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原文传递汽车发动机曲轴油封磨损机理研究及密封性能优化

论文题名：	汽车发动机曲轴油封磨损机理研究及密封性能优化
关键词：	汽车发动机;曲轴油封;摩擦磨损;有限元仿真;泵吸率;耐磨薄膜
摘要：	在汽车发动机中，曲轴油封起着至关重要的作用，油封的使用寿命直接关系着汽车运行安全的可靠性。随着现代汽车工业的发展，对汽车发动机油封的密封可靠性要求越来越高，本文以汽车发动机曲轴油封为研究对象，详细介绍了油封的结构和密封机理，并采用改性聚四氟乙烯（PTFE）油封代替传统橡胶油封，同时采用有限元软件对油封结构参数进行仿真分析。论文主要研究内容如下：　　（1）选择填料对PTFE进行改性，并对改性后复合材料的摩擦学性能和力学性能进行研究，研究发现：随着填充物的加入对纯PTFE的摩擦学性能有很大的改善。复合PTFE材料摩擦系数最低为0.125；添加7wt%纳米金刚石的复合材料的体积磨损率是四种填充物里面体积磨损率最小的。加入填料后的PTFE的拉伸强度整体降低，拉伸模量均有增大，同时复合材料的压缩强度和压缩模量也有明显增加，在加入1wt%三氧化二铝之后，压缩强度和压缩模量增幅最为明显。这说明通过改性处理在一定程度上能提高PTFE的耐磨性与力学强度。　　（2）建立曲轴油封二维轴对称模型，采用控制变量法分析油封不同结构参数与轴过盈配合时，油封唇口的接触应力变化和唇口变形量的情况。研究发现：唇口过盈量、接触宽度和唇口厚度对密封性能都有不同程度的影响。随着过盈量的增大，油封唇口处的应力和唇口变形量都在增大；当唇口过盈量和唇厚不变时，随着接触宽度的增大，最大接触应力在减小，说明较小的接触宽度会有应力集中，较大的接触宽度应力分散；保证过盈量和接触宽度不变，随着唇口厚度的增加，接触应力和唇口变形量都有增大，且应力有从接触区域向周围扩散的趋势。　　（3）以油封的宏观理论模型为基础，结合油封泵吸理论，以二维雷诺方程为跳板，通过演算推导得到曲轴油封泵吸率方程，结合数值计算方法，分别计算油封不同接触载荷、油膜厚度、接触宽度、油侧唇角与气侧唇角下的质量泵吸率与体积泵吸率，将计算数值进行分析，得到相关参数对油封泵吸率产生的影响。结果表明，泵吸效应与油侧唇角、油封接触载荷、油膜厚度呈正相关，与气侧唇角、接触宽度呈负相关，最小油膜厚度与油侧唇角、气侧唇角、过盈量呈负相关。　　（4）用纳米金刚石和还原氧化石墨烯对纯聚酰亚胺进行改性，制备了复合物耐磨薄膜摩擦块，研究了耐磨薄膜的摩擦学性能。研究表明，复合物薄膜的摩擦系数和磨损率都远低于纯聚酰亚胺，在载荷为300N下，纳米金刚石和还原氧化石墨烯占聚酰亚胺的比例为1wt%时，复合物耐磨薄膜的摩擦系数达到最小值0.161，相比纯聚酰亚胺降低了55.6%；在载荷为100N时，添加0.8wt%纳米金刚石和还原氧化石墨烯复合材料的磨损率是0.49×10-7mm3N-1m-1，比纯聚酰亚胺的降低了85%，表明改性后的聚酰亚胺耐磨薄膜有更好的摩擦学性能。
作者：	张晓
专业：	机械工程
导师：	刘洪;李兰勋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022