船用柴油机凸轮动态摩擦学分析及型线优化设计*

柴油机配气凸轮工作环境较为恶劣,工作过程中配合界面间载荷、速度及曲率半径等工况周期性变化,导致润滑接触条件苛刻,磨损情况恶劣。以某船用柴油机配气凸轮机构典型工况为算例,针对凸轮-挺柱常见的磨损问题,研究凸轮-挺柱动态接触特性;采用余弦-等速段和高次五项式对凸轮型线进行优化设计,并对凸轮-挺柱副动态接触及弹流润滑状态进行数值分析。结果表明:原凸轮磨损的原因是凸轮-挺柱副在运动周期内动态接触应力出现明显波动,最大值超过许用应力值;经型线优化设计后,凸轮-挺柱动态接触应力降到许用值以下,改善了动态接触特性,凸轮型线具有较好的润滑特性,运行过程中可保持较稳定的油膜润滑状态;凸轮转速和接触载荷的改变会直接影响凸轮-挺柱的润滑状态,尤其是随凸轮转速增大,润滑膜厚增大,压力减小,润滑接触状态明显改善。