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由于发动机曲轴.活塞系统对发动机的整体性能有很大的影响。其摩擦功耗占发动机功耗的80%左右,曲轴轴承、连杆轴承、活塞销轴承和活塞环.缸套摩擦副是发动机中重要的摩擦副。研究表明,发动机轴承经常因为润滑问题而过早失效,进而影响整机性能,因此对其研究具有重要的意义。
通过研究6320ZC发动机中动态参数对摩擦和润滑的影响,利用当前先进的机械设计软件SolidWorks软件,建立活塞.连杆.曲轴.轴承相应的研究框架模型。在此基础上对具体的问题建立数学模型,讨论分析曲轴.活塞系的二阶动力学,并进行曲轴主轴承的润滑设计。重点讨论影响轴承工作性能的多种因素,如轴瓦高出量大小、下轴瓦油槽等,这些因素与流体动压力、最小膜厚以及Mises应力场之间的关系。将研究结果应用于发动机设计,可以显着降低发动机的摩擦功耗损失并提高轴承的使用寿命,这对实际的设计具有指导意义。本文的主要内容与研究结果包括:
1.用参数化的方法有效解决了设计或修改多体动力学模型耗时长、投入精力多、模型精度不高的问题,为进行模型的动力学分析打下良好基础。
2.分析活塞.连杆.曲轴.轴承系统的动力学特性,以时间序列来表达系统的运动速度、加速度与跃度的变化,获得该系统的全面动特性。并对活塞-曲轴系统进行了惯性力分析,在多缸曲轴主轴承受力上采用了连续梁法进行动力学计算,通过ADAMS软件系统模拟仿真各主轴承的轴向和法向所受的力,使技术人员能从直观上看出轴承不同时刻所受载荷的变化,为进一步改进轴承设计提供了有力的参照。
3.联合滑动轴承的雷诺方程、粘度方程、密度方程与载荷方程等基本方程,得到压力分布与油膜厚度分布,通过结果分析可以得出不同轴承工作状况,为进一步分析轴承的润滑打下基础。
4.分析了轴瓦突出量过大和润滑温度对轴承相对间隙的影响,以及相对间隙变化对轴承润滑的影响。同时也计算了轴瓦高出量、轴瓦与座孔的摩擦力,分析了钢背摩损的原理。结果表明轴瓦突出量过大或过小对轴承工作性能影响不可忽略。
5.分析了下轴瓦部分油槽对表面滑动轴承的润滑性能影响,并用Fluent软件对轴承工作情况进行了模拟计算,结果表明部分油槽表面轴承的压力分布与光滑表面轴承有着显着不同。油槽尺寸和位置变化对轴承润滑有很大影响,特别是对轴承气蚀的影响。