内燃机主轴承弹性流体动力润滑计算分析

建立了内燃机主轴承弹性流体动力润滑计算的数学模型和有限元模型.依此模型,对某四缸柴油机的5个主轴承进行了计算,分别算出其在一个工作周期内的油膜压力、油膜厚度、摩擦功耗和轴心轨迹.通过对计算结果的分析表明,第3号主轴承所受到的载荷最小,平均油膜厚度最小,平均油膜压力和摩擦功耗最大.第3号主轴承的润滑状况不佳.应对其进行摩擦学优化设计.     

阶跃载荷作用下滑动轴承的瞬态特性

滑动轴承在动载荷作用下的瞬态特性是制约其精度和速度的重要因素,建立动载荷作用下滑动轴承的计算模型,计算在单、双向阶跃载荷作用下轴心轨迹的运动状态,分析阶跃载荷对轴心轨迹、最大油膜压力及最小油膜厚度等轴承主要工作参数的影响。结果表明:轴承在突变阶跃载荷作用下,轴心位置、最大油膜压力及最小油膜厚度等均呈现振荡过程,收敛于新的平衡位置;当突变载荷过大时,将造成轴承碰撞或失稳。     

考虑瞬态冲击和弹性变形的滑动轴承特性与动力学响应

同时考虑瞬态冲击载荷和轴瓦的弹性变形,模拟了舰船在风浪拍击时推进轴支承滑动轴承的润滑特性与动力学响应,研究了聚四氟乙烯(PTFE)弹性金属塑料瓦滑动轴承的最小油膜厚度、最大油膜压力和轴心轨迹随时间的变化情况。运用有限元法求解雷诺方程,将油膜力转化为轴瓦节点力计算了弹性变形;用欧拉法求解轴颈的动力学方程,计算了动态轴心轨迹。对比了刚性瓦与PTFE弹塑瓦滑动轴承的特性,结果表明,轴瓦弹性变形对油膜厚度和油膜压力分布的影响不可忽略,并且轴瓦弹性变形可以提高滑动轴承的承载能力。对比分析了4个不同方向瞬态冲击载荷作用下PTFE弹塑瓦滑动轴承的特性和轴颈的动态轴心轨迹,提出可通过改变轴承静载荷方向、减小瞬态冲击载荷方向与轴承偏心方向的夹角来增加最小油膜厚度,降低最大油膜压力,减小动态轴心轨迹的位移响应振幅,进而改善滑动轴承润滑状态,减小轴瓦的弹性变形量,提高轴承-转子系统的稳定性。     

大型重载滑动轴承润滑特性的理论与试验研究

以单机容量1 750MW级核电半速发电机试验用椭圆轴承为对象,在现场全尺寸动平衡机上进行了轴承性能试验,由此给出了椭圆轴承温度、压力和膜厚等润滑性能实测数据;采用基于经典润滑理论的基本方程,运用流体润滑软件和ANSYS软件,在计入瓦体变形的基础上联合进行了轴承静态性能求解。结果表明:大型重载轴承瓦面热弹变形与油膜厚度为同一数量级,轴承设计中必须予以考虑;额定转速为1 500r/min时,轴承测点最高瓦温为82.8℃,测点最大油膜压力为6.65MPa,瓦温和油膜压力仿真值与测试值偏差均小于5%;在额定转速附近,最小油膜厚度测试值约为254μm,仿真值与涡流法测试值的偏差为15.21%;转速在1 000~1 600r/min范围内,最小油膜厚度的仿真值与涡流法测试值的最大偏差为21.36%。理论和试验验证了考虑瓦体变形的润滑计算方法在大型重载轴承应用上是可行的。     

机体弹性变形对主轴承润滑特性的影响

为揭示机体弹性变形对曲轴主轴承润滑特性的影响,在考虑整机体和曲轴弹性的条件下,建立发动机曲柄连杆机构多柔体动力学模型,耦合基于质量守恒边界条件的广义雷诺方程和Greenwood/Tripp接触模型,分析机体弹性变形对曲轴主轴承润滑特性的影响。结果表明:与刚性机体相比,计入机体弹性变形后,各主轴承的润滑特性随曲轴转角的变化趋势与将缸体处理为刚性时基本一致;润滑油平均端泄量和总摩擦功耗在一个工作循环内均变化较小;润滑油最小油膜厚度、最大油膜压力和轴承的最大粗糙接触压力在一个工作循环内的某些时刻变化明显。     

