内燃机摩擦副作为内燃机的一部分,其摩擦学性能对整机性能和可靠性有重大的影响。低摩擦技术的开发和应用是内燃机摩擦学中的一个核心问题,内燃机通过整个曲柄连杆机构将缸内压力转化为曲轴旋转运动来输出有用功。曲柄连杆机构的摩擦损失成为内燃机摩擦损失的主要来源之一,其中主轴承的摩擦损失约占整机的摩擦10%-25%,本文针对主轴承(关键摩擦副)进行仿真和试验的研究,寻求降摩擦方法。同时,主轴承在工作过程中承受高负荷与高转速的恶劣工况,其润滑可靠性直接影响内燃机的工作的可靠性。因此现代优良内燃机开发对主轴承的润滑性能提出了更高的要求,在降摩擦的同时必须保证轴承的可靠性。本文开展了以下研究工作:1.主轴承摩擦功试验测试分析内燃机整机的摩擦功容易测量,但在内燃机开发中需要知道各子系统的摩擦占比和摩擦功值,从而得知摩擦占比大的子系统,并对其进行摩擦优化。摩擦损失的测定方法有示功图法、拆解倒拖法、灭缸法和油耗线法四种,而在汽油机开发中,拆解倒拖法得到广泛的应用,本文对拆解倒拖法进行研究和测试分析,得到了较好的测试结果。2.主轴承摩擦润滑的数值分析轴承润滑状态包括流体润滑、混合润滑和边界润滑。随着润滑油膜厚度的逐渐变薄,轴承润滑状态逐渐由流体润滑过渡到混合润滑,继而进入边界润滑。曲轴主轴承承受较大的交变载荷作用,在恶劣工况,其润滑油最小油膜厚度只有几微米,需进行混合润滑和边界润滑的数值的仿真计算,从而判断主轴承润滑的好于差。由于轴承润滑影响因素较多,所以数值分析存在许多困难。本文学习了多体动力学理论、润滑油特性、油膜厚度方程等基本理论,并基于拆解倒拖试验工况建立了相对应的数值仿真模型,获得了主轴承的摩擦功耗情况。仿真计算值与拆解倒拖法的测试值进行对比,误差较小,主轴承摩擦计算方法能较好的反映实际摩擦功耗,可应用于内燃机外特性工况的摩擦润滑特性分析。在拆解倒拖法建立的数值仿真模型基础上,考虑气缸内压力以及活塞和连杆的往复和旋转惯性力的影响,对主轴承进行数值分析,得到外特性工况下主轴承摩擦损失功,用于评估外特性工况下主轴承的摩擦性能,并和拆解倒拖工况进行对比分析。3.主轴承摩擦润滑数值分析优化本文根据内燃机主轴承的特点,研究了一种主轴承摩擦优化分析方法,通过对主轴承的优化分析,优化后的主轴承相比原主轴承的摩擦损失有了明显的降低。4.主轴承可靠性分析本文基于流体动力润滑理论,利用AVL EXCITE多体动力学软件建立了可靠性仿真模型,计算了优化方案曲轴在不同工况下主轴承的润滑特性,规律,从轴承油膜厚度,油膜压力、剪切应力、机油温升等方面评估了主轴承的可靠性。5.主轴颈最佳油孔位置确定方法本文从轴瓦展开平面的油压分布规律,确定油孔轴向位置的选取,并通过瞬态轴承润滑特性分析计算,查看油膜压力随曲柄转角的分布情况,寻找低压区相对应的油孔周向角度,确定主轴承周向最佳位置。本文比较了两种不同周向位置油孔方案的油膜压力和摩擦损失情况,最佳周向位置的主轴承相比另外一种方案的主轴承油膜压力和摩擦损失均有了明显的降低,验证了该方法的可行性。