Разработка методики расчета согласованных температурных полей деталей цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания
Диссертация
Говоря о двигателях нового поколения, в частности об автомобильных дизелях, имеют в виду конструкции, которые позволяют энергоустановке автомобиля выполнить требования по экономичности, экологии, надежности в эксплуатации и удобству обслуживания при реализации достижений технического прогресса на рассматриваемый период времени. Так как принимаемые на международном уровне соответствующие нормы… Читать ещё >
Содержание
- Используемые обозначения
- ВВЕДЕНИЕ
- 1. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В СОПРЯЖЕНИИ ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРО — ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ
- 1. 1. Существующие математические модели определения температурных полей элементов цилиндро — поршневой группы
- 1. 2. Анализ работ, посвященных исследованиям теплопередачи в уплотнительном поясе поршня
- 1. 3. Цель диссертационной работы и задачи исследования
- 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛООБМЕНА В ОБЛАСТИ УПЛОТНИТЕЛЬНОГО ПОЯСА ПОРШНЯ
- 2. 1. Условия теплообмена в уплотнительном поясе поршня
- 2. 1. 1. Постановка задачи
- 2. 1. 2. Определение давлений в заколечных объемах
- 2. 1. 3. Определение толщины масляной пленки на рабочей поверхности поршневого кольца
- 2. 1. 4. Определение граничных условий теплообмена в зоне уплотнительного пояса поршня
- 2. 2. Разработка математической модели теплообмена в сопряжении поршень — поршневые кольца — цилиндр
- 2. 1. Условия теплообмена в уплотнительном поясе поршня
- 3. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА СОГЛАСОВАННЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПОРШНЯ И ГИЛЬЗЫ
- 3. 1. Создание конечно-элементных моделей (КЭМ) деталей
- 3. 2. Расчет рабочего процесса, определение граничных условий теплообмена со стороны рабочего тела
- 3. 3. Предварительная оценка граничных условий для первоначального расчета температурного поля поршня без учета тепловыделения при трении
- 3. 4. Предварительный расчет теплового поля поршня
- 3. 5. Расчет толщины масляного слоя между рабочими поверхностями колец и гильзы, определение коэффициентов теплоотдачи
- 3. 6. Уточнение граничных условий по гильзе
- 3. 7. Расчет ТНДС гильзы
- 3. 8. Уточнение толщины масляного слоя
- 3. 9. Уточнение граничных условий по поршню
- 3. 10. Расчет ТНДС поршня
- 3. 11. Сравнение расчетных температур
- 3. 12. Определение ГУ с учетом тепловыделения при трении
- 3. 13. Расчет ТНДС гильзы с учетом тепловыделения при трении
- 3. 14. Определение толщины и коэффициентов теплоотдачи масляного слоя
- 3. 15. Определение ГУ для расчета ТНДС поршня с учетом теплоты трения
- 3. 16. Расчет теплового состояния поршня
- 3. 17. Сравнение результирующих температур и вывод результатов
- 4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ, ДАННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
- 4. 1. Результаты расчета параметров теплообмена в зоне поршневых колец
- 4. 2. Сравнительная оценка результатов расчетных и экспериментальных исследований температурного состояния деталей ЦПГ
Список литературы
- Аникин С.А. Повышение энергоэкономических показателей четырехтактного дизеля на основе математического моделирования работы и совершенствования конструкции деталей поршневой группы: Дисс.канд. техн. наук. Тверь, 1997. — 166с.
- A.c. 1 437 712 СССР, МКИ 3 G 01 M 13/00. Устройство для измерения силы трения в цилиндро поршневой группе двигателя внутреннего сгорания /C.B. Путинцев, Ю.С. Песоцкий- № 4 206 087/25−06- Заявл. 12.01.87- // Открытия, изобретения,.- 1988.-№ 42.
- Некоторые особенности работы компрессионных колец быстроходных автомобильных дизелей / В. В. Большаков, В. Н. Красников, A.JI. Новенников и др. // Сб. межвузовских научных трудов ДВС. Ярославль, 1975. — С.3−11.
- Бурштейн JIM. Расчет толщины масляного слоя на стенке цилиндра // Машиноведение. 1981. — № 4. — С.97−103.
- Бурштейн JIM., Кобяков С. В. Основы расчетов смазки и трения поршневого кольца // Двигателестроение. 1985. — № 3. — С.6−10.
- Бурштейн JI.M. Трение и смазывание пары поршневое кольцо-цилиндр ДВС. Проблемы и перспективы // Автомобильная промышленность. 1987. — № 4. -С.6−8.
