计入轴瓦弹性变形的内燃机主轴承润滑分析

以某四缸柴油机的主轴承为研究对象,从曲轴-轴承系统的角度出发,采用变形矩阵法研究了计入轴瓦弹性变形时内燃机主轴承润滑分析问题。得到的结论是:计入轴瓦弹性变形时,在固定轴心位置条件下,主轴承最大油膜压力下降,最小油膜厚度增加;但在额定载荷作用下,计入曲轴-轴承系统动力学效应时,主轴承最大油膜压力上升,最小油膜厚度减小。     

考虑热弹性变形和表面粗糙度的圆柱滚子轴承热弹流润滑分析

运用线接触热弹性流体动压润滑理论,考虑了润滑油膜温升变化引起的圆柱滚子轴承中滚子和内圈接触表面的径向热弹性变形和表面粗糙度的影响,提出了一种计入热弹性变形和粗糙度影响的圆柱滚子轴承线接触热弹性流体动压润滑分析方法。该方法通过将热弹性变形进行热力转换,得到了滚子和内圈接触表面的材料线热膨胀系数,计算修正了滚子和轴承内圈因油膜温度场变化引起的径向热弹性变形,求得了计入热弹性变形和表面粗糙度后的油膜压力、油膜厚度、油膜温升以及径向热弹性变形量等主要润滑特性,研究了载荷、卷吸速度和滑滚比的变化对最小油膜厚度、最大油膜压力和最大油膜温升的影响规律,结果表明,热弹性变形量与最小油膜厚度处在同一量级,热弹性变形和粗糙度会对润滑特性产生明显的影响。     

曲轴轴颈型线对主轴承润滑特性的影响

以内燃机曲轴主轴承为研究对象,基于Reynolds方程和Greenwood-Tripp微凸体接触理论,考虑曲轴倾斜和弹性变形,建立其弹流润滑模型,分析不同轴颈型线对主轴承润滑特性的影响。结果表明:不同轴颈型线对主轴承润滑特性的影响有着明显的差异,相比于无型线轴颈,轴颈型线为鼓型时,主轴承的最小油膜厚度增加了38.12%,最大油膜压力减小了32.73%,平均摩擦损失降低了8.4%,并改善了曲轴倾斜现象;而轴颈型线为马鞍型时,主轴承的最小油膜厚度下降了24.64%,最大油膜压力增加了4.56%,平均摩擦损失增加了2%,曲轴倾斜加剧;当曲轴轴颈型线为鼓型时,随着曲轴倾斜角度的增加,主轴承的最小油膜厚度减小、最大油膜压力增加、平均摩擦损失减小,随着转速的增加,主轴承的最小油膜厚度增加、最大油膜压力减小、平均摩擦损失增加。     

计入轴变形导致轴颈倾斜的径向滑动轴承流体动力润滑分析

分析讨论了轴 轴承摩擦副系统中,当轴受载变形导致轴颈倾斜时,径向滑动轴承的流体动力润滑特性。推 导了轴颈倾斜时的轴承油膜厚度表达式,计算了不同轴载荷情况下,轴承油膜压力、端泄流量和轴颈摩擦系数。计 算结果表明,轴颈倾斜时,轴承油膜压力分布、最大油膜压力、油膜厚度分布和最小油膜厚度等都有明显的变化。因 此,进行计入轴变形导致轴颈倾斜的径向滑动轴承润滑分析研究是非常必要的。     

表面形貌对内燃机主轴承润滑性能的影响

基于Patir和Cheng的平均流量方程和流量因子,计入表面形貌和弹性变形等因素,以流体润滑理论为基础,建立内燃机主轴承的润滑分析计算模型;研究主轴颈和轴瓦表面形貌对主轴承最小油膜厚度、最大油膜压力、摩擦损失总功和粗糙接触压力等润滑特性的影响。结果表明,轴颈和轴瓦表面粗糙度值大小和纹理方向对主轴承润滑性能具有显著影响,随着粗糙度值的增加,最小油膜厚度增加,油膜压力减小,粗糙接触压力增加,摩擦损失总功增大;相较横向纹理和各向同性,纵向纹理有利于提高最小油膜厚度,降低粗糙接触压力和摩擦损失总功;当粗糙度值不变时,随着内燃机转速和爆发压力的增加,粗糙接触压力增加,粗糙摩擦损失功率增加,导致磨损加剧效率降低。     

