакта 1,5...7,5 МПа и скоростей скольжения 0,1.. .0,3 м/с.
- Значения линейной интегральной интенсивности изнашивания зафиксированы в пределах 2х10-9...2х10-8 м/м, причем большие значения соответствуют более высоким номинальным давлениям и скоростям скольжения в сопряжении. Этот результат имеет удовлетворительное согласование с результатами, представленными в литературных источниках, для сопряжения «алюминиевый сплав - специальный чугун» при исследуемых режимах нагружения трибосистемы.
- Коэффициент аккумуляции энергии трения pR выявлен как постоянная величина при различных номинальных давлениях в исследуемом сопряжении и фиксированном значении скорости скольжения. Указанные значения коэффициента аккумуляции энергии могут быть использованы при проектировании и оценке ресурса сопряжения «юбка поршня - гильза цилиндра».
- Энергия микродеформирования поверхностного слоя сопряжения рассматривается как энергия, которая необратимо аккумулируется в нем до момента разрушения данного слоя. Таким образом, зависимости для коэффициента аккумуляции энергии трения, полученные опытным путем, формируют исходные данные для поиска взаимосвязи энергии, аккумулирующейся в контактном слое, со скоростью скольжения в сопряжении.
2. Проведен обзор исследований трибосопряжения «поршень-циллиндр».
3. Рассмотрена микрогеометрия трибосопряжения «поршень-циллиндр».
4. Проанализированы методы трибоанализа сопряжений жидкостного трения с учетом микрогеометрии их поверхностей.
5. Изучена расчетно-экспериментальная методика оценки ресурса трибосопряжения «поршень-циллиндр».
6. Проведённый анализ контактного взаимодействия пары «алюминиевый сплав - специальный чугун», использованных для сопоставительного рассмотрения их работы в сопряжениях «поршень - гильза» поршневых и комбинированных ДВС, позволил выявить устойчивые закономерности в соотношении ряда исследованных параметров и прийти к выводам:
- С прямой пропорциональностью изменяется, линейная интегральная интенсивность изнашивания, представленная в функции коэффициента трения, номинального давления контакта и скорости скольжения в сопряжении . С целью уменьшения действующих тепловых и механических нагрузок, номинальное давление в сопряжении необходимо снижать.
- Время работы сопряжения до величины предельного износа характеризуется обратно пропорциональной квадратичной зависимостью от коэффициента аккумуляции энергии в контактном слое сопряжения, которое представляет собой соотношение энергий микродеформирования и трения при контактном взаимодействии. При уменьшении коэффициента аккумуляции энергии, ресурс сопряжения в целом возрастает. Уровень запасенной в контактном слое (аккумулируемой) энергии определяется, главным образом, величиной действующих нагрузок и механическими свойствами используемых материалов элементов сопряжения.
- Эксплуатационный ресурс сопряжения прямо пропорционален разности напряжений сжатия в контактном слое и их предельным значениям для
материалов элементов сопряжения. Снижение разности напряжений возможно двумя способами: уменьшением действительных напряжений и/или повышением предельного напряжения. Увеличение твердости и предела прочности при сжатии материалов элементов сопряжения способствует смещению типа контактирования от области пластического взаимодействия в сторону упруго-пластического характера, и увеличению времени работы сопряжения до предельных величин износа.
- В результате экспериментальных исследований выявлено изменение коэффициента трения (f) в диапазоне 0,12...0,17 при работе исследуемого сопряжения в диапазоне номинальных давлений контакта 1,5...7,5 МПа и скоростей скольжения 0,1.. .0,3 м/с.
- Значения линейной интегральной интенсивности изнашивания зафиксированы в пределах 2х10-9...2х10-8 м/м, причем большие значения соответствуют более высоким номинальным давлениям и скоростям скольжения в сопряжении. Этот результат имеет удовлетворительное согласование с результатами, представленными в литературных источниках, для сопряжения «алюминиевый сплав - специальный чугун» при исследуемых режимах нагружения трибосистемы.
- Коэффициент аккумуляции энергии трения pR выявлен как постоянная величина при различных номинальных давлениях в исследуемом сопряжении и фиксированном значении скорости скольжения. Указанные значения коэффициента аккумуляции энергии могут быть использованы при проектировании и оценке ресурса сопряжения «юбка поршня - гильза цилиндра».
- Энергия микродеформирования поверхностного слоя сопряжения рассматривается как энергия, которая необратимо аккумулируется в нем до момента разрушения данного слоя. Таким образом, зависимости для коэффициента аккумуляции энергии трения, полученные опытным путем, формируют исходные данные для поиска взаимосвязи энергии, аккумулирующейся в контактном слое, со скоростью скольжения в сопряжении.
