滾動活塞壓縮機滑片-滑槽運動副混合潤滑摩擦特性的研究.pdf

1、壓縮機摩擦特性的研究對于提升壓縮機的機械效率具有重要的現(xiàn)實意義。本文以滾動活塞壓縮機的滑片-滑槽運動副為研究對象，通過數(shù)值仿真分析和實驗方法，分析其摩擦特性的行為表現(xiàn)，尤其是潤滑狀態(tài)及二階運動對該運動副摩擦特性的影響機理，在此基礎(chǔ)上建立了基于二階運動的動力學(xué)模型以及混合潤滑模型;對模型進行了耦合數(shù)值求解，并在二階運動對潤滑狀態(tài)及摩擦特性的影響機理的基礎(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該

2、運動副摩擦特性的影響;通過二階運動觀測實驗、基于浮動滑槽的摩擦力測量實驗，驗證了上述模型的正確性。
　　本文的研究工作主要有以下幾個方面:
　　(1)在分析滑片的運動行為和受力規(guī)律的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)滾動活塞壓縮機的吸氣腔和壓縮腔以及滑片背壓腔的氣體壓強極不均衡，且由于安裝及運動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動且其對摩擦特性的影響不容忽視，從而建立了基于滑片二階運動的滑片-滑槽動力學(xué)模型，籍此來

3、對滑片兩側(cè)所受到的摩擦力進行了耦合分析。
　　(2)由于滑片的二階運動的客觀存在以及滑片兩側(cè)面確實存在油的潤滑，因此在壓縮機運轉(zhuǎn)過程中滑片-滑槽的間隙會發(fā)生周期性的非常復(fù)雜的動態(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，也因此會影響到滑片-滑槽的潤滑性能和摩擦特性。在上述的二階運動對潤滑狀態(tài)及摩擦特性的影響機理的基礎(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、厚度及其變化等對摩擦特性的影響。
　　(3)采用有限差分法和Broyden迭代法對基于二階運動的動力學(xué)模型和混合潤滑模型進行了耦合數(shù)值仿真求解;針對標況下摩擦特性，分析了二階運動、潤滑狀態(tài)和摩擦特性的規(guī)律以及二階運動、潤滑狀態(tài)對摩擦特性的影響;在二階運動對潤滑狀態(tài)及摩擦特性的影響機理的基礎(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滑片-滑槽運動副的平均摩擦功率有較大的影響;在槽配間隙較小時，隨著槽配間隙越小，滑片-滑槽運動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-滑槽運動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-滑槽運動副平均摩擦功率近乎線性的較大幅度增大。
　　(4)自主設(shè)計并加工了基于浮動滑槽的滾動活塞壓縮機滑片-滑槽摩擦力測量實驗裝置，通過高速攝影動態(tài)觀測實驗觀測到了在周期性運轉(zhuǎn)中滑片-滑槽的間

6、隙的動態(tài)變化過程，實驗證明滑片二階運動的確存在且運動規(guī)律與仿真結(jié)果相符;通過滑片兩側(cè)摩擦力動態(tài)測量實驗，獲得了在周期性運轉(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，驗證了本文建立的滑片動力學(xué)模型和混合潤滑模型的正確性，同時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突然增大，并由此容易造成摩擦功耗損失和機件磨損;實驗同時發(fā)現(xiàn)在低轉(zhuǎn)速區(qū)間上轉(zhuǎn)速對摩擦特性的影響較大，活塞轉(zhuǎn)速越大，滑片-滑槽運動副平均摩擦功率也越大。