- Бурштейн JIM., Кобяков C.B. Исследование процессов смазывания и трения поршневых колец ДВС // Двигателестроение. 1990. — № 11. — С.56−59.
- Бурштейн JI.M., Кобяков C.B. Исследование процессов смазывания и трения поршневых колец ДВС. Смазывающее действие поршневых колец //Двигателестроение. 1990. — № 12. — С.42−45.
- Бурштейн Л. М., Кобяков С. В. Исследование процессов смазывания и трения поршневых колец ДВС // Двигателестроение. 1991. — № 1. — С.52−55.
- Гинцбург Б. Я. Тепловая напряженность поршней двигателей внутреннего сгорания // Тр. НИЛД. -1958. № 6. — 135с.
- Гинцбург Б.Я. Теория поршневого кольца // М.: Машиностроение, 1979. 268с.
- Глазков В.А. Влияние параметров кольцевого лабиринта поршня на его эффективность // Двигателестроение. 1981. — № 9. — С. 13−17.
- Гоц А.Н., Путинцев C.B., Аникин С. А. Условия смазки и трения деталей ЦПГ ДВС // Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС. Владимир, 1999. — С.164−166.
- Григорьев М.А., Желтяков В. Т., Федоров С. Н. ЦПГ для высокофорсированных дизелей ЯМЗ // Автомобильная промышленность. 1997. — № 12. — С.10−13.
- Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность / Под ред. A.C. Орлина и М. Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1984. — 383с.
- Дорохов А.Ф. Уменьшение потерь мощности на преодоление сил трения в цилиндропоршневой группе ДВС // Двигателестроение. 1999. — № 3. — С.18−21.
- Дорохов А.Ф. Применение термодинамики явлений теплопереноса к исследованию процессов распределения теплоты в двигателе внутреннего сгорания // Проблемы машиностроения и надежности машин. -1999. № 4. — С.97−100.
- Егурнов Н.В., Симдянкин A.A. Математическое моделирование приспособляемости поршневых колец к стенке гильзы ДВС // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2000. — № 2. — С.114−119.
- Заренбин В.Г. Теория и тепловые расчеты на заедание в деталях цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания: Дисс.. докт. техн. наук. -Москва, 1995. 423с.
- Чайнов Н.Д., Майоров A.B. Исследование теплообмена в сопряжении поршень -кольца цилиндр // Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе: 3-ая Международная научно — техническая конференция. — М., 1999. -С.142−146.-138
- Костин А.К., Ларионов В. В., Михайлов Л. И. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания. Л.: Машиностроение, 1979. — 222с.
- Костров A.B., Смирнов C.B., Макаров А. Р. Математическое моделирование движения поршня в цилиндре в слое смазочного материала с учетом деформации юбки // Двигателестроение. 1990. — № 1. — С.7−9.
- Костров A.B., Яров B.C. Определение температурного поля днища поршня методом конечных интегральных преобразований // Автомобильная промышленность. 1972. — № 6. — С. 1−3.
- Краснокутский А.Н., Кожевников A.B. Тепловая напряженность поршней быстроходных дизелей //Вестник МГТУ. Машиностроение, 1996. -№ 1. -С.3−13.
- Левкин Г. М. Выбор формы боковой поверхности верхних поршневых колец дизелей // Двигателестроение. 1981. — № 4. — С.57−59.
- Ли К.Г., Генка П. К. Упругогидродинамическая смазка юбки поршня // Проблемы трения. 1988. — № 1. — С.125 — 132.
- Лощаков П. А. Конструктивные мероприятия по снижению температуры в зоне первого поршневого кольца дизелей ЯМЗ // Двигателестроение. 1990. — № 1. -С.16−17.
- Лощаков П. А. Результаты расчетно экспериментальных исследований температурного состояния гильзы цилиндра двигателя 84 13/14 // Двигателестроение. -1991. -№ 1.-С.49−51.
- Лощаков П. А. Влияние зазора в сопряжении жаровой пояс поршня цилиндр на температурное состояние поршней быстроходных дизелей: Дисс.. канд. техн. наук. — Ярославль, 1993. — 145с.
- Лощаков П.А. Поршни повышенной надежности для дизелей ЯМЗ // Автомобильная промышленность. 1996. — № 10. — С.10−12.- 139
- Лощаков П.А. Дизели ЯМЗ. Форсирование и обеспечение оптимальных условий работы моторного масла // Автомобильная промышленность. 1996. — № 2. -С.8−10.
