使用模拟器进行发动机气门和阀座磨损研究

使用模拟器进行发动机气门和阀座磨损研究

一、Engine valve and seat insert wear study with a simulator(论文文献综述)

谭德强[1](2018)在《几种典型材料表面特性配副的冲滑磨损机理研究》文中研究指明冲滑复合磨损是一种典型的复合磨损形式,广泛存在于机械制造、轨道交通、汽车、隧道掘进等众多领域。冲滑磨损容易引起材料剪切变形、剥落甚至开裂,是许多工况中零部件快速失效的直接原因,严重影响设备的运行安全和服役寿命。然而,由于冲击和滑动两种运动的耦合作用,冲滑磨损的运动形式复杂、试验参数控制困难。目前,国内外针对冲滑复合运动导致磨损的研究相对较少,尚未对材料冲滑磨损机理形成统一认识,尤其缺乏对不同材料表面特性配副的冲滑磨损机理研究。因此,开展不同表面特性材料的冲滑磨损行为和机理研究,不仅具有重要的科学意义,在工程上也有较大的应用价值和指导意义。本文对高速铁路接触网钩环零部件的冲滑磨损进行了细致的失效分析;基于自主研制的新型冲滑复合磨损试验装置,对几种不同材料表面特性配副进行了系统的冲滑磨损试验研究;揭示了铝合金/铝合金、铝合金/LSP铝合金、陶瓷/硬质合金、陶瓷/PVD涂层硬质合金等配副的冲滑磨损损伤行为和机理;在不同材料配副冲滑磨损机理研究的基础上,提出冲滑损伤防护准则。研究的主要工作和获得的主要结论如下:1.高速铁路接触网钩环零部件的失效分析(1)钩环结构在连接处存在严重的应力集中,导致连接处材料快速形成剥落,并使连接处磨损形式为恶劣的冲滑复合磨损。(2)限位定位装置使用的钩环结构是连接处磨损过早失效的根本原因,建议优化定位器与定位支座的连接结构形式(如销轴连接),改善连接处的应力集中和磨损形式。(3)定位钩和定位支座冲滑磨损的主要损伤形式为剥层和犁削,磨损机制主要为疲劳磨损和磨粒磨损。2.研制可控制摩擦系统结构刚度的新型冲滑复合摩擦磨损试验机基于工程案例失效形式,成功研制了一台可控制摩擦系统结构刚度的新型冲滑复合摩擦磨损试验装置,可实现对材料冲滑复合摩擦磨损过程的试验模拟,其重复性和有效性获得了验证。3.几种不同表面特性材料配副的冲滑磨损机理研究(1)较低硬度的铝合金材料在冲滑磨损条件下损伤严重,其磨痕形成过程中不同阶段对应不同位置的主要损伤形式表现出明显差异性;磨痕的冲击区主要承受冲击载荷,在材料次表面的循环拉压应力作用下,该区域损伤机制主要为严重疲劳磨损的剥层机制;而磨痕的滑动区为变载荷下的切向滑动,材料次表面的剪切应力向接触表面逐步靠近,该区域的主要损伤机制为磨粒磨损的犁削机制。(2)激光冲击强化(LSP)铝合金的冲滑损伤得到明显改善,尤其是磨痕冲击区的损伤明显减轻;LSP铝合金冲滑磨损机制仍表现剥层和犁削为主,但LSP铝合金对剥层损伤的抵抗能力大大增加,这主要是由于LSP后铝合金材料表层晶粒得到明显细化、形成残余压应力以及表层硬度的提高。(3)高硬度的硬质合金材料比铝合金材料的冲滑损伤明显更低;硬质合金材料冲滑磨损的主要损伤集中在冲击区,该区域内观察到片状剥落损伤和黑色的氧化磨屑;磨痕滑动区的损伤十分轻微,该区域呈“抛光效应”;硬质合金材料的冲滑磨损主要损伤机制为疲劳磨损的剥层和一定程度的氧化磨损。(4)PVD硬质涂层的冲滑磨损损伤特征和机理与硬质合金材料相一致,即在磨痕冲击区观察到剥层损伤,而在滑动区表现为“抛光效应”,且损伤轻微;PVD硬质涂层的冲滑损伤与硬质合金材料接近,在冲击区也出现了剥层损伤,PVD硬质涂层处理相对于硬质合金并没有明显改善材料的冲滑磨损性能。WC/C润滑涂层的冲滑损伤比硬质合金以及硬质涂层都要轻得多,润滑涂层显着改善了材料的冲滑磨损性能;润滑涂层对冲滑磨损中冲击和滑动两个阶段的损伤都起到良好的减缓作用,整个磨痕内仅观察到非常轻微的磨损痕迹,损伤机制为磨粒磨损。4.表面特性对材料冲滑性能影响(1)增加材料硬度可减缓冲滑磨损中滑动载荷引起的剪切损伤,有利于改善材料的冲滑磨损性能,但当材料已具有高硬度时,进一步增加材料表面硬度的高硬度涂层不能继续有效的增强材料冲滑磨损耐磨性。(2)材料表层晶粒细化和残余压应力对抵抗冲滑磨损有较好的效果,表面强化技术处理对材料的冲滑磨损性能得到明显改善。(3)润滑涂层能显着改善材料的冲滑磨损性能,对冲滑磨损中的剥层和犁削损伤都有显着的减缓作用,强度和韧性好的润滑材料是良好的耐冲滑磨损材料。(4)要改善材料的冲滑磨损性能,在增加材料硬度的同时,需要通过细化晶粒、增加残余压应力和润滑等方式来改善冲滑磨损引起的剥层损伤。

