📄Работа №215082

Тема: Исследование влияния микротекстурирования поверхности плунжера на гидромеханические характеристики трибосопряжения «втулка-плунжер» ТНВД

📝
Тип работы Дипломные работы, ВКР
📚
Предмет автомобили и автомобильное хозяйство
📄
Объем: 55 листов
📅
Год: 2022
👁️
Просмотров: 12
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
ℹ️ Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.

📋 Содержание

ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЗОР РАБОТ В ОБЛАСТИ МИКРОТЕКСТУРИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ТРЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ МАШИН 9
1.1 Актуальные задачи энергетического и транспортного машиностроения в области повышения надёжности узлов трения 9
1.2 Обзор дизельных ТНВД 11
1.2.1 Рядные и V-образные ТНВД 11
1.2.2 Распределительный ТНВД 12
1.2.3 Насос-форсунка 13
1.2.4 Магистральный ТНВД 15
1.3 Результаты исследований в области микропрофилирования контактирующих поверхностей трибосопряжений 16
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ 22
2.1 Геометрия смазочного слоя 22
2.2 Геометрическая модель трибосопряжения «втулка-плунжер» 23
2.3 Уравнение Рейнольдса 24
2.4 Толщина смазочного слоя 24
2.5 Уравнения движения 27
3 МИКРОГЕОМЕТРИЯ ПЛУНЖЕРНОЙ ПАРЫ ТНВД 28
4 ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛУНЖЕРНОЙ ПАРЫ ТНВД 31
4.1 Изменение параметров микрогеометрии 31
4.2 Наилучшие параметры микрогеометрии для снижения потерь на трение 44
4.3 Дополнительные положительные эффекты микротекстурирования 48
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 52
ПРИЛОЖЕНИЕ 57

📖 Введение

Выпускная квалификационная работа - «Исследование влияния параметров регулярной микрогеометрии на гидродинамические характеристики трибосопряжения «втулка-плунжер»» была нацелена на изучение и поиск параметров регулярной микрогеометрии контактирующих поверхностей трибосопряжения «втулка-плунжер», обеспечивающих наилучший эффект снижения потерь на трение.
В ходе выполнения данной работы были выполнены следующие задачи:
1. разработано программное обеспечение, позволяющее определить изменение гидродинамических характеристик трибосопряжения «втулка-плунжер» при различных параметрах микрогеометрии на контактирующих поверхностях данного ТС.
2. Выполнены множественные исследования параметров микрогеометрии для определения наиболее эффективной комбинации этих параметров, позволяющих заметно снизить потери на трение в ТС «втулка-плунжер».
Конкретной целью при выполнении работ был поиск наиболее эффективных комбинаций параметров микрогеометрии.
Сегодня снижение трения является ключевой задачей современного машиностроения. Снижение трения необходимо чтобы машины и механизмы имели высокий коэффициент полезного действия (КПД), надежность, экономичность и легкость в эксплуатации. Основным источником потери энергии и поломок механических систем является износ, вызванный трением. С глобальной точки зрения, трение двигателя представляет собой незначительную часть потерь мощности, которая определяет его КПД.
В поршневых двигателях внутреннего сгорания тратится примерно 30% энергии для преодоления потерь на трение [1, 2].
Наибольший процент КПД потребляется следующими узлами двигателя:
- 45% (38–68%) в цилиндро–поршневой группе (ЦПГ);
- 30% (20–44%) в подшипниках и уплотнениях (гидродинамическая смазка);
- 15% (3–34%) в механизме газораспределения (смешанная смазка);
- 10% за счет подачи смазки в узлы и гидравлических вязких потерь используемого масла.
Тщательно подобранная геометрия микротекстур c благоприятным относительным движением смазанных поверхностей в точках контакта может улучшить трибологические характеристики. Это поспособствует уменьшению потерь на трение в двигателе и создаст следующие улучшения:
- увеличение мощности двигателя;
- повышение топливной экономичности;
- снижение вредных выбросов выхлопных газов;
- снижение требований к техническому обслуживанию и более продолжительные интервалы обслуживания [3].
Повышение прочности, надежности и ресурса двигателя.
Потенциал учета микронеровностей в улучшении трибологических свойств узлов трения является одним из ключевых моментов в обеспечении гидродинамического режима трения ТС.
Цели микропрофилирования:
- снижения износа ТС;
- повышение несущей способности ТС;
- снижение трения в ТС;
- повышение несущей способности ТС;
- повышения надежности;
- повышение экономичности узлов трения.
Сегодня, 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, полученной с помощью лазера 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.
Известен также вторичный смазывающий эффект, действующий в режиме смешанной смазки. Жидкость, находящаяся в нижней части микрорельефа, может рассматриваться как вторичный источник смазки, появляющийся в результате относительного перемещения поверхностей, что уменьшает трение в контакте [4].
Плунжерный насос является ключевым компонентом при определении давления впрыска топлива, которое напрямую влияет на качество смеси внутри камеры сгорания и имеет большое значение для определения КПД двигателя, в частности его топливной экономичности, а также выбросов вредных веществ и шума [5]. Повышение давления топлива в верхней части плунжерной камеры в сочетании с регулярно меняющейся скоростью требует улучшенных характеристик смазки плунжерной пары [6]. При высоком давлении топлива и большой нагрузке трение и износ плунжера увеличиваются, а условия смазки ухудшаются. Между тем, эксцентрический фреттинг и наклон усложняют процесс смазки плунжера. Поэтому проблему смазки и износа следует решать одновременно [7–8].

