滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)滑片-滑槽運(yùn)動(dòng)副混合潤滑摩擦特性的研究.pdf

1、壓縮機(jī)摩擦特性的研究對(duì)于提升壓縮機(jī)的機(jī)械效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)的滑片-滑槽運(yùn)動(dòng)副為研究對(duì)象，通過數(shù)值仿真分析和實(shí)驗(yàn)方法，分析其摩擦特性的行為表現(xiàn)，尤其是潤滑狀態(tài)及二階運(yùn)動(dòng)對(duì)該運(yùn)動(dòng)副摩擦特性的影響機(jī)理，在此基礎(chǔ)上建立了基于二階運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型以及混合潤滑模型;對(duì)模型進(jìn)行了耦合數(shù)值求解，并在二階運(yùn)動(dòng)對(duì)潤滑狀態(tài)及摩擦特性的影響機(jī)理的基礎(chǔ)上，分析了不同槽配間隙、活塞轉(zhuǎn)速、表面粗糙度、排氣壓力、潤滑油溫度及粘度等多種因素對(duì)該

2、運(yùn)動(dòng)副摩擦特性的影響;通過二階運(yùn)動(dòng)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)、基于浮動(dòng)滑槽的摩擦力測(cè)量實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了上述模型的正確性。
　　本文的研究工作主要有以下幾個(gè)方面:
　　(1)在分析滑片的運(yùn)動(dòng)行為和受力規(guī)律的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)的吸氣腔和壓縮腔以及滑片背壓腔的氣體壓強(qiáng)極不均衡，且由于安裝及運(yùn)動(dòng)的需要滑片和滑槽間必定存在間隙與潤滑，因此，滑片必定存在橫向二階運(yùn)動(dòng)且其對(duì)摩擦特性的影響不容忽視，從而建立了基于滑片二階運(yùn)動(dòng)的滑片-滑槽動(dòng)力學(xué)模型，籍此來

3、對(duì)滑片兩側(cè)所受到的摩擦力進(jìn)行了耦合分析。
　　(2)由于滑片的二階運(yùn)動(dòng)的客觀存在以及滑片兩側(cè)面確實(shí)存在油的潤滑，因此在壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中滑片-滑槽的間隙會(huì)發(fā)生周期性的非常復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化，其潤滑狀態(tài)也隨之在邊界潤滑、混合潤滑和完全流體潤滑之間發(fā)生變化和轉(zhuǎn)換，也因此會(huì)影響到滑片-滑槽的潤滑性能和摩擦特性。在上述的二階運(yùn)動(dòng)對(duì)潤滑狀態(tài)及摩擦特性的影響機(jī)理的基礎(chǔ)上，建立了滑片-滑槽混合潤滑模型，該模型以平均雷諾方程和粗糙表面微凸體接觸模型為基

4、礎(chǔ)，描述了油膜承載能力、厚度及其變化等對(duì)摩擦特性的影響。
　　(3)采用有限差分法和Broyden迭代法對(duì)基于二階運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型和混合潤滑模型進(jìn)行了耦合數(shù)值仿真求解;針對(duì)標(biāo)況下摩擦特性，分析了二階運(yùn)動(dòng)、潤滑狀態(tài)和摩擦特性的規(guī)律以及二階運(yùn)動(dòng)、潤滑狀態(tài)對(duì)摩擦特性的影響;在二階運(yùn)動(dòng)對(duì)潤滑狀態(tài)及摩擦特性的影響機(jī)理的基礎(chǔ)上，分析了不同槽配間隙、活塞轉(zhuǎn)速、表面粗糙度、排氣壓力、潤滑油溫度和粘度等多因素對(duì)滑片的的影響。結(jié)果表明:槽配間隙、活塞

5、轉(zhuǎn)速和排氣壓力等因素對(duì)滑片-滑槽運(yùn)動(dòng)副的平均摩擦功率有較大的影響;在槽配間隙較小時(shí)，隨著槽配間隙越小，滑片-滑槽運(yùn)動(dòng)副平均摩擦功率近乎呈指數(shù)增大;隨著活塞轉(zhuǎn)速的增大，滑片-滑槽運(yùn)動(dòng)副平均摩擦功率近乎線性的大幅度增大;隨著排氣壓力的增大，滑片-滑槽運(yùn)動(dòng)副平均摩擦功率近乎線性的較大幅度增大。
　　(4)自主設(shè)計(jì)并加工了基于浮動(dòng)滑槽的滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)滑片-滑槽摩擦力測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，通過高速攝影動(dòng)態(tài)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到了在周期性運(yùn)轉(zhuǎn)中滑片-滑槽的間

6、隙的動(dòng)態(tài)變化過程，實(shí)驗(yàn)證明滑片二階運(yùn)動(dòng)的確存在且運(yùn)動(dòng)規(guī)律與仿真結(jié)果相符;通過滑片兩側(cè)摩擦力動(dòng)態(tài)測(cè)量實(shí)驗(yàn)，獲得了在周期性運(yùn)轉(zhuǎn)中滑片兩側(cè)摩擦力變化曲線，該曲線與同工況的仿真曲線基本一致，驗(yàn)證了本文建立的滑片動(dòng)力學(xué)模型和混合潤滑模型的正確性，同時(shí)指出了在滑片縮回過程中由于潤滑不充分引起的摩擦力會(huì)突然增大，并由此容易造成摩擦功耗損失和機(jī)件磨損;實(shí)驗(yàn)同時(shí)發(fā)現(xiàn)在低轉(zhuǎn)速區(qū)間上轉(zhuǎn)速對(duì)摩擦特性的影響較大，活塞轉(zhuǎn)速越大，滑片-滑槽運(yùn)動(dòng)副平均摩擦功率也越大。