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。     

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%。     

曲轴偏置对柴油机主轴承润滑性能的影响*

为探究在柴油机强化过程中曲轴偏置技术对主轴承润滑性能的影响,综合考虑柴油机系统动力学、运动件弹性振动和动力润滑的影响,建立12V150柴油机曲轴轴承系统弹性流体动压润滑模型,分析该型柴油机在不同偏置组合及不同偏置距离下主轴承的润滑性能。研究发现:在第四主轴颈处轴心偏移量较大,润滑性能较差;采用曲轴偏置后,随着偏置距离的增加主轴承最小油膜厚度有了明显提升,最大油膜压力显著降低;当左侧气缸单独偏置时峰值油膜压力改善明显,采用两侧气缸同时偏置比单侧气缸偏置时最小油膜厚度有较大提升。     

高强化柴油机曲轴主轴承润滑特性研究

针对某高强化柴油机曲轴整体模型,分析了不同曲轴主轴承载荷求解方法下的润滑特性,对发动机转速、轴承间隙、润滑油类型以及轴承供油方式等4个关键参数对主轴承润滑性能的影响进行了研究,并给出了该柴油机最佳润滑效果下的优选组合方案.计算结果表明:静定法适合于轴承初步设计和规律研究,而静不定法和动力学更适合于轴承详细设计;4个关键参数对主轴承润滑性能影响较大,在校核计算和改良设计时需要引起关注;采用优选组合方案后的主轴承润滑状况得到明显改善.     

计入曲轴轴向运动的船舶柴油机主轴承混合润滑分析

大型船舶柴油机曲轴在螺旋桨轴向推力激励下,轴向运动较为明显。为探究轴向运动对于支撑曲轴的主轴承润滑的影响,以一船舶柴油机曲轴-轴承为研究对象,同时计入螺旋桨轴向激励和柴油机自身激励共同引起的轴向运动、微峰接触（干摩擦）,建立船舶柴油机主轴承的混合润滑模型。运用有限元法计算曲轴轴向运动,结合动力学方法,通过求解计入轴向运动和表面粗糙的平均Reynolds方程获得油膜压力,基于Greenwood-Tripp接触理论获得表面微峰接触压力。结果表明：计入轴向运动后,轴承的油膜峰值压力和油膜摩擦功耗均降低,微峰接触峰值压力均增加,但8个轴承的微峰接触摩擦功耗则是有的增加、有的减少,且影响显著,原因较为复杂;计入轴向运动后,最小油膜厚度、端泄流量、轴颈中心轨迹等的变化相对较小。因此,为更加全面、更加准确地预测大型船舶柴油机主轴承的混合润滑,必须计入轴向运动的影响。     

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。     

曲轴轴颈型线对主轴承润滑特性的影响

以内燃机曲轴主轴承为研究对象,基于Reynolds方程和Greenwood-Tripp微凸体接触理论,考虑曲轴倾斜和弹性变形,建立其弹流润滑模型,分析不同轴颈型线对主轴承润滑特性的影响。结果表明:不同轴颈型线对主轴承润滑特性的影响有着明显的差异,相比于无型线轴颈,轴颈型线为鼓型时,主轴承的最小油膜厚度增加了38.12%,最大油膜压力减小了32.73%,平均摩擦损失降低了8.4%,并改善了曲轴倾斜现象;而轴颈型线为马鞍型时,主轴承的最小油膜厚度下降了24.64%,最大油膜压力增加了4.56%,平均摩擦损失增加了2%,曲轴倾斜加剧;当曲轴轴颈型线为鼓型时,随着曲轴倾斜角度的增加,主轴承的最小油膜厚度减小、最大油膜压力增加、平均摩擦损失减小,随着转速的增加,主轴承的最小油膜厚度增加、最大油膜压力减小、平均摩擦损失增加。     