Возникли сложности?

Нужна качественная помощь преподавателя?

👨‍🎓 Помощь в написании

✅ Заключение

В ходе выполнения магистерской диссертации была обоснована актуальность работы, выполнены обзоры топливных насосов высокого давления и микротекстурирования плунжерных пар.
Были выполненные множественные измерительные эксперименты, позволяющие оценить влияние параметров микрогеометрии на гидромеханические характеристики трибосопряжения «втулка-плунжер» (плунжерной пары) топливного насоса высокого давления. Полученные результаты свидетельствуют о следующем:
- Диаметр микроямок. Уменьшение диаметра микроямок позволяет снизить потери на трение. Наименьшие потери на трение были получены при диаметре микроямок равным 25 мкм. Это позволило снизить потери, вызванные трением, на 6,4% и увеличить давление смазочного слоя на 17,7%, что положительно сказывается на несущей способности смазочного слоя, толщина смазочного слоя при этом была увеличена на 0,7%.
- Глубина микроямок. С увеличением глубины микроямок снижаются потери на трение. Наименьшие потери на трение достигаются при глубине микроямок равной 25 мкм, однако это приводит к сильному росту давления смазочного слоя. При этом Давление смазочного слоя, при глубине микроямок равной 10 мкм, ниже давления смазочного слоя при глубинах 5 и 25 мкм на 6,65%. При глубине микроямок равной 10 мкм потери на трение были снижены на 12,5%, а давление и толщина смазочного слоя возросли на 46% и 2,76% соответственно.
- Плотность микроямок. С ростом числа микроямок, было замечено снижение потерь на трение. Наименьшие потери на трение были достигнуты при плотности 60% и составили 532,29 Вт, что на 17,63% ниже по сравнению с гладкой поверхностью плунжера, так же были увеличены давление и толщина смазочного слоя на 44,7% и 1,38% соответственно. Стоит так же отметить, что при плотности в 40% сильно возросло давление смазочного слоя, превысив давление нетекстурированой плунжерной пары на 58,8%.
- Область текстурирования. Результаты сильно разнятся от выбранной области текстурирования. Наименьшие потери на трение были получены при полном текстурировании поверхности плунжера. В данном случае потери на трение снизились на 15,48%, но при этом сильно возросло давление смазочного слоя, превысившее давление в плунжерной паре без микрогеометрии на 71,76%. При текстурировании нижней части плунжера (от 27 до 55 мм его высоты) наблюдается снижение потерь на трение на 13,2%, что меньше чем при полностью текстурированном плунжере, но при этом давление смазочного слоя возросло только на 24,7%. Стоит так же отметить, что при текстурировании верхней части плунжера (от 0 до 27 мм его высоты) наблюдается снижение потерь, вызванных трением, на 4,8% и снижение давления смазочного слоя на 9,4%, при этом толщина смазочного слоя увеличилась на 18,6%.
По результатам исследования, наибольшее влияния на гидродинамические характеристики трибосопряжения «втулка-плунжер» оказывает область расположения микроямок, наименьшее влияние оказывает диаметр микроямок.