表面粗糙度对不对中滑动轴承润滑特性的影响

以活塞式航空发动机滑动轴承为研究对象,综合考虑轴颈倾斜和轴瓦表面形貌等因素对轴承润滑特性的影响,建立滑动轴承润滑分析模型;以高斯随机表面、分形曲面、非高斯随机表面分别模拟轴瓦表面的粗糙程度,分析轴颈不对中和表面粗糙度耦合作用下油膜压力、端泄流量、承载力和轴承力矩等参数随偏心率和转速的变化规律。研究结果表明:考虑轴瓦表面形貌后轴承最大油膜压力变大,最小油膜厚度有小幅度减小;随着偏心率和转速增加,最大油膜压力、端泄流量、轴承承载力、工作力矩均增加;随着偏心率增加,考虑表面形貌时(高斯表面、分形表面、非高斯表面)的轴承油膜压力、承载力、工作力矩均变大;随着转速的增加,考虑表面形貌时的轴承润滑特性均变大,尤其是高斯表面,润滑特性变化较明显。     

计入热变形影响的内燃机主轴承热流体动力润滑分析

根据动载滑动轴承热流体动力润滑理论,结合热变形矩阵法,提出一种考虑热变形因素影响时的内燃机主轴承热流体动力润滑分析方法,阐述该方法的基本理论和控制方程,探讨热变形因素对主轴承工作时的轴心轨迹、润滑油流量、最大油膜压力和最小油膜厚度等状态参量的影响情况.结合一主轴承实例进行数值仿真分析,仿真分析结果发现,计入热变形影响因素后,同未考虑热变形影响时分析得到的结果相比,轴心运动轨迹发生了很大变化,平均润滑油流量和一个载荷周期内的最大油膜压力均明显增加,一个载荷周期内的最小油膜厚度明显减小,润滑油平均温升则稍有减小.内燃机主轴承在工作时受各种热源因素的影响会产生热变形,在主轴承设计以及内燃机润滑系统供油量设计过程中考虑这种变形因素的影响是很有必要的.     

计及曲轴轴向运动的内燃机主轴承润滑分析

内燃机工作中,曲轴进行旋转运动的同时,还存在沿轴线方向的运动。以某四缸四行程内燃机曲轴—轴承系统为对象,基于建立的三维流体动力润滑模型,进行了计及曲轴轴向运动和曲轴受载变形导致轴颈倾斜的主轴承润滑性能研究。分析中,曲轴轴向运动规律通过内燃机台架试验实测,采用整体曲轴体单元有限元法计算主轴承负荷和曲轴变形,应用动力学法进行曲轴主轴承的润滑分析。结果表明:与不计曲轴轴向运动的影响相比,计及曲轴轴向运动时,主轴承的轴心轨迹为一条不封闭的三维空间曲线,内燃机一个工作循环中的部分时刻主轴承的最小油膜厚度、最大油膜压力、摩擦功耗和端泄流量变化显著;曲轴轴向运动对内燃机各主轴承润滑特性的影响不一定都是不利的。因此,为了更加合理、接近实际,内燃机曲轴主轴承润滑性能分析中有必要计及曲轴轴向运动的影响。     

求解内燃机曲轴—轴承轴心轨迹的动力学方法

曲轴—轴承是不可分割的系统,这个系统一旦运转起来以后,它的各种机械行为必然是同时发生并相互影响的。基于这种理念,提出的求解曲轴—轴承轴心轨迹的方法是：联立求解曲轴动力学方程和轴承润滑方程,得到作用于轴承上的载荷和曲轴动力学响应(轴心轨迹),再通过进一步地润滑分析得到轴承的摩擦学特性。与静力学方法获得两维轴心轨迹相比,动力学方法分析计算得到的曲轴轴心轨迹是三维的,并可以得到曲轴轴心轴向运动轨迹。此外,两种方法求得的轴承最小油膜厚度和最大油膜压力也不相同。导致不同计算结果的原因是由于曲轴系统动力学效应引起的。     