- Мохнаткин Э. М. Расчетная оценка толщины масляной пленки, формируемой поршневым кольцом // Двигателестроение. 1980. — № 10. — С. 16−19.
- Мохнаткин Э.М., Усов П. П. Гидродинамическая смазка деформированного поршневого кольца // Трение и износ. 1980. — Т.1. — С.1000 -1010.
- Мохнаткин Э.М. Гидродинамическая смазка поршневых колец с различной формой рабочей поверхности // Трение и износ. 1985. — Т. 6., № 5. — С.859−865.
- Мохнаткин Э.М. Расчетное определение толщины масляного слоя в районе замкового стыка поршневого кольца// Двигателестроение. 1999. — № 3. — С.21−24.
- Назаров А.Д. Теоретические основы определения оптимальных монтажных зазоров между компрессионным кольцом и дном канавки поршня двигателей // Трение и износ. 1996. — Т.17., № 6. — С.787 — 798.
- Никитин Ю. Н. Повышение технического уровня автомобильных и тракторных двигателей за счет совершенствования условий смазывания деталей шатунно -поршневой группы: Дисс.. докт. техн. наук. Ленинград, 1990. — 226с.
- Никитин Ю.Н., Арустамов Л. Х., Измайлов С. П. Оценка жидкостного трения в сопряжении цилиндр поршневое кольцо — поршень // Двигателестроение. — 1983. — № 7. — С.51−53.
- Никитин Ю.Н., Коротеев C.B., Макаревич П. С. Профиль поршня и смазывание деталей цилиндропоршневой группы // Автомобильная промышленность. 1990. -№ 10. — С.13−14.
- Овсянников М.К., Давыдов Г. А. Тепловая напряженность судовых двигателей. -Л.: Судостроение, 1975. 256с.
- Орлин А. С., Заренбин В. Г. К разработке методики расчета трения поршневого кольца // Известия ВУЗов. Машиностроение. 1979. — № 2. — С.95−100.
- Петриченко P.M. Метод оценки мощности трения в поршневой группе ДВС // Двигателестроение. 1979. — № 7. — С.24−25.
- Петриченко P.M., Квасов Е. Е. Формирование эпюры тепловой нагрузки зеркала цилиндра // Двигателестроение. 1981. — № 4. — С.16−18.
- Петриченко P.M. Физические свойства внутрицилиндровых процессов в двигателях внутреннего сгорания. JL: ЛГУ, 1983. — 224с.
- Петриченко P.M., Шабанов А. Ю., Канищев А. Б. Работа кольцевого уплотнения ЦПГ с учетом деформации втулки цилиндра // Двигателестроение. 1986. — № 7. -С.13−15.
- Петриченко P.M., Шабанов А. Ю. Механизм образования смазочного слоя под комплектом поршневых колец // Двигателестроение. -1987. № 4. — С.6−10.
- Петриченко P.M., Петриченко М. Р. Трение и теплопередача в поршневых кольцах двигателей внутреннего сгорания. Д.: ЛГУ, 1990. — 248с.
- Повеликин В.П., Кузьмин H.A. Численные исследования влияния величин коэффициентов теплообмена на тепловое состояние поршня ДВС // Известия ВУЗов. Машиностроение. 1987. — № 6. — С.12−11.
- Путинцев C.B., Чистяков В. К. Расчет триботехнических характеристик и параметров динамики деталей цилиндропоршневой группы ДВС. М.: МГТУ, 1991.-46с.
- Путинцев C.B. Анализ режима трения деталей ЦПГ автомобильного дизеля // Известия ВУЗов. Машиностроение. 1999. — № 2−3. — С.65−68.
- Путинцев C.B. Измерение сил и работы трения в ЦПГ ДВС // Двигателестроение. -1991.-№ 8−9.-0.31−32.
- Путинцев C.B. Развитие расчетного моделирования условий смазки и трения поршневых колец ДВС // Совершенствование тракторных конструкций: Тез. докл. Всесоюзн. науч.- технич. конф. М., 1985. — С.25−26.-141
- Путинцев C.B., Аникин С. А. Расчетная модель и анализ условий смазки и трения поршневого кольца быстроходного транспортного дизеля // Трение и износ. -1988. Т.9, № 4. — С.617−626.
- Рогов Ф.М. Исследование условий гидродинамической смазки поршня автотракторного дизеля: Дисс.. канд. техн. наук. Харьков, 1979. — 220с.
- Розенблит Г. Б. Теплопередача в дизелях. М.: Машиностроение, 1977. — 216с.
- Савельев С.М. Движение масла в зазоре между поршневым кольцом и зеркалом цилиндра при условии гидродинамической смазки // Двигателестроение. 1987. № 3. — С.54−57.
