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接触应力及润滑油膜对凸轮磨损影响的研究
| 论文题名： | 接触应力及润滑油膜对凸轮磨损影响的研究 |
| 关键词： | 接触应力;润滑油膜;柴油机;凸轮结构;磨损特性 |
| 摘要： | 凸轮是配气机构气门实现精确开闭的主要构件，发动机凸轮由于设计使用等原因，常发生表面磨损失效现象。本文以柴油机凸轮为研究对象，采用动力学单质量模型在MATLAB软件环境下编程，在ADAMS软件下建立动力学仿真模型，分别计算分析了凸轮在柴油机标定转速下的接触应力，并进行了相互验证，讨论了两种计算结果存在差异的原因。根据得到的凸轮接触应力，判断凸轮易发生磨损的区域及磨损形式。运用MATLAB软件设计编制了程序，计算了润滑油温度在90℃时，凸轮在标定转速下的最小油膜厚度和膜厚比。探讨了凸轮与挺柱表面粗糙度的变换对凸轮磨损的影响，并对凸轮的设计及改进提出了建议。 建立了配气机构动力学单质量模型，根据配气机构参数，拟合挺柱升程函数，并应用MATLAB软件编写柴油机标定转速下凸轮接触应力程序。仿真结果显示，接触应力最大值处于凸轮桃尖部位。标定转速下，凸轮接触应力曲线变化幅值较大，表明在此工况下配气机构的振动较大。 根据柴油机配气机构各部件的结构参数，运用ADAMS软件建立配气机构动力学仿真模型。对柴油机在标定转速下接触应力进行模拟，并与动力学单质量模型计算结果相互验证。仿真结果证明理论计算与模拟分析结果基本吻合；由接触应力曲线可知，接触应力是周期性变化的，在凸轮桃尖发生接触时，接触应力达到了最大值，并且由于该处凸轮轮廓线的曲率半径最小，容易引起凸轮的磨损。 根据凸轮弹性流体动力润滑的最小油膜厚度、膜厚比的计算方法，应用MATLAB编写柴油机标定转速下凸轮最小油膜厚度及膜厚比程序，仿真得出凸轮-挺柱工作时接触位置处的润滑油膜厚度及膜厚比。结果显示，凸轮桃尖区域的油膜厚度最小，处于边界润滑状态，摩擦表面不足以被油膜隔开。同时，该区域内的滑动速度和内载荷相对较大，容易导致凸轮失效的产生。由凸轮-挺柱在柴油机标定转速下的接触应力计算结果可知，最大接触应力位置与最小油膜厚度的位置基本吻合，这时的油膜容易刺破，使凸轮-挺柱摩擦表面直接接触，发生磨损。论文探讨了凸轮-挺柱表面粗糙度对凸轮磨损的影响，当粗糙度减小时，膜厚比呈增大趋势，润滑状态明显改善。 |
| 作者： | 温国伟 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 苏铁熊;王军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中北大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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