大功率柴油机曲轴平衡率对主轴承润滑特性的影响

基于弹性流体动力润滑、轴承动力学及平衡率计算理论,计入轴颈与轴瓦表面粗糙度、曲轴与轴承座弹性变形的影响,针对某大功率柴油机的曲轴系统,建立12缸V150柴油机主轴承的润滑分析计算模型,对12平衡重曲轴在不同平衡率下各主轴承的润滑性能进行分析,考虑轴承宽度、轴承间隙和供油压力等参数对平衡性较好的曲轴进行优化。结果表明:随平衡率的增加,最小油膜厚度先增加后减小,最大油膜压力和平均摩擦损失总功先减小后增大,平衡率80%的曲轴润滑性能较好,但主轴承MB5、MB6、MB7的最小油膜厚度均小于1μm;对其优化后各主轴承润滑性能均满足要求,且润滑性最差的主轴承MB7的最小油膜厚度增加19.7%,最大油膜压力减小11.8%。     

内燃机曲轴—轴承系统曲轴变形引起的轴承润滑状态变化对曲轴强度的影响

在计及曲轴变形的轴承润滑分析的基础上,应用得到的轴承油膜压力分布作为载荷边界条件计算曲轴应力和强度,以分析目前曲轴强度计算中作用在轴颈上的载荷普遍采用假设的轴承油膜压力分布形式对结果精度的影响。计算中采用整体曲轴梁单元法计算曲轴变形和轴承负荷,采用动力学法进行曲轴轴承的润滑分析,应用有限元法计算曲轴应力。结果表明,计及曲轴受载变形的影响时,轴承油膜压力产生偏布且最大油膜压力明显增加,导致曲轴轴颈过渡圆角表面局部区域的应力数值明显增大,曲轴安全系数减小。因此为使曲轴设计更加合理、更接近实际,曲轴强度计算时应取曲轴—轴承系统为研究对象,根据轴承润滑分析实际计算结果,确定作用在曲轴轴颈上的载荷分布。     

平衡率对柴油机曲轴轴承润滑与振动特性的影响

在柴油机强化设计过程中,曲轴的不平衡惯性力会引起轴颈倾斜加剧,因此研究平衡率对曲轴振动和主轴承、连杆轴承润滑特性的影响尤为必要。基于含机油填充率的平均Reynolds方程、Greenwood-Tripp粗糙接触和平衡率计算理论,计入表面粗糙度和弹性变形等因素的影响,以12V150柴油机为例分析不同平衡率对曲轴润滑与振动特性的影响。结果表明:在一个工作循环内,随着平衡率的增加,主轴承和连杆轴承的最小油膜厚度在大部分时间内均有所增加,最大油膜压力和摩擦损失功在大部分时间内均有所减小,而主轴颈和连杆轴颈水平弯曲振动和自由端扭转振动在大部分时间内整体减小;在高功率密度柴油机曲轴轴承润滑设计及振动控制中,应综合考虑曲轴平衡率的影响。     

柴油机曲轴主轴承润滑性能分析

基于弹性流体动力润滑(EHD)和轴承动力学理论,计及轴瓦、轴颈的粗糙度及曲轴和轴承座变形的影响,建立四缸内燃机主轴承的润滑分析模型。在此模型的基础上,分析轴承间隙、供油压力和轴承宽度等参数对内燃机主轴承润滑性能的影响。结果表明:第4轴承的最小油膜厚度较小,最大油膜压力较大,摩擦功耗最大,即具有较差的摩擦性能;为减少摩擦功耗,应在保证可靠的润滑性能的前提下,适当地增大轴承间隙、减小供油压力和减小轴承宽度。对第4主轴承进行优化分析,优化后的最小油膜厚度增大,最大油膜压力减小,摩擦功耗有所降低。     

轴承表面弹性变形对倾斜轴颈轴承润滑性能的影响

采用平均Reynolds方程，在考虑润滑油粘压效应、轴承表面粗糙度的前提下，分析了轴承表面受载变形对倾斜轴颈轴承润滑性能的影响，并计算分析了不同表面粗糙度和表面方向参数下，考虑和不考虑轴承表面变形时的轴承润滑性能。结果表明，在分析倾斜轴颈轴承的润滑性能时，必须考虑轴承表面变形；在偏心率和轴颈倾斜角较大时，计及轴承表面变形以后，考虑轴承表面形貌参数对轴承润滑性能分析结果的影响不明显。     