和锐亮[2](2017)在《发动机推挺摇机构的微动磨损和接触疲劳性能研究》文中进行了进一步梳理推挺摇机构作为发动机配气机构的重要形式之一,通过控制发动机气门的开闭,完成发动机的换气过程,其性能优劣直接影响到发动机的正常运行。然而在推挺摇配气机构运转时,各传动摩擦副之间相互摩擦,导致部件产生磨损,容易导致配气机构失效,从而影响发动机的换气过程。因此,进行推挺摇配气机构传动摩擦副的微动磨损特性研究,对于提高发动机使用性能和服役寿命具有非常重要的理论意义和工程价值。本文以推挺摇配气机构在运动过程中各传动摩擦副为研究对象,在模拟实际工况下系统地研究了挺柱-推杆摩擦副、推杆-摇臂摩擦副、摇臂-靴座摩擦副的微动磨损特性,并结合关键部件-靴座的工作特性,研究了其接触疲劳性能。主要研究内容如下:(1)研究了挺柱-推杆摩擦副在不同条件下的微动磨损特性,结果表明,在干摩擦条件下,随着载荷、频率的增大,挺柱-推杆摩擦副的平均摩擦系数先增大后减小;挺柱材料的磨损量随着载荷、频率的增大而增大;在试验载荷、频率相同的条件下,油润滑时摩擦副间的摩擦系数远远小于干摩擦时的摩擦系数;挺柱材料在油润滑时的磨损量较干摩擦时减小了 98.2%;干摩擦时,摩擦副的磨损机理是轻微磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损的混合式磨损;油润滑时,摩擦副的磨损机理主要是磨粒磨损。(2)研究了在滚压工艺处理前后推杆-摇臂摩擦副微动磨损特性的变化,分析了滚压工艺对摩擦副微动磨损特性的影响,研究发现滚压处理后摩擦副摩擦系数、磨损量显着减少;滚压工艺产生的具有高硬度和残余压应力的致密性硬化层可以显着提高材料的耐磨性能;未处理试样的磨损机理主要是强烈的粘着磨损和疲劳剥落,适当滚压参数处理后的试样的磨损形式主要是轻微的磨粒磨损。(3)研究了在渗碳处理前后摇臂-靴座摩擦副的微动磨损特性变化,分析了渗碳处理提高摩擦副微动磨损特性的强化机理,研究了不同工况下渗碳摩擦副的微动磨损特性和渗碳靴座材料的接触疲劳性能。结果表明靴座材料经渗碳处理后在表层形成了一定厚度的渗碳层,显着提高了靴座的抗磨损性能;基体材料的磨损形式主要为磨粒磨损和疲劳剥落,渗碳处理的靴座只是发生轻微的粘着磨损;随着载荷的增大,摩擦副间的平均摩擦系数逐渐减小,随着摩擦频率的增大,平均摩擦系数先增大后减小;随着载荷的增大、频率的提高,磨损量增加;靴座材料的接触疲劳失效机制以点蚀和层离剥落为主。

