气缸-活塞运动副动特性分析.pdf

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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