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多柔体系统内活塞组-缸套多摩擦副润滑动力学全耦合建模方法及应用研究

摘 要: 近年来国际海事组织对船用发动机的环保性提出了更严格的要求，减振降摩、控制排放是其未来发展趋势。发动机中，活塞组与缸套作用产生的噪声超过整机噪声的50%；产生的摩擦损失也占总摩擦功耗的45%以上，因此研究其润滑动力学特性对控制排放意义重大。现有针对活塞组润滑动力学的研究均将环、裙分别建模，无法考虑环、缸套、活塞在变形、润滑、动力学等行为上的耦合作用，且忽略了对活塞环有着显著影响的环槽变形。基于上述问题，本研究将裙-缸套建立为含间隙的往复润滑关节，在统一的多柔体系统内实现了全耦合建模。通过环组窜气模型，获得多体系统载荷边界；综合考虑微凸体接触、型线、润滑油特性、多柔体动力学行为，建立耦合环-环槽接触特征的三维润滑动力学模型，在空间、时间上分别采用有限元及向后欧拉法求解。分析了环-缸套-裙的耦合规律，对环复杂润滑动力学行为进行表征。结果表明，与单独计算模型相比：耦合建模后裙部侧向力、横向位移幅值最大增加2.06%，4.50%；爆压点处环槽最大变形可达67.30μm，导致最小膜厚下降1.33μm；环磨损不均匀性加剧，开口处循环磨损量最大增加40.50%。本方法为活塞组-缸套的研究带来了新的可能，全耦合建模的方式可使得系统内润滑、载荷等边界连续统一。

关键词: 活塞环、润滑关节、全耦合模型、动态接触、多柔体动力学