傅瑜杭[3](2016)在《基于气门运动数据处理的气门落座特性分析》文中研究指明汽车在大众生活中越来越普及,随之带来尾气排放和石油资源短缺等环保问题,人们越来越关注发动机的性能,希望汽车具有良好动力性和燃油经济性。配气机构作为发动机重要机构之一,其作用是控制着发动机气门开闭,影响着发动机换气效果,掌控发动机气缸的进气和排气。那么,研究气门在汽缸里的运动就显得很重要,所以对气门和座圈运动特性的研究一直是发动机零部件可靠性研究的重点。气门在发动机里运动的本质就是与座圈不断发生碰撞摩擦,气门座圈表面就会产生磨损。如果气门座圈磨损量达到一定程度就会导致气门和座圈运动配合失效,其结果影响到燃料在气缸里的充分燃烧,从而影响了发动机动力输出。本文针对G300柴油机配气机构气门和座圈结构,通过设计了气门落座静态接触刚度试验和模拟气门落座碰撞动态试验,采集到了气门落座的相关的运动特性参数数据,为后续计算提供了计算依据,用基于阿恰德粘着磨损理论的数学模型和雨流法筛选数据的方法计算了气门座圈的磨损量和气门下陷量,选用CAE等有限元分析软件对气门座圈装配模型进行有限元分析,求解计算从而确定气门落座过程中应力集中区域。研究内容包括:(1)基于本文目的,分别从设计的气门座圈接触刚度静态试验、模拟气门落座动态碰撞试验,两个试验中采集到的动态运动数据信号来分析气门落座运动特性。试验内容包括提出设计试验猜想、搭建试验台、编写数据信号采集程序、连接传感器采集信号电路,采集和存储气门运动加速度、位移和气门杆应力信号等。(2)将试验中采集的数据信号进行统计分析,研究气门落座过程中刚度、运动特性以及受力情况。数据结果表明气门落座是随机复杂的,气门运动特性变化非线性,气门杆受到弯矩的作用,气门在空间里其他方向也有运动的趋势,表明气门不是正落座,气门与座圈接触力大小情况随时间变化,并且与气门落座速度有关。(3)理解气门座圈磨损机理和阿恰德粘着磨损理论模型,利用雨流法筛选数据的原理对磨损功率数据进行筛选,用改进的数学模型计算预测气门座圈的磨损量及气门下陷量,得到的结论是两者随着气门落座速度增大而变大,如果要控制气门座圈磨损量,必须控制气门一定的落座速度。(4)文中采用HyperMesh对建立的气门座圈三维模型进行有限元前处理,接着用ANSYSWorkbench计算求解气门座圈在机械载荷、热载荷以及热机耦合下接触的应力应变集中情况,从而用软件分析评价得到气门与座圈接触时疲劳损坏情况。

二、Engine valve and seat insert wear study with a simulator(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、Engine valve and seat insert wear study with a simulator(论文提纲范文)

