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时间:2020-03-27
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1、气缸-活塞运动副动特性分析林金国,曾小林、童小川,寿旭日,李家乐(中船重工第七〇四研究所,上海200031)摘要:某机械设备中气缸—活塞之间相对运动速度高、载荷大,为了减少运动副间的摩擦磨损,气缸-活塞需建立一定的润滑油膜。本文通过对气缸-活塞的润滑承载特性建模和数值分析,研究了气缸-活塞润滑油膜压力、厚度的分布特性,发现了活塞右侧油膜无法建立,并通过优化分析,设计了活塞右侧的导角长度,为气缸-活塞运动副的动特性设计提供了有力支撑。关键词:气缸-活塞,动特性,数量级,润滑承载,油膜中图分类号:TK24
2、3.3文献标志码:ADOI:10.16443/j.cnki.31-1420.2015.01.015DynamicAnalysisforaKinematicCylinder-pistonPairLINJin-guo,ZENGxiao-lin,TONGXiao-chuan,SHOUXu-ri,LIJia-le(ShanghaiMarineEquipmentResearchInstitute,Shanghai200031,China)Abstract:Therelativevelocityandbearin
3、gloadofacylinder-pistoninsomemechanicalequipmentisverybig.Inordertodecreasethefricationandabrasionofthekinematicpair,thelubricationoilfilmmustbebuildup.Inthispaper,themodelandanalysisforthecharacterofthelubricationandload-bearingofthecylinder-pistonisfi
4、nished,thusthepressureandthicknessoftheoilfilmisfiguredout,andtheoilfilmoftherightpistoncan’tbesetupisfound.Onthisbase,theguidelengthoftherightpistonisdesigned,whichwillaffordstronglysupporttothedynamicdesignforthecylinder-piston.Keywords:Cylinder-pisto
5、n;Dynamiccharacter;orderofmagnitude,LubricationandLoad-bearing,Oilfilm0引言油膜润滑承载特性研究涉及的轴承旋转润滑、活某机械设备中气缸-活塞之间相对运动速度高、载塞往复运动油膜承载润滑等周期性的相对运动,多数荷大,为了减少运动副间的摩擦磨损,气缸-活塞需建情况下润滑涉及的区域较小,实验研究中的压力布点[1][2][3][4]立一定的润滑油膜。在润滑油选定的情况下,气缸-活以及仿真计算中的网格处理均较易实现。本文塞之间的润滑油膜能否建
6、立,对气缸-活塞之间的润滑针对研究的气缸-活塞往复运动模型,活塞在气缸内做承载性能至关重要。因此,需分析气缸-活塞间润滑油往复运动,运动行程近50m,气缸内径达0.3m,活塞膜的压力场和厚度分布情况,并对局部油膜无法建立长约2m,若进行实验研究,则需要大量的压力布点数的区域进行优化分析,使润滑承载特性满足要求。以确定油膜压力分布特征,且进行压力布点时可能会作者简介:林金国(1979-),男,硕士,高级工程师。研究方向:机械设计。2015/1机电设备54AcademicResearch技术交流破坏原有机
7、械结构;而采用仿真计算研究时,需要根式中,v为平均流速;RAx=/为水力半径;A据整个气缸-活塞结构受力及运动的不断变化而不断地为过流面积;x为湿周,即油液与气缸横截面的实际接改变网格形状,而商用软件即使有处理动网格的功能触长度。活塞右侧是润滑承载的主导部位,因此以右也都是人为预先指定网格的变化规律,不适用于处理侧的雷诺数进行判断。气缸-活塞间的流动按圆环缝隙本问题,且商用软件基本是采用时间推进的通用算法的剪切流动考虑,则缝隙平均流速为10.5m/s,雷诺数求解流场,计算效率低收敛缓慢,因而考虑放弃商
8、用估算值为82.8,小于1000(圆环缝隙临界雷诺数软件,使用自编程序的仿真计算方法进行气缸-活塞间Re=1000),因此,可确定气缸-活塞间的润滑流动为层润滑油膜承载特性研究。流流动。2.3气缸-活塞流体润滑控制方程1气缸-活塞计算物理模型气缸-活塞流体润滑控制方程为不可压缩流体N-S[4]活塞重约2t,长约2m,外径0.297m,其左侧设置方程,具体如下:∂V∂V∂V有三道活塞环,右侧设计了一个长40mm的45×1导角,x+y+=z0(2)∂∂∂xy
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