- Савельев С.М. Перемещение масла рабочей поверхностью поршневого кольца // Двигателестроение. 1981. — № 10. — С.10−12.
- Семенов B.C. Режим смазки пары трения поршневое кольцо цилиндровая втулка ДВС // Двигателестроение. -1991. — № 10−11. — С. 19−23.
- Семенов B.C. Теплонапряженность и долговечность цилиндропоршневой группы судовых дизелей. М.:Транспорт, 1977. — 182с.
- Сидоров А.А. Разработка методики физического моделирования теплового состояния поршней транспортных двигателей: Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1988. — 21с.
- Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания: Справочное пособие / Под ред. А. К. Костина. Л.: Машиностроение, 1984. — 126с.
- Дьяченко Н.Х., Дашков С. Н., Костин А. К. Теплообмен в двигателях и тепловая напряженность их деталей. Л.: Машиностроение, 1969. — 248с.
- Теория тепломассообмена / Под ред. А. И. Леонтьева. М.: Высшая школа, 1979. -496с.
- Устинов А. Н. Исследование поршневых колец дизелей. Саратов: Саратовский университет им. Н. Г. Чернышевского, 1974. — 127с.
- Устинов А. Н., Разуваев В. И., Сизов В. М. Расчет теплообмена на боковой поверхности поршня // Энергомашиностроение, 1976. № 7. — С. 16−18.
- Устинов А.Н., Чугунов A.C. Исследование механизма теплопередачи через поршневое кольцо ДВС // Энергомашиностроение, 1975. № 3. С. 13−16.
- Чайнов Н.Д., Заренбин В. Г., Иващенко H.A. Тепломеханическая напряженность деталей двигателей. М.: Машиностроение, 1977. — 152с.
- Особенности взаимодействия и анализ работы сопряжения поршень цилиндр быстроходных дизелей / Н. Д. Чайнов, А. Н. Краснокутский, A.B. Кожевников и др. // Вестник МГТУ. Машиностроение, 1997. -№ 3. — С.22−28.
- Чайнов Н. Д., Краснокутский А. Н., Гальговский В. Р. Математическое моделирование при разработке поршней форсированных автомобильных двигателей нового поколения // Вестник МГТУ. Машиностроение, 1999. С.75−87.
- Чистяков В.К., Песоцкий Ю. С. Характер трения в цилиндропоршневой группе ДВС в условиях вибрации и его влияние на механические потери // Трение и износ. 1985. — Т.6, № 2. — С.359−367.
- Шабров H. Н. Метод конечных элементов в расчетах деталей тепловых двигателей. Л.: Машиностроение, 1983. — 212с.
- Шеховцов А.Ф. Математическое моделирование теплопередачи в быстроходных дизелях.-Харьков: В ища школа, 1978. 153с.
- Шеховцов А.Ф., Третьяк Е. П. Влияние теплового потока трения на термическое сопротивление и тепловое состояние поршневого кольца // Двигатели внутреннего сгорания (Харьков). 1975. — № 22. — С.124−125.
- Измайлов С.П., Коротеев C.B. Экспериментальное исследование режимов трения поршневых колец тракторного дизеля // Повышение эффективности- 143автомобильных и тракторных двигателей: Межвуз. сб. М., 1985. — №. 7. -С.62−67.
- Элементы САПР ДВС / Под ред. P.M. Петриченко. JL: Машиностроение, 1990. -328с.
- Энглиш К. Поршневые кольца, в 2-х т. М.: Машиностроение, 1962. — Т.1. — 584с.
- Burnett P. J, Bull В, Wetton R.J. Characterization of the ring pack lubricant and its environment // Proc. Inst. Mech. Eng. Part J. 1995. — V.209, № 2. — P.109−118.
- Cheng Herbert S, Arai Takayuki. Numeric simulation in piston ring in mixed lubrication a nonaxisymmetrical analysis // Transactions ASME. Journal of Tribology. 1994. — V. l 16, № 3. — P.470−478.
- Furuhama S, Tagiguchi M. Measurement of piston friction force in actual operating diesel engine // SAE Techn. Pap. Ser. 1983. — № 790 855. — 15p.
- Ishaq Rihana, Grunow Frank. Wege zur optienuerung des Reibsystems kolbenring und ringnut // MTZ. 1999. — Bd. 60, № 9. — S.608 — 610.
- Jaskolski J, Budzik G. Using of finite elements method for field temperature in piston // Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС. Владимир, 1999.-С. 118−120.