轴承结构参数对曲轴主轴承润滑性能的影响

针对曲轴主轴承润滑性能的影响因素研究,建立考虑轴颈直径、轴承宽径比和轴承间隙3种轴承结构参数的曲轴主轴承热弹性流体动力润滑模型,分析不同轴承结构参数下的主轴承最大油膜压力、最小油膜厚度、最高轴承温度和最大摩擦功率损失。计算结果表明：轴承结构参数对主轴承润滑性能有很大影响;当轴颈直径和轴承宽径比变大时,主轴承最大油膜压力会出现减小的情况,最小油膜厚度变大、最高轴承温度升高和摩擦功率损失增加;内燃机主轴承的轴承间隙会随着轴颈直径和轴承宽径比的不同而有不同影响,且轴承间隙对主轴承最高温度和最大摩擦功率损失的影响较为显著。     

内燃机主轴承摩擦功率损失的影响因素

研究了影响主轴承摩擦功率损失的影响因素,包括轴承表面粗糙度、润滑油温度、曲轴转速、轴颈间隙和供油提前角,同时分析各影响因素对内燃机主轴承的影响。分析所用物理模型为直列六缸内燃机,其数学模型主要依据有限差分法与欧拉法求解雷诺方程,润滑油膜接触通过在时域内压力平衡迭代计算。对内燃机曲轴主轴承摩擦功率损失影响因素进行了探讨,计算结果表明,在内燃机零部件设计阶段应充分考虑轴承间隙以及表面粗糙度对摩擦功率损失的影响。     

计入曲轴轴向运动的船舶柴油机主轴承混合润滑分析

大型船舶柴油机曲轴在螺旋桨轴向推力激励下,轴向运动较为明显。为探究轴向运动对于支撑曲轴的主轴承润滑的影响,以一船舶柴油机曲轴-轴承为研究对象,同时计入螺旋桨轴向激励和柴油机自身激励共同引起的轴向运动、微峰接触（干摩擦）,建立船舶柴油机主轴承的混合润滑模型。运用有限元法计算曲轴轴向运动,结合动力学方法,通过求解计入轴向运动和表面粗糙的平均Reynolds方程获得油膜压力,基于Greenwood-Tripp接触理论获得表面微峰接触压力。结果表明：计入轴向运动后,轴承的油膜峰值压力和油膜摩擦功耗均降低,微峰接触峰值压力均增加,但8个轴承的微峰接触摩擦功耗则是有的增加、有的减少,且影响显著,原因较为复杂;计入轴向运动后,最小油膜厚度、端泄流量、轴颈中心轨迹等的变化相对较小。因此,为更加全面、更加准确地预测大型船舶柴油机主轴承的混合润滑,必须计入轴向运动的影响。     

若干参数对内燃机曲柄滑动轴承润滑特性的影响

将JFO边界条件引入曲柄滑动轴承的数值模拟计算过程，在成功求解Reynolds方程的基础上，选择一具体的内燃机曲柄滑动轴承进行了深入研究，探讨了若干因素对内燃机曲柄滑动轴承性能的影响。结果表明：采用JFO边界条件得出的轴心轨迹曲线与采用雷诺边界条件求出的轨迹曲线在形状上十分相似，油膜厚度的变化曲线与载荷的变化过程是一致的，说明将JFO边界条件应用于曲柄滑动轴承的研究是完全可行的。     

非道路两缸柴油机轴承热弹性流体动力润滑特性研究

基于热弹性流体动力润滑理论和多体动力学理论,针对自主研发的非道路2D25卧式两缸柴油机,采用AVL Excite Power Unit软件建立曲轴轴承的多体动力学模型,探讨柔性整机体模型下轴瓦与轴承座的弹性变形、润滑油的黏温及黏压特性、轴瓦及轴颈的表面粗糙度及热效应等因素,建立轴承的润滑模型并计算不同工况下各轴承的载荷、油膜厚度、油膜压力和摩擦功耗。研究结果表明:随着转速的升高,主轴承的总摩擦功耗增加,轴瓦的热负荷增大;高转速下,第一主轴承(MB1)和第三主轴承(MB3)存在轴颈倾斜不对中,出现偏磨现象,导致第二缸爆发时主轴颈振动加剧;连杆轴承油膜压力分布均匀性较好,轴瓦热负荷低,在高转速下润滑效果更佳。