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%。     

曲轴不同平衡率对曲轴强度与振动特性的影响

曲轴不同平衡方案不仅直接影响整机振动与噪声,还影响曲轴的轻量化设计。研究不同平衡率方案曲轴对发动机振动与曲轴强度的影响,优化设计曲轴,对降低整机振动与提高可靠性具有重要意义。以非道路高压共轨四缸柴油机为研究对象,系统分析了不同平衡率与不同平衡块结构的4个曲轴方案的平衡性;通过曲轴模态试验与机体模态仿真,验证了曲轴和机体有限元模型的准确性;基于柔性多体动力学理论,建立了整机多体动力学仿真模型,研究了曲轴不同平衡率对额定转速工况下曲轴强度与振动特性的影响。研究结果表明:随着平衡率增加,曲轴各圆角处最大应力值增大,曲轴圆角疲劳安全系数降低;最大应力值为284.1 MPa,最小安全系数为1.7,均出现在四平衡块100%平衡率曲柄销圆角处。随着平衡率增加,油底壳关注点的不同谐次下振动加速度峰值减小,机体上各关注点的振动速度级降低,汽缸盖罩在低频段下振动速度级降低。随着平衡率增加,各倍频程下机体振动速度级降低,倍频程中心频率为500 Hz,汽缸盖罩和油底壳振动速度级增大。     

基于AVL Excite Designer的发动机曲轴主轴承润滑性能分析

以某型直列四缸发动机为研究对象,对曲轴主轴承进行弹性流体动压润滑分析。考虑非线性连接,采用多体动力学软件建立润滑仿真模型对曲轴主轴承进行动力学润滑计算。通过对最小油膜厚度、最大摩擦接触应力和磨损进行分析,揭示了设计中存在的隐患,为该型发动机曲轴主轴承的优化设计提供了参考依据。     

曲轴系多柔体动力学与动力润滑耦合仿真分析

使用LMS Virtual.lab软件建立曲轴系的多体系统动力学仿真模型,对曲轴系进行刚柔耦合多体动力学仿真,得到周期内曲轴系的动态载荷,为研究主轴承液体动力润滑提供边界条件;联合主轴承油膜润滑模型和多体动力学模型进行耦合仿真,得到最小油膜厚度和最大油膜压力曲线及主轴承工作周期内的油膜最大节点压力的变化规律.结果表明:在第三缸点火后,油膜节点压力急剧增大,油膜节点最大压力区呈现出从轴瓦中心向轴瓦边缘偏移的特性.     

大功率密度柴油机主轴承混合润滑分析

针对某型柴油机功率提升后主轴承润滑性能出现恶化的现象,计及表面形貌和弹性变形等因素影响,建立12V150柴油机主轴承润滑分析模型。运用弹性流体润滑、轴承动力学及Greenwood-Tripp微凸峰接触理论,分析功率提升后的主轴承润滑性能,提出需要改进的参数。分析表明:主轴承润滑性能变差的原因主要是功率提升后,曲轴和主轴承承受载荷加剧,油膜压力增加,引起轴颈弯曲或倾斜,导致主轴最小油膜度减小。研究曲轴平衡率、轴承宽度和润滑油黏度等参数对主轴承润滑性能的影响,提出了将曲轴平衡率由70%增大至90%,轴承宽度由46 mm增大至48 mm,并合理增加润滑油黏度的改进方案。结果表明:曲轴平衡率能有效地减小主轴颈倾斜角度,而轴承宽度和润滑油黏度对轴颈倾斜几乎没有影响;改进后主轴承最小油膜厚度提升了16.08%,峰值粗糙接触压力减小了37.11%,平均摩擦损失总功减小了13.08%。     

基于摩擦学和结构动力学的内燃机曲轴结构可靠性研究

为研究内燃机曲轴的应力大小对曲轴的可靠性设计的影响,以某直列6缸内燃机曲轴-轴承耦合系统为研究对象,采用有限元技术建立曲轴和轴承有限元模型,基于结构动力学、摩擦学、模态缩减理论构建曲轴-轴承系统动力学模型,综合考虑曲轴、轴承工作过程中的结构弹性变形,建立内燃机曲轴-轴承弹性流体动力润滑分析模型,对比分析不同负荷特征、轴承间隙下曲轴的应力、扭转角。研究结果表明:随着负荷的减小,扭转峰值减小,但扭转峰值出现时刻滞后;曲轴的第2、3、4曲柄销位置的各个转角扭转对应力贡献度大于弯曲的贡献度,第6曲柄销在爆发压力时刻弯曲引起的最大应力大于扭转引起的应力,但扭转引起的应力波动次数大于弯曲引起的应力波动;当轴承间隙减小时,对应某些转角下扭转角增加,扭转引起的应力增加。     

循环次数对主轴承磨损仿真结果的影响研究

为确定主轴承磨损预测中的仿真工况参数—循环次数的合适取值,将动力学仿真技术和主轴承润滑分析运用到了内燃机曲轴系仿真计算中,建立了某型服役柴油机曲轴系的多体动力学和润滑耦合模型。基于经典Archard磨损理论模型,设置多组循环次数值分别对主轴承磨损进行了仿真计算;选取部分主轴承的最大磨损深度和磨损轮廓进行了比较分析,总结了最大磨损深度及轴瓦磨损轮廓随着循环次数增加的变化规律。研究结果表明:为兼顾计算成本和可信性,在仿真简化工况设计中选取循环次数为3时进行磨损仿真计算较为合适;以上结论为主轴承磨损仿真预测工作的优化提供了指导和建议。     

运行参数对内燃机主轴承动载荷影响规律仿真分析

针对内燃机服役过程中主轴承动载荷变化特性和运行参数对其影响机制不明,进而无法根据服役内燃机服役过程制定可变控制策略的问题,以某型号汽油机为研究对象,建立了曲轴系多体动力学与主轴承润滑耦合仿真模型。服役期间,在间隙增大和运行转速、轴力输入改变的条件下,利用稳态理论进行了计算,并进行了对比分析和规律总结,验证了仿真结果的可信度。研究结果表明:随着转速的增加,轴承总力先增加后减小,局部最大总压先减小后增大;随着轴力放大系数增加,轴承总力增加,局部最大总压先减小后增加;间隙增加会导致轴承总力和局部最大总压均增加,可通过适当匹配输入轴载荷和转速的方式缓和轴承受载。     

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。     

直列六缸柴油机曲轴平衡性分析

在外部平衡性良好的曲轴上加装平衡量，通常是为了减小曲轴所受弯矩，但是平衡重的安装将影响主轴承栽荷的大小和分布，平衡量的施加还影响曲轴的内弯矩。本文分别采用了对曲柄臂施加四平衡量和八平衡量两种平衡方案进行对比。