大功率柴油机主轴承弹性流体动压润滑特性研究

摘要

主轴承是柴油机中重要的摩擦副之一。随着柴油机的飞速发展，高转速，大功率，高密度，低耗能成为其重要的发展方向，这就对柴油机关键运动副主轴承提出了更高的要求。主轴承的润滑性能和工作状况直接影响了整机的耐久性和效率。高爆发、高转速使得主轴承需要承受更大的交变载荷，工作情况更加苛刻，因此考虑多种实际因素，分析功率提升下柴油机主轴承的润滑性能对柴油机优化设计具有重要意义。 本文以V12大功率柴油机作为研究对象，基于弹性流体动压润滑理论、有限元理论以及非线性多体动力学理论，在EXCITE Power Unite中建立了该柴油机主轴承的弹性流体动压润滑仿真模型（EHD2）；分析了标定转速下该柴油机主轴承的润滑性能，其中润滑性能主要有轴承的最小油膜厚度、峰值油膜压力、粗糙摩擦损失功率、液动摩擦损失功率和摩擦损失总功等；选取第六主轴承进行了润滑性能影响因素分析，根据分析结果，提出了相应的改进方案，为大功率柴油机的设计提供指导。研究结果表明： 1、各个主轴承的最小油膜厚度均大于最低许用值1μm，满足要求，但第六和第七主轴承的最小油膜厚度偏低；第一到第六主轴承的峰值油膜压力均小于最高许用值150MPa，满足要求，但第七主轴承由于受到飞轮的影响，轴颈倾斜较为严重，峰值油膜压力较高，超过了最高许用值150MPa；结合主轴承2D云图发现各个主轴颈均有不同程度的倾斜，轴承下瓦和轴承两端处油膜压力偏高油膜厚度偏低。 2、轴承间隙、润滑油的粘度、油槽参数、轴承表面形貌、轴瓦形状误差、轴承宽度、轴颈直径以及曲轴的平衡对主轴承润滑性能影响较大，供油压力和油孔参数对主轴承的润滑性能影响相对较小，分析结果可为提高主轴承润滑性能提供参考依据。 3、对V12大功率柴油机进行结构参数改进设计，主要包括主轴承参数和曲轴参数，改进后所有主轴承的最小油膜厚度增加；所有主轴承的峰值油膜压力均小于150MPa，尤其第七主轴承峰值油膜压力降低明显；所有主轴承的摩擦损失总功降低。

目录

声明

1 绪论

1.1引言

1.2 研究现状分析

1.2.1轴承润滑分析的早期研究

1.2.2轴承润滑的分析方法

1.2.3轴承润滑实际影响因素的研究现状

1.2.4滑动轴承的弹性流体动力润滑分析

1.2.5计入表面形貌效应的轴承流体动力润滑分析

1.2.6滑动轴承油膜边界条件的研究

1.3 本文主要研究内容

2 润滑及多体动力学理论基础

2.1柴油机主轴承弹性流体动压润滑理论

2.1.1主轴承流体动力润滑的基础方程

2.1.2滑动轴承的油膜厚度公式

2.1.3考虑轴承表面粗糙度的影响

2.1.4考虑轴承表面弹性变形的影响

2.1.5考虑润滑油的粘压效应

2.1.6扩展雷诺方程

2.2 AVL EXCITE多体动力学理论

2.2.1多体动力学质点坐标描述

2.2.2多体动力学质点的动力学方程

2.2.3自由度缩减理论

2.2.4动态缩减的动力学方程

2.3本章小结

3 柴油机主轴承弹性流体动压润滑仿真模型建立

3.1轴系三维实体模型的建立

3.2连杆与主轴承座的有限元模型

3.2.1网格要求

3.2.2有限元前处理

3.3有限元模型动态缩减

3.3.1主自由度的选取原则

3.3.2结构动态缩减

3.4轴结构化建模工具Shaft Modeler

3.5 弹性流体动压润滑模型的建立

3.5.1 AVL-PU全局参数设置

3.5.2 AVL-PU体单元定义

3.5.3 AVL-PU连接单元定义

3.5.4 仿真控制参数与缸压曲线的输入

3.6 本章小结

4 V12柴油机主轴承弹性流体动压润滑仿真分析

4.1 标定转速下所有主轴承的润滑性能结果分析

4.1.1 最小油膜厚度结果分析

4.1.2 峰值油膜压力结果分析

4.1.3 摩擦损失总功结果分析

4.1.4 轴承2D结果分析

4.2 主轴承润滑性能影响因素分析

4.2.1 轴承间隙对轴承润滑性能的影响分析

4.2.2 润滑油品对轴承润滑性能的影响分析

4.2.3 供油压力对轴承润滑性能的影响分析

4.2.4 油槽参数对轴承润滑性能的影响分析

4.2.5 油孔参数对轴承润滑性能的影响分析

4.2.6 轴承表面形貌对轴承润滑性能的影响分析

4.2.7 轴瓦形状误差对轴承润滑性能的影响分析

4.2.8 轴承宽度对轴承润滑性能的影响分析

4.2.9 曲轴平衡对轴承润滑性能的影响分析

4.2.10 主轴颈直径对轴承润滑性能的影响分析

4.3 本章小结

5 V12柴油机结构参数改进设计

5.1 改进方案下主轴承最小油膜厚度结果分析

5.2 改进方案下主轴承峰值油膜压力结果分析

5.3 改进方案下主轴承的摩擦损失总功结果分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