表面形貌结构对柴油机主轴承润滑特性影响的研究

来源 :中北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bj20089
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主轴承是柴油机的重要摩擦副之一,其工作状况会影响柴油机的安全性和耐久性。伴随使用需求的提高,柴油机爆发压力增大,转速升高,输出功率增加,导致主轴承所受动载荷变大,轴承润滑状态恶化。表面形貌结构对接触表面的摩擦磨损特性有显著影响,合理控制主轴承表面形貌结构可以改善轴承的润滑状态和提高柴油机的可靠性。因此,本文以柴油机主轴承为研究对象,基于轴承润滑理论,计入轴颈倾斜、轴承表面弹性变形和表面粗糙度的因素,建立基于柔性整机体的主轴承弹性流体动力润滑模型,运用仿真计算的方法,研究了表面形貌结构对柴油机主轴承润滑特性的影响,主要研究内容如下:(1)采用有限差分法求解雷诺方程,分析了不考虑表面型线和表面织构时柴油机主轴承的润滑特性。结果表明,在柴油机工作过程中,输出端附近主轴承的油膜厚度最小,摩擦表面粗糙接触压力的峰值最大,摩擦损失总能量的平均值最大。(2)基于表面型线理论,研究了表面型线的相关参数和发动机工况对主轴承润滑特性的影响。结果表明,表面型线类型对主轴承润滑特性有影响,当表面型线为椭圆型时,油膜厚度的最小值增长数倍,最大油膜压力增长了6.89%,最大粗糙接触压力下降数倍,平均摩擦损失减小了15.29%。表面型线宽度和高度增加时,主轴承润滑特性的变化趋势基本相似。发动机工况会影响轴承的润滑特性。(3)基于表面织构理论,研究了表面织构的相关参数和发动机工况对主轴承润滑特性的影响。结果表明,考虑表面织构时,主轴承油膜厚度的最小值增加了5%,油膜压力的峰值增长数倍,最大粗糙接触压力和平均摩擦损失减小。当表面织构位于轴承的主承载区且靠近动压润滑收敛区入口处时,主轴承润滑状态得到较大改善。表面织构几何参数和发动机工况对主轴承润滑特性的改善程度存在影响。(4)设计了同时考虑表面型线和表面结构的改进方案,研究了不同改进方案时主轴承的润滑特性。结果表明,与无修改、仅考虑表面型线和仅考虑表面织构相比,采用合理改进方案时,主轴承最小油膜厚度在发动机一个工作周期内呈现整体增加的趋势,最小油膜厚度值分别增加了194%、2%和140%;最大油膜压力分别增加了100%、67%和60%;最大粗糙接触压力分别减小了83.95%、5.6%和80.56%;平均摩擦损失分别减小了32.19%、5.8%和6%。
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