基于机体与曲轴耦合下的船舶柴油机主轴承热弹性流体动力混合润滑特性

运用CMS模态综合法建立柔性曲轴和柔性整机体模型,基于Greenwood/Tripp微凸峰接触理论和质量守恒边界条件的广义Reynolds方程,建立了二者耦合下的船用柴油机主轴承的热弹性流体动力混合润滑模型,并经试验间接验证。同时计算表明:周期内发生混合润滑为常态,完全液动润滑为瞬态;只有空穴、轴颈向心/离心运动、油膜压力突变同时存在时空穴才极有可能发生;因端泄能量散失占总能量散失的80%多,油膜出口温度可作为监控轴承润滑的重要参数;8个轴承基本满足润滑设计要求,但有2个轴承工况相对较差,亟须优化。     

某型柴油机典型主轴承润滑评估报告

曲轴-轴承系统是发动机最为重要的传动和支撑部件,两者之间的油膜的建立,主要影响了柴油机的可靠性,因此对柴油机曲轴与轴承系统润滑特性的研究预测具有重要意义。本报告以电力机车某型柴油机主轴承为研究对象,建立了简化的曲轴横振及轴承流体动压润滑耦合分析模型(忽略弹性变形和热的影响),开展了曲轴横振及主轴承润滑特性计算,针对工况较恶劣的输出端第一、第二档主轴承进行了详细分析。分析结果表明：考虑曲轴横振、挂重情况下,某型柴油机主轴承承载能力、主轴承润滑特性均满足设计需求。     

柴油机曲轴主轴承润滑性能分析

基于弹性流体动力润滑(EHD)和轴承动力学理论,计及轴瓦、轴颈的粗糙度及曲轴和轴承座变形的影响,建立四缸内燃机主轴承的润滑分析模型。在此模型的基础上,分析轴承间隙、供油压力和轴承宽度等参数对内燃机主轴承润滑性能的影响。结果表明:第4轴承的最小油膜厚度较小,最大油膜压力较大,摩擦功耗最大,即具有较差的摩擦性能;为减少摩擦功耗,应在保证可靠的润滑性能的前提下,适当地增大轴承间隙、减小供油压力和减小轴承宽度。对第4主轴承进行优化分析,优化后的最小油膜厚度增大,最大油膜压力减小,摩擦功耗有所降低。     

柴油机曲轴润滑与弯曲振动耦合影响研究

为研究柴油机强化过程中曲轴的弯曲振动和润滑性能的耦合关系,基于曲轴动力学和润滑理论,考虑曲轴和轴承座的弹性变形,建立某型12缸柴油机曲轴计算模型,分析主轴颈弯曲振动和最小油膜厚度间的耦合关系,并研究轴承宽度、半径间隙和润滑油黏度对两者的影响。结果表明:最小油膜厚度与弯曲振动变化趋势相反,两者存在耦合关系,同时油膜能够对振动起到一定的缓冲作用;在研究范围内,最小油膜厚度随主轴承宽度和润滑油黏度的增加而增加,弯曲振动随之减小;半径间隙对润滑和振动的影响较大,适当增大间隙值,最小油膜厚度增加,过大的间隙值加大轴颈的振动冲击,降低最小油膜厚度。该结果对柴油机强化设计过程中曲轴的润滑与振动预测和控制提供了参考。     

非道路两缸柴油机轴承热弹性流体动力润滑特性研究

基于热弹性流体动力润滑理论和多体动力学理论,针对自主研发的非道路2D25卧式两缸柴油机,采用AVL Excite Power Unit软件建立曲轴轴承的多体动力学模型,探讨柔性整机体模型下轴瓦与轴承座的弹性变形、润滑油的黏温及黏压特性、轴瓦及轴颈的表面粗糙度及热效应等因素,建立轴承的润滑模型并计算不同工况下各轴承的载荷、油膜厚度、油膜压力和摩擦功耗。研究结果表明:随着转速的升高,主轴承的总摩擦功耗增加,轴瓦的热负荷增大;高转速下,第一主轴承(MB1)和第三主轴承(MB3)存在轴颈倾斜不对中,出现偏磨现象,导致第二缸爆发时主轴颈振动加剧;连杆轴承油膜压力分布均匀性较好,轴瓦热负荷低,在高转速下润滑效果更佳。     

