Совершенствование методов профилирования боковой поверхности поршней двигателей внутреннего сгорания

Abstract

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.03 – двигатели и энергетические установки. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" МОН Украины. – Харьков, 2016. Диссертация посвящена разработке методов профилирования боковой поверхности поршня, основанных на применении математических моделей процессов, происходящих в трибосопряжении "поршень-смазочный слой-цилиндр" ДВС. Выполнен обзор и систематизация существующих подходов к профилированию поршней ДВС. Сформулированы перспективные направления исследований. Разработан новый расчетно-экспериментальный метод определения динамических параметров движения поршня. В основу метода предложено положить математическую модель механических, гидродинамических и тепловых процессов, протекающих в цилиндре. Разработан новый метод профилирования боковой поверхности, который основан на уточнении расчетного напряженно-деформированного состояния поршня за счет учета переменных в цикле силовых и гидродинамических факторов, а также теплового состояния деталей ЦПГ. Форму профиля поршня предложено определять в процессе вычитания (добавления) из серийного холодного профиля суммарных деформаций, установленных по результатам моделирования НДС в фазах максимального давления цикла на режиме максимальной деформации. Для оценки несущей способности смазочного слоя и режима трения в качестве критерия предложено применение модифицированного числа Зоммерфельда и приведенного коэффициента трения. На примере двигателя ВАЗ 11194 расчетным путем показано, что за счет применения разработанного метода профилирования получено снижение механических потерь на трение на 3,36%. Научно обоснованы технические решения, рекомендованные для корректирования профиля поршня двигателя ВАЗ 11194.Thesis for the scientific degree of the Candidate of Technical Sciences by specialty 05.05.03 – engines and power plants. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" of Ministry of Education and Science of Ukraine. – Kharkiv, 2016. The thesis is devoted to the development of methods for profiling side surface of the piston. The review and systematization of the existing approaches to piston profiling are performed. Perspective directions for investigation is formulated. The new computational and experimental method of determining piston's dynamics and the value of mechanical losses depending on the geometric parameters of cylinder and piston assemblies was developed. The method is based on the mathematical model of mechanical, thermal and hydrodynamic processes in cylinder. The new experimental method for piston dynamic research was developed for the engine operation process. The original model of contactless measurement system for small displacements was created and integrated into the engine. The comparison of theoretical calculations and experimental results was performed. The main factors which determine the character of radial and angular displacement of piston in cylinder were determined. The new method of profile design based on the refinement of piston's stress-strain state was developed. The refinement of stress-strain state was performed considering the hydrodynamic forces and moments in lubricating layer. The suggestion to use the modified Sommerfeld number and average coefficient of friction was made to estimate the bearing capacity of lubricating layer and friction mode. The reduction of mechanical friction losses to 3,36% for piston engine VAZ 11194 by developed method of profiling was shown.