- Ma М.-Т, Smith Е.Н. Three dimensional analysis of piston ring lubrication. Part 1: modeling // Proc. Inst. Mech. Eng. Part J. 1995. — V.209, № 1. — P. l-14.
- Ma M.-T, Smith E.H. Three dimensional analysis of piston ring lubrication. Part 1: sensitivity analysis // Proc. Inst. Mech. Eng. Part J. 1995. — V.209, № 1. — P.15−27.
- Michail S. K, Barber G.C. Effects of roughness on piston ring lubrication. Part 1: model development // STLE Tribol. Transactions, Society of Tribologist and Lubrication engineers. 1995. — № 38.1.1. — P.14−18.
- Tanaka Hiroyuki, Korematsu Koji. Research of gas flows through piston rings // Res. Repts. Kodakuin Univ. 1997. — № 83. — P. l-5.
- Wakuri Yutaro, Hamatake Toshiro, Soejima Mitsuhiro. Study of the mixed lubrication of piston rings in internal combustion engines // JSME. 1995. — № 61 583. — P.1123 -1128.
- Wakuri Yutaro, Kitahara Tatsumi, Himatake Toshiro. Research of friction losses in piston rings // Trans. JSME. 1996. — V.62, № 599. — P.2811−2817.
- Wakuri Yutaro, Kitahara Tatsumi, Himatake Toshiro. Research of friction losses in piston and piston rings // Journal of Chemistry Society of Japan. 1998. — № 3. — P.676−682.
- Wakuri Yutaro, Soejima Mitsuhiro. Characteristics of piston ring friction (influences of lubricating oil properties) // JSME International Journal. Ser. C. 1995. — V.38, № 3. -P.593−600.
- Woschni G., Klaus В., Zeilinger К. Untersuchung des Warmetransportes zwischen Kolben, Kolbenringen und Zylinderbuchse // MTZ. 1998. — Bd.59, № 9. — S.556−565.
- Woschni G. Experimentelle Untersuchung des Warmeflusses in Kolben und Zylinderbuchse eines schnellaufenden Dieselmotors // MTZ. 1979. — Bd.39, № 12. -S.575 — 579.
- Yang Qingmin, Keith Theo G. Elastohydrodynamic cavitation algorithm for piston ring lubrication // STLE Tribology Transactions. 1995. — V.38.1.1. — P.97−107.
- Меден А.И., Ли Ден Ун, ЭрДман В.Ф. Учет тепловыделения от трения при расчетах температурных полей и тепловых потоков в поршне дизеля // Труды ВНИТИ. 1971. — Вып.36. — С.58−73.
- Hans Н. Priebech, Hubert М. Herbst. Kolbenring parameter simulation // MTZ. Bd.60, № 11. — S.771−779.
- Richard Stanley, Dinu Taraza and Naeim Henein. A simplified friction model of the piston ring assembly // SAE Techn. Pap. Ser. 1999. — № 1999−01−0974. — P. l-16.- 145
- Masaaki Takiguchi, Kei Nakayama, Shoichi Furuhama. Variation of piston ring oil film thickness in an internal combustion engine —comparison between thrust and anti-thrust sides // SAE Techn. Pap. Ser. 1998. — № 980 563. — P. l-9.
- Кавтарадзе P.3. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. М.: МГТУ, 2001.-592с.
- Чайнов Н.Д., Мягков JI.JL, Руссинковский С. Ю. Обобщенная модель анализа теплового и напряженно-деформированного состояния деталей цилиндро-поршневой группы // Авиационно-космическая техника и технология. 2001. -Вып.26. — С.4−8.
- Чернышев Г. Д., Хачиян A.C., Пикус В. И. Рабочий процесс и теплонапряженность автомобильных дизелей. М.: Машиностроение, 1986. -216с.
- Обеспечение качества транспортных двигателей / М. А. Григорьев, В. А. Долоцкий, В. Т. Желтяков и др. М.: ИМК, 1998. — 68 с.
- Цигоев Э.М., Кузнецов В. К., Кротов В. М. Новые силовые агрегаты «ЯМЗ» // Двигателестроение. 2001. — № 2. — С.43−48.
- Попов В.М. Теплообмен в зоне контакта разъемных и неразъемных соединений. -М.гЭнергия, 1971. 217с.
- Математическое моделирование тепловой напряженности цилиндро-поршневой группы автомобильных двигателей. / Н. Д. Чайнов, А. Н. Краснокутский, A.B. Майоров и др. // Третья Российская национальная конференция по теплообмену. М., 2002. — Т.7. — С.294−297.