Нужна своя уникальная работа?
Срочная разработка под ваши требования
Рассчитать стоимость
ИЛИ

📕 Список литературы

1. Knauder C., Allmaier H., Sander D.E., Salhofer S., Reich F.M., Sams T. Analysis of the journal bearing friction losses in a heavy-duty diesel engine1 // Lubricants. – 2015. – №3. – P. 142–154.
2. Holmberg K., Andersson P., Nylund N.O., Mäkelä K., Erdemir A. Global energy consumption due to friction in trucks and buses // Tribology International. – 2014. – №78. – P. 94–114.
3. Suresh S. Fatigue of Materials // Cambridge University Press. – 1998. – No. 2. – P. 46-57.
4. Ohue, Y., Tanaka H. Effect of Surface Texturing on Lubricating Condition under Point Contact Using Numerical Analysis // J. Scientific Research. – 2013. – №4. – P. 379 – 385.
5. Huang, J.L., Xu, H., Sun, S.-Y. and Wang, D. Influence of fuel injection system’s optimization on performance of diesel engine and its injection parameter reoptimization // Journal of Dalian Maritime University. – Vol. 43. – 2017. – No. 2. – P. 103-108.
6. Zhao, J., Yongling, F.U., Jiming, M.A., Jian, F.U., Qun, C., Wang, Y. View of cylinder block/valve plate interface in axial piston pumps: theoretical models, experimental investigations, and optimal design // Chinese Journal of Aeronautics. – Vol. 34. – 2021. – No. 1. – P. 111-134.
7. Segu, D.Z. and Hwang, P. Effectiveness of multishape laser surface texturing in the reduction of friction under lubrication regime // Industrial Lubrication and Tribology. – Vol. 68. – 2016. – No. 1. P. 116-124.
8. Sun, J., Zhang, X., Zhu, J., Gao, Y., Wang, H., Zhao, X., Teng, Q., Ren, Y. and Zhu, G. On the lubrication characteristics of piston ring under different engine operation conditions // Industrial Lubrication and Tribology. – Vol. 72. – 2014. – No. 1, P. 101-108.
9. Coy, R.C. Practical applications of lubrication models in engines // Tribology International. – 1999. – №31(10). – P. 563–571.
10. Taylor R. lubrication, tribology and motorsport // SAE Transactions. – 2002. – №111(4). – P. 2071–2084.
11. Valkonen, A. Bearing experiments for the comparison of engine lubricants // Tribologia. – 2005. – №24(3). – P. 17–22.
12. McQueen J., Gao H., Black E., Gangopadhyay A., Jensen R. Friction and wear oftribofilms formed by zinc dialkyl dithiophosphate antiwear additive in lowviscosity engine oils // Tribology International. – 2005. – №38(3). – P. 289–297.
13. Skjoedt, M., Butts R., Assanis D., Bohac S. Effects of oil properties on spark-ignition gasoline engine friction // Tribology International. – 2008. – №41(6). – P. 556–563.
14. Souza de Carvalho M., Rudolf Seidl P, Pereira Belchior C, Ricardo Sodre J́ Lubricant viscosity and viscosity improver additive effects on diesel fuel economy // Tribology International. – 2010. – №43(12). – P. 2298–2302.
15. Ligier, J.L., Noel B. Friction reduction and reliability for engines bearings // Lubricants. – 2015. – №3. – P. 569–596.
16. Allmaier H., Priestner C., Sander D.E. and Reich F.M. Friction in Automotive Engines // Tribology in Engineering. – 2013. – P. 149-184.
17. Путинцев С.В. Механические потери в поршневых двигателях // МГТУ им. Н.Э. Баумана. г. Москва. – 2011. – P. 288.