轴颈倾斜的径向轴承热弹性流体动力润滑分析

通过联立求解质量守恒的广义Reynolds方程、能量方程、固体热传导方程和固体变形方程,建立了轴颈倾斜的径向轴承三维热弹性流体动力润滑（TEHD）模型.在此基础上,深入研究了轴颈倾斜径向轴承的TEHD性能.结果表明,弹性变形和热变形都对轴颈倾斜径向轴承的性能具有显著影响.当只考虑弹性变形时,油膜厚度变化曲线出现了局部“凸”的形状,且最大油膜压力减小;当只考虑热变形时,油膜厚度变化曲线出现了局部“凹”的形状,且最小油膜厚度增大,但热变形对最大油膜压力的影响不大;当同时考虑弹性变形和热变形（即完整的TEHD模型）时,轴颈倾斜径向轴承的所有性能参数都发生了明显的变化,因此,对于重载高速的操作工况,有必要建立轴颈倾斜径向轴承的TEHD模型.     

柴油机曲轴轴心运动特性的研究

为研究载重汽车柴油机的曲轴轴承最小油膜厚度与轴承可靠性的关系，在分析J H0lland轴心轨迹计算模型的基础上，结合我国车用柴油机曲轴运动的特点，建立柴油机曲轴运动的计算模型并编制计算程序．运用该模型对CA6110型柴油机各个主轴承与曲轴轴心运动规律的计算，得到各主轴承在不同转速下的油膜压力图、轴心轨迹图及最小油膜厚度图，并据此对轴承的工作状况进行分析．研究表明，曲轴中间和两端的主轴承较其他轴承运动可靠性差，曲轴运动特性的计算模拟可为轴承主要结构参数的选择及轴承的可靠性分析提供一种理论分析方法。     

高速弧齿锥齿轮点接触瞬态等温弹流数值分析

以某航空发动机弧齿锥齿轮为研究对象,以弧齿锥齿轮加载接触分析基础上,利用空间曲面共轭原理,建立起适合弹流润滑分析的动态坐标系,确定出动态坐标系与几何齿面、刀具产形面坐标系之间统一的变换关系。用点弹流润滑理论对高速弧齿锥齿轮在啮合过程中各啮合点的油膜压力分布、油膜温度分布和油膜厚度分布情况进行研究,确定出啮合过程中最小油膜厚度、最大油膜压力等润滑特性的变化规律。     

基于正交设计法的柴油机主轴承润滑性能优化

为对主轴承结构参数和润滑油参数进行优化匹配,根据动载滑动轴承弹性流体动力润滑模型,结合AVL Excite软件对CA4D32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.精确选取标定工况下影响各主轴承润滑性能的轴承宽度、供油压力、供油温度、润滑油类型、径向间隙、轴瓦油槽方向、轴颈油孔位置等关键因素,以最小油膜厚度为优化目标,基于正交设计法,确定各主轴承润滑性能最优参数组合,并对该参数组合进行仿真验证.结果表明:各主轴承最小油膜厚度增大9.1%～32.1%,一个循环内最小油膜厚度明显增大且其波动趋于平缓;各主轴承总摩擦功率损失显著降低.     

发动机主轴承EHD分析研究

建立了主轴承EHD(弹性流体动力润滑)的有限元仿真模型,基于有限元法与有限差分法对不同转速下主轴承润滑特性进行了仿真,研究了不同转速下内燃机主轴承EHD载荷、弯矩、油膜厚度、油膜压力、摩擦功耗以及机油流量的变化规律。研究结果表明：随着转速的升高,最大载荷下降,平均载荷上升,最小油膜厚度值增加,油膜压力减小,液动摩擦功耗逐升高,粗糙接触摩擦功耗减小,机油流量增加。     

