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精密制造对发动机摩擦特性的影响研究
| 论文题名： | 精密制造对发动机摩擦特性的影响研究 |
| 关键词： | 汽车发动机;摩擦特性;加工精度;仿真模型 |
| 摘要： | 发动机的摩擦特性直接影响着发动机的性能和寿命。发动机摩擦特性的好坏,除受到润滑系统性能的直接影响外,还与发动机各摩擦副表面的加工尺寸和精度有密切的关系。随着中国汽车市场的迅速发展,发动机的本土化生产已然成为趋势。然而,由于发动机设计与生产过程的互相脱节,本土化发动机性能良莠不齐,即使同一批次发动机的性能其一致性也无法保证。究其原因,一是盲目按照图纸生产但是其制造水平无法达到设计要求,零部件尺寸公差分配不合理,导致发动机摩擦性能波动过大,废品率较高;二是对零部件尺寸公差与发动机性能一致性的关系认识淡薄,一味地追求降低成本,因而盲目地扩大尺寸公差以降低制造要求。如何建立发动机加工精度与摩擦功波动的关系,并通过对发动机摩擦副关键尺寸的公差控制降低发动机摩擦功的波动,进而在降低生产成本的同时,使发动机性能稳定性得以提升,是本文所要研究的课题。 本文首先建立发动机性能仿真模型用以考察发动机摩擦功的变化对发动机性能,包括扭矩、功率和燃油消耗率的影响。然后采用基于多体动力学(MBD)的方法,对发动机摩擦功最重要的两组摩擦副:活塞组和曲轴系,获得其详细的摩擦性能。在考察摩擦性能的过程中,利用拉丁超立方采样(LHS)方法进行实验设计(DOE),从活塞组和曲轴系众多参数中分别筛选出5个和2个最重要的尺寸参数作为公差优化分配的设计变量,并对关键参数进行尺寸链的分析和公差等级划分。而后利用Kriging插值估计方法分别建立活塞组和曲轴系摩擦功波动近似模型;同时,在二级模糊综合评判方法的基础上建立尺寸公差的成本模型。在此基础上采用遗传算法(GA),利用摩擦功波动近似模型和成本模型对关键加工尺寸公差进行的优化设计,得出关键加工尺寸的最优公差分配方案。优化结果使活塞组摩擦功波动降低了42.85％,曲轴系的摩擦功波动降低了32.09%。 本文的创新点主要包括:1)将发动机生产设计的尺寸公差与发动机性能包括功率、扭矩和燃油消耗率通过发动机摩擦功这一关键中间指标联系起来;2)从尺寸公差出发,考察了发动机性能一致性差的原因;3)通过优化尺寸公差分配,提升了发动机性能一致性并降低了生产成本。对于尺寸公差的优化计算,充分考虑尺寸公差对摩擦功的敏感性和实际加工的成本等因素,将发动机的生产与设计紧密联系起来。优化结果显示,本文中所提出的方法不仅提升了发动机性能一致性,同时还降低了生产成本。 |
| 作者： | 周龙 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张玉银 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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