18. Harald Keferböck. Modellerstellung und Simulation von verlustbehafteten hochdynamischen mechanischen Systemen // Technische Universität Graz. – 2014. – P. 99.
19. Hu J. Experimental and theoretical investigation of roughness effects on thin laminar fluids films // PhD thesis. University of Toronto, Canada. –1997. – P. 154.
20. Profito FJ., Vladescu S., Reddyhoff T., Dini D., Contacts Experimental validation of a mixed-lubrication regime model for textured piston-ring- liner contacts // Mater Perform Charact. – 2017. – №6.
21. Vlădescu S-C., Ciniero A., Tufail K., Gangopadhyay A., Reddyhoff T. Looking into a laser textured piston ring-liner contact // Tribol Int. – 2017. – №115. – P. 140–153.
22. Vlădescu, S.-C., Medina S., Olver A. V., Pegg I. G., Reddyhoff T. Lubricant film thickness and friction force measurements in a laser surface textured reciprocating line contact simulating the piston ring–liner pairing // Tribology International. – 2016. – №98. – P. 317–329.
23. Vladescu, S.-P., Olver A. V., Pegg I. G., Reddyhoff T. The effects of surface texture in reciprocating contacts–An experimental study // Tribology International. – 2015. – №82. – P. 28–42.
24. Vlădescu, S.-C., Olver A. V., Pegg I. G., Reddyhoff T. Combined friction and wear reduction in a reciprocating contact through laser surface texturing // Wear. – 2016. – №358. – P. 51–61.
25. Vlădescu S.-C., Gangopadhyay A., Reddyhoff T. Optimization of pocket geometry for friction reduction in piston– liner contacts // Tribol. Trans. – 2018. – №61(3). – P. 522–531.
26. Pegg IG., Vladescu S.-C., Olver A.V., Reddyhoff T. Bearing interface with recesses to reduce friction // U. S. Patent. – 2019.
27. Vlădescu, S.-C., Medina S., Olver A.V., Pegg I.G., Reddyhoff T. The transient friction response of a laser-textured, reciprocating contact to the entrainment of individual pockets // Tribology Letters. – 2016. – №62(2).
28. Profito, F.J., Vladescu, S.-C., Reddyhoff, T. and Dini, D. Transient experimental and modelling studies of laser-textured micro-grooved surfaces with a focus on Piston-Ring cylinder liner contacts // Tribology International. – Vol. 113. – 2017. – P. 125-136.
29. Yin, B., Zhou, H., Xu, B. and Hekun, J. The influence of roughness distribution characteristic on the lubrication performance of textured cylinder liners // Industrial Lubrication and Tribology. – Vol. 71. – 2019. – No. 3. P. 486-493.
30. Gropper D, Wang L., Harvey T. Hydrodynamic lubrication of textured surfaces: A review of modeling techniques and key findings // J Tribology International. – 2016. – №94. – P. 509–529.
31. Gachot C., Rosenkranz A., Hsu SM., Costa HL. A critical assessment of surface texturing for friction and wear improvement // Wear. – 2017. – № 372– 373. – P. 21–41.
32. Ausas RF, Ragot P., Leiva J., Jai M., Bayada G., Buscaglia GC. The impact of the cavitation model in the analysis of microtextured lubricated journal bearings // J.Tribol. - 2007. - №129. - P. 868-875.
33. Cupillard S, Glavatskih S., Cervantes MJ. Computational fluid dynamics analysis of a journal bearing with surface texturing // J. Tribol. - 2008. - №222. - P. 97-107.