内燃机缸套-活塞系统摩擦学与动力学行为耦合分析

建立了内燃机缸套—活塞系统油膜润滑与动力学行为的耦合分析模型，并用数值方法对单缸四冲程内燃机进行了仿真分析。在分析中同时考虑了活塞二阶运动和缸体振动对缸套—活塞间油膜润滑的影响。缸体结构振动响应用有限元法来计算，缸套和活塞间的流体润滑计算通过有限差分法求解平均雷诺方程进行，其中考虑了微凸体接触的作用。在考虑缸套—活塞油膜润滑与缸体结构振动、活塞二阶运动耦合作用的情况下，计算出了缸套—活塞间润滑油膜的最小油膜厚度、摩擦力、摩擦功耗等，同时也分析了活塞二阶运动的变化。通过与不考虑缸体振动时的相应结果对比表明：考虑缸体的结构振动后，缸套—活塞间的摩擦力和摩擦功耗减小，油膜厚度、活塞的二阶运动位移及速度增大。     

基于Converge的柴油机起动过程喷雾撞壁仿真分析

柴油机起动过程中,转速、缸内背景压力及温度偏低会导致喷雾撞壁,影响燃油雾化效果。利用三维计算软件Converge,采用组合喷雾模型及B-G撞壁模型建立了燃油喷雾撞壁模型,并利用可视化定容弹喷雾撞壁试验系统验证了模型的准确性。基于建立的喷雾撞壁模型,研究分析了缸内背景压力、壁面干湿状况及壁面粗糙度对某型柴油机喷雾撞壁的影响规律,仿真结果表明：随着缸内背景压力下降,撞壁时刻提前,扩散距离增大,油膜产生时刻提前,油膜厚度增大;活塞顶壁面粗糙度增加,喷雾油束撞壁后扩散距离减小,附壁油膜厚度增大;当活塞顶壁面为湿壁时,喷雾油束撞壁后扩散距离增大,附壁油膜厚度下降。研究为燃烧室、喷油系统等优化设计提供了参考。     

内燃机缸筒-活塞环的润滑与密封分析

推导出内燃机的缸筒与活塞环之间润滑油膜厚度和活塞环气体密封的分析模型,给出了实用的数学公式．并且对具体的发动机进行了计算．     

发动机缸孔变形实验及数据分析

发动机活塞与气缸的配缸间隙是极为重要的技术参数,如果间隙太大,会引起密封不良(漏气、窜油)、动力下降;太小则会使活塞裙部没有膨胀的余地,接触压力超过活塞和气缸之间的油膜所能承受的挤压强度(一般4.9~9.8 MPa),润滑油膜将被破坏,引起粘着磨损(拉缸)故障。从发动机研发阶段直至其生产制造过程中都需稳定控制气缸盖装配前后的缸孔变形量,这对发动机的整机性能的稳定发挥及提升工作具有极其重要的作用。     

浮环轴承用作内燃机轴承的理论研究

本文对内燃机动载荷浮环主轴承进行了理论计算和分析.结合 S195柴油机的实际主轴承结构,运用 Holland-Butenschn 法进行轴心轨迹的计算,通过热平衡计算决定内外层油膜的粘度比,得到最小油膜厚度、功率损耗、浮环转速和流量的变化规律.计算表明,浮环轴承用作曲轴主轴承,无需改变现有最小油膜厚度的标准即可正常工作;内外层间隙不等时,单纯选取粘度比为1进行计算,与实际情况相差较大.     

多缸柴油机冷却水腔流动不均匀性的仿真研究

以多缸柴油机的冷却水腔为研究对象,使用Fluent软件对直列3、4、5、6缸柴油机冷却系统的流场进行仿真.结果表明:对于冷却水套进出水口在曲轴同一端的直列柴油机,从距离入口最近的缸到远离入口的最后一缸,各缸水套间通道压力逐渐降低,各缸缸盖进口和出口压力逐渐增加,各缸缸盖的流量逐渐降低.在相同入口流量条件下,随着发动机气缸数增加,总进口和总出口的压差逐渐降低,整个冷却水套的流动阻力减小,各缸缸盖进出口压差的平均值逐渐减小,发动机各缸盖中最大流量和最小流量之间的差值增加,发动机各缸缸盖流量的不均匀度大幅度增加.