(1)几种典型材料表面特性配副的冲滑磨损机理研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 冲滑复合磨损定义
    1.3 冲滑磨损的特性分析
    1.4 冲滑磨损的工程实例
        1.4.1 轴承保持架
        1.4.2 发动机气门-门座
        1.4.3 掘进机刀具
    1.5 冲滑复合磨损研究背景和现状
        1.5.1 冲滑设备的发展
        1.5.2 冲滑复合磨损研究现状
        1.5.3 冲滑复合磨损防护研究现状
    1.6 本文的选题意义和研究内容
        1.6.1 本文选题的意义
        1.6.2 本文的研究内容
第2章 典型冲滑复合磨损工程失效分析
    2.1 引言
    2.2 限位定位装置失效分析方案
    2.3 失效零件的材料及服役工况
    2.4 宏观分析
        2.4.1 宏观观察
        2.4.2 样品截取
        2.4.3 显微硬度分析
        2.4.4 二维轮廓分析
    2.5 微观分析
        2.5.1 定位钩微观分析
        2.5.2 定位支座微观分析
    2.6 有限元分析
    2.7 综合分析及讨论
    2.8 本章小结
第3章 研究方法和试验材料
    3.1 冲滑磨损试验装置
        3.1.1 试验机设计总体方案
        3.1.2 试验机的结构
        3.1.3 冲滑磨损的实现
        3.1.4 驱动控制和数据采集分析系统
    3.2 试验材料
        3.2.1 铝合金/铝合金冲滑磨损试验材料
        3.2.2 铝合金/LSP铝合金冲滑磨损试验材料
        3.2.3 陶瓷/硬质合金冲滑磨损试验材料
        3.2.4 陶瓷/PVD涂层硬质合金冲滑磨损试验材料
    3.3 试验参数
        3.3.1 铝合金/铝合金摩擦副试验参数
        3.3.2 铝合金/LSP铝合金摩擦副试验参数
        3.3.3 陶瓷球/硬质合金摩擦副试验参数
        3.3.4 陶瓷球/PVD涂层硬质合金摩擦副试验参数
    3.4 冲滑磨损损伤分析方法
        3.4.1 表面形貌分析
        3.4.2 三维轮廓分析
        3.4.3 化学成分分析
    3.5 本章小节
第4章 铝合金/铝合金冲滑磨损机理研究
    4.1 引言
    4.2 铝合金/铝合金冲滑磨损载荷响应
        4.2.1 单次冲滑磨损载荷响应
        4.2.2 不同循环次数冲滑磨损载荷响应
        4.2.3 冲滑磨损载荷演变
    4.3 铝合金/铝合金冲滑磨损损伤特性
        4.3.1 低结构刚度下的冲滑损伤特性
        4.3.2 中等结构刚度下的冲滑损伤特性
        4.3.3 高结构刚度下的冲滑损伤特性
    4.4 铝合金/铝合金冲滑磨损机理
    4.5 综合讨论
    4.6 本章小结
第5章 铝合金/LSP铝合金冲滑磨损机理研究
    5.1 引言
    5.2 LSP能量对材料特性影响
        5.2.1 LSP能量对材料力学性能影响
        5.2.2 LSP能量对材料结构影响
    5.3 LSP能量对冲滑磨损影响
        5.3.1 LSP能量对低结构刚度条件下冲滑磨损影响
        5.3.2 LSP能量对中等结构刚度条件下冲滑磨损影响
        5.3.3 LSP能量对高结构刚度条件下冲滑磨损影响
        5.3.4 LSP能量对冲滑磨损影响综合讨论
    5.4 LSP次数对材料特性影响
    5.5 LSP次数对冲滑磨损影响
        5.5.1 LSP次数对低结构刚度条件下冲滑磨损影响
        5.5.2 LSP次数对高结构刚度条件下冲滑磨损影响
        5.5.3 LSP次数对冲滑磨损影响综合讨论
    5.6 本章小结
第6章 陶瓷/硬质合金冲滑磨损机理研究
    6.1 引言
    6.2 硬质合金材料表面特性
        6.2.1 材料表面形貌
        6.2.2 材料表面成份
        6.2.3 材料表面化学状态
    6.3 硬质合金冲滑损伤行为
        6.3.1 磨痕宏观特征
        6.3.2 磨痕轮廓特征
        6.3.3 磨痕微观特征
    6.4 硬质合金冲滑摩擦化学行为
        6.4.1 硬质合金磨痕成分分析
        6.4.2 硬质合金磨痕化学状态
    6.5 硬质合金冲滑损伤演变
        6.5.1 循环次数对磨痕宏观特征影响
        6.5.2 循环次数对磨痕轮廓影响
        6.5.3 循环次数对磨痕微观形貌影响
        6.5.4 循环次数对磨痕化学状态影响
    6.6 本章小结
第7章 陶瓷/PVD涂层冲滑磨损机理研究
    7.1 引言
    7.2 CrN硬质涂层冲滑磨损机理
        7.2.1 CrN涂层冲滑损伤特性
        7.2.2 CrN涂层冲滑磨损摩擦化学行为
    7.3 WC/C固体润滑涂层冲滑磨损机理
        7.3.1 WC/C涂层冲滑损伤特性
        7.3.2 WC/C涂层冲滑磨损摩擦化学行为
    7.4 两种PVD涂层类型冲滑磨损对比
    7.5 涂层成分对PVD涂层冲滑磨损影响
        7.5.1 Al CrN涂层和CrN涂层冲滑磨损对比研究
        7.5.2 富Al元素的Cr基和Ti基氮化物涂层冲滑特性对比
    7.6 本章小结
第8章 综合讨论
    8.1 冲滑磨损概览
    8.2 表面特性对冲滑影响讨论
        8.2.1 材料硬度对冲滑磨损影响
        8.2.2 表面强化对冲滑磨损影响
        8.2.3 表面涂层对冲滑磨损影响
    8.3 冲滑磨损损伤防护准则
    8.4 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及科研成果

