基于热机耦合柴油机活塞系统敲击噪声与润滑的研究及优化设计

《基于热机耦合柴油机活塞系统敲击噪声与润滑的研究及优化设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查

2、阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要“能源”与“环境”是21世纪车用发动机产业的两大研究主题，其中，发动机的噪声和排放控制已经成为社会普遍关注的挑战性问题之一。发动机工作过程中活塞敲击噪声是主要的机械噪声源之一，活塞环润滑导致的机油消耗以及由此窜入气缸内的机油燃烧对排放有重要影响。因此，本文结合一款国产车用柴油机，通过理论研究、台架试验和虚拟设计等手段，考虑热负荷和机械负荷，对活塞敲击噪声产生机理、活塞环—缸套润滑特性、缸

3、内机油消耗机理、以及活塞及活塞环的优化设计进行了深入细致的研究。在活塞敲击噪声研究和低敲击噪声活塞优化设计方面，首先对活塞进行热机耦合分析，研究活塞在热负荷和机械负荷共同作用下的应力和变形，然后将其代入活塞—连杆—曲柄机构动力学模型，逼近发动机实际工作状态，求解动力学模型得到活塞对缸套的敲击力；建立整机的有限元模型并结合模态试验进行模型修正，计算整机在活塞敲击力下的动力学响应，利用边界元方法分析活塞敲击噪声；最后以降低活塞敲击噪声为目标，以减小活塞对缸套的敲击力为优化途径，利用神经网络对活塞销偏置、裙部中凸点位置和配缸间隙等结构参数进行优化设计；结果

4、显示优化后的活塞敲击力与敲击噪声显著降低；分别进行优化前后整机振动噪声试验，结果表明优化后的气缸处机体表面振动明显降低，这对降低活塞敲击噪声、提高活塞及缸套的使用寿命具有积极意义。在活塞环—缸套润滑特性研究、缸内机油消耗研究和低机油消耗活塞优化设计方面，在流体润滑理论基础上，考虑空穴效应，建立活塞环—缸套的二维润滑控制方程，运用控制体积质量守恒原理求解方程，计算并分析了包括空穴区域在内的润滑油膜压力分布、密度分布和空穴效应对最小油膜厚度和摩擦力的影响；建立基于缸壁蒸发、顶环开口窜油、顶环甩油和活塞顶岸刮油四种模式的缸内机油消耗模型，计算缸内机油消耗量

5、，分析不同运行工况、活塞环闭口间隙和切向弹力对缸内机油消耗的影响规律；以低机油消耗为目标，利用神经网络对活塞环参数进行优化设计；同优化前计算结果相比，优化后的活塞环明显降低了缸内机油消耗量；进行优化前后柴油机机油消耗试验，结果表明优化后的活塞环显著降低了机油消耗量，这对降低柴油机颗粒物排放具有重要作用。关键词：柴油机，热机耦合，敲击噪声，空穴效应，机油消耗，优化设计ABSTRACTEnergyandenvironmentaretwomainresearchsubjectswiththedevelopmentoftheautomotiveenginei

6、ndustryinthe21stcentury,amongwhichenginenoiseandemissionhavebeenachallengingproblemanddrawnuniversalattention.Impactnoisecausedbypistonisoneofthemaincompositionsofmechanicalnoise,whilepistonringsaretheprimarysourceofoilconsumptionandtheentranceofcylinderwhereoilburns.Therefore,

7、thisdissertationstudiedmechanismsofimpactnoiseandoilconsumputionofanewdomesticdieselenginepistonassemblyconsideringthermal-mechanicalcouplingloads,andproposedanoptimizationdesignschemevarifiedbysimulationsandbenchtests.Intheresearchofimpactnoiseandlownoiseoptimizationdesign,cou

8、pledthermal-mechanicalanalysisofpistonassemblywerecarr