TiAl合金發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真與摩擦學(xué)特性研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)的進(jìn)步，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)越來越朝著節(jié)能減排的方向發(fā)展，輕量化設(shè)計(jì)是必然趨勢(shì)。配氣機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要構(gòu)件，工作在高速高溫環(huán)境下對(duì)關(guān)鍵零件凸輪軸磨損嚴(yán)重。急需制備在高溫環(huán)境下具有自潤滑特性的新型材料來解決凸輪軸的磨損失效問題。新型TiAl材料比重輕、強(qiáng)度高，高溫下仍能保證較高強(qiáng)度和剛度，同時(shí)具有良好的抗蠕變和極高的抗氧化性;自潤滑組分的添加使得其在高溫下具有自潤滑作用，能減輕摩擦磨損，是傳統(tǒng)材料的理想替代材料。
　　本文制備新型

2、TiAl合金，通過試驗(yàn)研究了新材料的摩擦學(xué)特性，通過仿真研究了新型TiAl合金作凸輪軸材料配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性，認(rèn)為新材料能夠滿足配氣機(jī)構(gòu)的使用要求，有利于配氣機(jī)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)。
　　本文以Ti44Al2Cr8Nb3V0.5B0.5Al2O3為基體，添加固體潤滑劑BaF2-CaF2(62∶38)共晶體制備了新型TiAl材料。測(cè)得其密度為3.545g/cm3，與凸輪軸傳統(tǒng)材料相比，相同尺寸零件重量減輕50％以上;測(cè)得其洛氏硬度為55

3、HRC，硬度值較高，符合使用要求。對(duì)試件進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)新型TiAl材料摩擦系數(shù)高溫下比室溫下低，新型TiAl材料更適用于高溫工況。摩擦系數(shù)在常溫與高溫下變化趨勢(shì)一致，隨轉(zhuǎn)速、載荷的增加而有所降低，但常溫下這一趨勢(shì)更為明顯;磨損率隨著轉(zhuǎn)速、載荷的增加而增大，但是增大的幅度會(huì)降低，高溫下這一趨勢(shì)更為明顯。這是因?yàn)楣腆w潤滑劑在摩擦過程中逐漸析出，起到減小摩擦作用。對(duì)材料的自潤滑機(jī)理做了分析，高溫下潤滑效果優(yōu)于常溫。對(duì)材料磨損機(jī)理做

4、了探討，發(fā)現(xiàn)摩擦表面的失效形式主要是疲勞點(diǎn)蝕和粘著磨損。
　　以單質(zhì)量模型為例推導(dǎo)了凸輪直接驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)的解析方程，給出其解析方法;根據(jù)赫茲接觸理論推導(dǎo)了凸輪接觸應(yīng)力校核公式。對(duì)凸輪軸做了模態(tài)分析，研究表明材料不會(huì)影響模態(tài)振型變化，且固有頻率不會(huì)與發(fā)動(dòng)機(jī)激振頻率重合，不會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。在一定范圍內(nèi)各階模態(tài)固有頻率隨轉(zhuǎn)速升高而有所降低，隨轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高，各階固有頻率有階躍性上升。對(duì)配氣機(jī)構(gòu)做了動(dòng)力學(xué)仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用新型TiAl材料