(2)发动机推挺摇机构的微动磨损和接触疲劳性能研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 推挺摇配气机构
    1.3 摩擦及磨损基本理论
        1.3.1 摩擦
        1.3.2 磨损及其分类
    1.4 配气机构摩擦磨损研究现状
        1.4.1 配气机构摩擦磨损试验研究
        1.4.2 配气机构强化工艺研究
    1.5 本文主要研究内容
    1.6 课题来源
第二章 挺柱-推杆摩擦副的微动磨损特性试验研究
    2.1 试验设备与试样制备
        2.1.1 试验设备
        2.1.2 试验材料选择与制备
    2.2 试验方法
    2.3 试验结果与讨论
        2.3.1 冷激铸铁微观组织分析
        2.3.2 不同工况下的微动磨损特性
        2.3.3 不同润滑条件下的微动磨损特性
    2.4 本章小结
第三章 推杆-摇臂摩擦副的微动磨损特性试验研究
    3.1 试验材料
    3.2 试验方法
        3.2.1 滚压技术方案
        3.2.2 微动磨损试验方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 试样的表面性能
        3.3.2 摩擦磨损性能
        3.3.3 磨损机理分析
    3.4 本章小结
第四章 摇臂-靴座摩擦副的微动磨损特性试验研究
    4.1 渗碳摩擦副微动特性研究
        4.1.1 试验材料选择与制备
        4.1.2 微动磨损试验方法
        4.1.3 试样的微观组织分析
        4.1.4 显微硬度分布
        4.1.5 微动摩擦磨损性能
        4.1.6 磨损机理分析
    4.2 不同工况下的微动磨损特性研究
        4.2.1 试验方法
        4.2.2 摩擦性能
        4.2.3 磨损性能
        4.2.4 磨损机理分析
    4.3 本章小结
第五章 靴座材料的接触疲劳特性试验研究
    5.1 试验设备与试验方法
    5.2 接触应力的计算方法
    5.3 Weibull统计方法
    5.4 结果与讨论
        5.4.1 Weibull统计分析
        5.4.2 接触疲劳磨损机理分析
    5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

(3)基于气门运动数据处理的气门落座特性分析(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 国内外研究现状和发展趋势
        1.2.1 国内研究现状和发展趋势
        1.2.2 国外研究现状和发展趋势
    1.3 本文研究的主要内容和方法
        1.3.1 研究的主要方法
        1.3.2 研究的主要内容
第二章 配气机构试验
    2.1 气门座圈静态接触刚度试验
        2.1.1 试验装置参数
        2.1.2 试验结果
    2.2 模拟气门落座碰撞试验
        2.2.1 配气机构试验主要传感器和采集系统
        2.2.2 气门加速度测量
        2.2.3 气门位移测量
        2.2.4 气门杆应力测量
    2.3 数据采集
        2.3.1 气门加速度数据
        2.3.2 气门位移数据
        2.3.3 气门速度数据
        2.3.4 气门杆应力数据
    2.4 本章小结
第三章 气门落座接触力计算分析
    3.1 气门落座接触力简介
    3.2 气门落座过程分析
        3.2.1 气门落座速度曲线
        3.2.2 气门盘接触力分析
    3.3 雨流法数据筛选
        3.3.1 雨流法计数法
        3.3.2 雨流计数原则
        3.3.3 雨流法筛选结果
        3.3.4 计算结果分析
    3.4 本章小结
第四章 气门磨损阿恰德模型计算气门下陷量
    4.1 气门座圈磨损和阿恰德磨损模型简介
        4.1.1 气门座圈磨损机理简介
        4.1.2 气门磨损模型简介
    4.2 气门座圈磨损量计算模型简介
        4.2.1 气门座圈磨损量计算模型理论
        4.2.2 气门座圈磨损量模型计算推导
    4.3 气门座圈磨损量计算
        4.3.1 金属磨损简介
        4.3.2 磨损量计算理论
        4.3.3 气门下陷量计算结果
    4.4 本章小结
第五章 气门落座碰撞有限元计算分析
    5.1 有限元分析简介
    5.2 Hyper Mesh和ANSYS Workbench基本简介
        5.2.1 Hyper Mesh简介
        5.2.2 ANSYS Workbench简介
    5.3 气门-气门座圈有限元模型建立
    5.4 气门-气门座圈瞬态动力学分析
        5.4.1 瞬态动力学分析简介
        5.4.2 气门瞬态动力学分析步骤
        5.4.3 气门座圈瞬态动力学分析结果
    5.5 气门座圈瞬态热分析
        5.5.1 瞬态热分析简介
        5.5.2 气门座圈瞬态热分析概述
        5.5.3 气门座圈瞬态热分析步骤
        5.5.4 气门座圈热机耦合结果
    5.6 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录

四、Engine valve and seat insert wear study with a simulator(论文参考文献)

  • [1]几种典型材料表面特性配副的冲滑磨损机理研究[D]. 谭德强. 西南交通大学, 2018
  • [2]发动机推挺摇机构的微动磨损和接触疲劳性能研究[D]. 和锐亮. 华南理工大学, 2017(07)
  • [3]基于气门运动数据处理的气门落座特性分析[D]. 傅瑜杭. 杭州电子科技大学, 2016(04)

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使用模拟器进行发动机气门和阀座磨损研究
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