单缸熄火工况下船舶柴油机主轴承润滑分析

多缸大功率船舶主机在一缸熄火后继续工作,将偏离设计工况,工作性能参数将发生较大变化。通过构建多体动力学计算模型,对比分析船舶主机在额定工况与一缸熄火工况下的主轴承润滑状况。在4#缸熄火状况下,其两侧主轴承MB4与MB5在其正常发火时刻,即曲轴转角188°附近载荷变化较大,由下瓦受力变成了上瓦受力;此时两轴承油膜压力分布也随之发生变化,高油压区分布于上瓦;轴承间隙高度与油膜压力相对应地变化;两轴承轴心运动轨迹出现明显改变,皆有剧烈的离心和向心运动,若长时间运行,轴承有发生穴蚀破坏的危险。     

柴油机主轴承弹性流体动力学与多体动力学耦合仿真

为更准确分析柴油机主轴承润滑特性及其影响因素,根据动载滑动轴承弹性流体动力润滑模型,利用AVLExcite软件对4D32柴油机主轴承进行多体动力学与弹性流体动力学耦合仿真研究。探讨了各主轴承载荷、最小油膜厚度、轴心轨迹、摩擦损失功率、机油填充率等参数在一个工作循环内的变化规律,并对比了主轴承最小油膜厚度随油槽方向和油孔位置等因素的变化关系。结果表明,最小油膜厚度的极小值均大于2μm,对其进行计算时要考虑边界接触压力的影响;第3主轴承轴心轨迹曲线绝大部分落在最外端,偏心率最大值持续期较长,最大油膜压力时间交替作用在轴瓦表面,极易引起轴瓦的磨损和疲劳剥落;优化设计油槽、油孔的方向和位置,有利于流体动压润滑的形成。     

轴瓦表面波纹度对柴油机连杆大头轴承润滑特性的影响

柴油机连杆大头轴瓦表面在加工过程中存在波纹度,表面波纹度严重影响轴承接触表面的润滑性能。针对这一问题,建立考虑表面波纹度的连杆组弹性流体动力学模型,分析不同波纹度幅值、阶次和数量对连杆大头轴承润滑特性影响规律。结果表明：随着波纹度幅值、阶次和数量的增加,最小油膜厚度总体先增大后减小,总摩擦功耗先减小后增大,表明合理分布的表面波纹度对轴承性能有积极影响,可提升轴承的润滑性能;基于Box-Behnken试验设计与响应面法对柴油机连杆大头轴承润滑特性进行研究,以轴瓦表面波纹度的幅值、阶次和数量为优化变量,以最小油膜厚度和总摩擦功耗为优化目标进行响应面分析,并结合带精英策略的非支配排序遗传算法进行优化。结果表明：不同轴瓦表面波纹度对连杆大头轴承润滑特性影响差异较大;相较轴瓦光滑表面,优化后最小油膜厚度增加了11%;总摩擦功耗降低了14%。     

轴承结构参数对曲轴主轴承润滑性能的影响

针对曲轴主轴承润滑性能的影响因素研究,建立考虑轴颈直径、轴承宽径比和轴承间隙3种轴承结构参数的曲轴主轴承热弹性流体动力润滑模型,分析不同轴承结构参数下的主轴承最大油膜压力、最小油膜厚度、最高轴承温度和最大摩擦功率损失。计算结果表明：轴承结构参数对主轴承润滑性能有很大影响;当轴颈直径和轴承宽径比变大时,主轴承最大油膜压力会出现减小的情况,最小油膜厚度变大、最高轴承温度升高和摩擦功率损失增加;内燃机主轴承的轴承间隙会随着轴颈直径和轴承宽径比的不同而有不同影响,且轴承间隙对主轴承最高温度和最大摩擦功率损失的影响较为显著。     

柴油发动机曲轴轴承振动信号的双谱分析

为提取柴油发动机曲轴轴承振动信号的故障特征,采用双谱的分析方法,提出了用双谱特征频率面来描述信号特征.通过用双谱分析曲轴轴承振动信号,在双谱模域内进行搜索,得到了信号的特征频率面.结果表明,信号采集的最佳部位为曲轴左右两侧机体,最佳转速为1 800 r/min以上,对角线以外的区域包含了大量的故障特征.双谱能消除发动机振动信号中的噪声,有效提取出曲轴轴承振动特征信号.