34. Cupillard S. CFD study of a finite textured jounal bearing / S. Cupillard, MJ.
Cervantes, SA. Glavatskih // IAHR symposium on hydraulic machinery and systems Fozdo Iguassu, Brazil. - 2008.
35. Brizmer V., Kligerman Y. A laser surface textured journal bearing // J Tribol. - 2012. - №134. - P. 1-9.
36. Kango S., Sharma R., Pandey R. Thermal analysis of microtextured journal bearing using non-Newtonian rheology of lubricant and JFO boundary conditions // Tribology International. - 2014. - №69. - P. 19-29.
37. Kango S., Sharma R., Pandey R. Comparative analysis of textured and grooved hydrodynamic journal bearing // Proc Inst Mech Eng Part J J Eng Tribol. - 2014. - №228. - P. 82-95.
38. Cupillard S., Cervantes MJ., Glavatskih S. A cfd study of a finite textured journal bearing // IAHR 24th symp hydraul mach syst. - 2008. - P. 1-11.
39. Roy L. Thermo-hydrodynamic performance of grooved oil journal bearing // Tribology International. - 2009. - №42. - P. 1187-1198.
40. Hirayama T., Yamaguchi N., Sakai S., Hishida N., Matsuoka T., Yabe H. Optimization of groove dimensions in herringbone-grooved journal bearings for improved repeatable run-out characteristics // Tribology International. - 2009. - №42. - P. 675-681.
41. Lu P., Wood RJ., Gee MG., Wang L., Pfleging W. The use of anisotropic texturing for control of directional friction // Tribol Int. - 2017. - №113. - P. 169-181.
42. Lu P., Wood RJ., Gee MG., Wang L., Pfleging W. A novel surface texture shape for directional friction control // Tribol Lett. - 2018. - №66. - P. 51.
43. Wang Z., Hu S., Ji H., Wang Z. and Liu, X. Analysis of lubricating characteristics of valve plate pair of a piston pump // Tribology International. – Vol. 126. – 2018 – P. 49-64.
44. Grützmacher, P.G., Profito, F.J. and Rosenkranz, A. Multi-scale surface texturing in tribology-current knowledge and future perspectives // Lubricants. – Vol. 7. – 2019. – No. 11. – P. 95-104.
45. Jia H., Zhou Z., Yin B., Zhou H. and Xu B. Influence of microdimple on lubrication performance of textured plunger pump // Industrial Lubrication and Tribology. – Vol. 73. – 2021. – No. 4, P. 563-571.
46. Rulin S. and Pengfei, L. Characteristics of plunger leakage and lubrication of piston pairs of A11VLO190 axial piston pump // Fluid Machinery. – Vol. 42. – 2014. – No. 7. – P. 19-24.
47. He-Sheng T., Yao-Bao Y. and Jing L. Influence of elastic deformation on power loss of axial piston pump slipper/swash plate pair // Journal of China Coal Society. – Vol. 41. 2016. – No. 1. P. 1038-1044.
48. Michail S. and Barber G. The effects of roughness on piston ring lubrication part I: model development // Tribology Transactions. – Vol. 38. – 1995. – No. 1. – P. 19-26.
49. Wu C. and Zheng, L. An average Reynolds equation for partial film lubrication with a contact factor // Journal of Tribology. – Vol. 111. – 1989 – No. 1. – P. 188-191.
50. Patir N. and Cheng, H. An average flow model for determining effects of three-dimensional roughness on partial hydrodynamic lubrication // Journal of Lubrication Technology. – Vol. 100. – 1978. – No. 1. P. 12-17.

🛒 Оформить заказ

Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.

©2026 Cервис помощи студентам в выполнении работ