内燃机曲轴轴承的轴心轨迹

内燃机曲轴轴承的轴心轨迹

润滑分析的基础—引言轴承的负荷大小和方向的周期性变化是由轴承的几个环的函数引起的，每个周期的轴心节点的位置都会发生变化。在一个内燃机工作循环中,轴心位置的连线将形成一条封闭的轴心轨迹曲线。通过轴心轨迹可以得到曲轴轴承在工作时任一瞬时的油膜形状和最小油膜厚度,清楚地反映轴承的润滑状况,判定轴承工作的可靠性;确定实现轴承液体润滑条件下所必须的最小间隙与精度及润滑油粘度;确定轴承合适的进油孔位置;分析与鉴别轴承故障等。因此,在内燃机曲轴轴承研究中,轴心轨迹的研究占据着十分重要的位置,是曲轴轴承润滑分析的基础。内燃机曲轴轴承轴心轨迹一般通过试验法和计算法两种方法获得。1流效应的测量目前内燃机曲轴轴承轴心轨迹一般采用电涡流传感器测量,利用电涡流传感器产生的电涡流效应如图1所示,对于轴承横截面,如果安装在轴承水平和垂直位置上的电涡流传感器测量的油膜厚度分别为hx和hz,考虑到轴心相对孔心的偏心距与轴承半径比较是一个非常小的值,轴心位置坐标x和z可以用下式计算≐≐-(式中:1990年张慧生等2创建轴系统优化分布传感器,增加自动识别和检测方法,提高服务于决策的设计和设计轴心轨迹的测量存在很多困难,如在轴承设计阶段无轴承可测量,而对已失效的轴承不能直接进行测量,另外许多场合不允许在需要的部位安装测量传感器。因此,通过分析计算方法获得轴心轨迹对轴承的设计和故障分析具有重要的作用。计算轴心轨迹,就是求出内燃机一个工作循环中每一曲轴转角时刻,轴心在轴承内所处的位置。曲轴轴承轴心轨迹的计算方法,一般有静力学法和动力学法两大类。2.1创建控制轴系横向静力学法静力学法的基本思路为:首先按简支梁法或连续梁法确定轴承负荷,利用雷诺方程求出轴承的压力分布和承载力,再根据轴承负荷与油膜承载力的瞬时静力学平衡条件,确定出轴心在每一瞬时的位置,连接内燃机一个工作循环内(即曲轴转720°)各瞬时轴心位置即可获得轴心轨迹静力学法主要包括Hahn法、Holland法和Mobility法。2.1.1哈希法Hahn法的基本原理1982年陈兆雄把曲轴看成支承在有油膜的弹性轴承上的连续曲梁,并在此基础上建立了一种曲轴轴承载荷的计算方法2.1.2yn392cq基因第一主轴颈轴线轨迹图Holland法的基本原理杨登峰2001年运用Holland法计算了YN4102Q柴油机第一主轴颈轴心轨迹图,并与台架试验测出的图形进行了对比2.1.3移动法Mobility法的基本点Mobility法现在依然是常见的方法2.2降低轴承的实际计算内燃机的实际工作表明,曲轴轴承的载荷变化十分剧烈,忽略惯性质量的影响将导致计算结果与轴承的实际情况差异较大。动力学法在分析计算中计入了轴系惯性影响,通过Reynolds方程和动量方程联立求解,计算轴心轨迹1982年,陈伯贤等提出了包含轴系惯性项的动载轴承轴心轨迹的动力学计算方法3影响轴向运动的因素分析3.1最小油膜厚度其它条件不变时,随着润滑油流量的增加,轴心轨迹变化更为圆滑(曲轴转角300℃A到380℃A),轴心急速向心运动较小,最小油膜厚度变化不大3.2心轨迹向右扩展随着转速的增加,轴心轨迹向右扩展(曲轴转角0℃A到180℃A),油膜厚度增加3.3度对轴承轨迹的影响润滑油温度对轴心轨迹有一定的影响3.4部分心肌轨迹负荷对轴心轨迹有一定的影响3.5粗糙度对转速和轴承轨迹的影响轴承的表面粗糙度对轴心轨迹的影响不是很大3.6最小油膜厚度在正常配合间隙内,随着轴承间隙的增加,最小油膜厚度减小,轴心轨迹曲线圆滑并不断向外扩展3.7计及轴颈倾斜的轴承的局部轨迹计及和不计轴颈倾斜的轴承轴心轨迹有相同的变化趋势。与不计轴颈倾斜的轴承比较,计及轴颈倾斜的轴承中央截面上的轴心轨迹基本没有变化,而其在前端面和后端面上的轴心轨迹有一定的变化,且局部位置变化较明显3.8“三自”结构的应用文献3.9“三自”结构的应用文献3.10“三自”结构的应用文献3.11件与生物力学性能温度边界条件对轴心轨迹计算结果有着显著的影响3.12对心肌轨迹的影响油槽存在及开设位置对轴心轨迹有很大影响。张慧生等人对4100柴油机第三主轴承4轴向振动的影响1)以往试验研究中测量的曲轴轴承轴心轨迹都是二维轴心轨迹,这与曲轴轴承的实际工作情况不完全一致,内燃机工作中曲轴轴颈在轴线方向上存在位置的改变。因此,曲轴轴承的三维轴心轨迹测量是进一步试验研究的方向。曲轴轴承三维轴心轨迹与二维轴心轨迹相比,同时测量了轴颈轴向运动位移,以定量阐明轴颈轴心的轴向运动,可以为设计中分析曲轴的轴向振动对轴承摩擦学性能的影响和由此产生的噪声等问题提供重要的参考依据。这一点对于行程较长的船用柴油机尤为重要。2)静力学法在计算曲轴轴承轴心轨迹时不考虑运动件的惯性质量,认为在任一瞬时外载荷与油膜承载力满足静力平衡方程。内燃机工作时,曲轴轴承载荷变化剧烈,忽略惯性项的影响将导致计算结果与轴承的实际情况差异较大。动力学法在分析计算中计入了轴系惯性影响,通过Reynolds方程和动量方程的联立求解轴承轴心轨迹,因而较静力学法合理和准确。另外,由于内燃机工作时,曲轴轴承受到曲轴、机体等变形和运动的影响,曲轴轴承、曲轴和机体等零部件之间存在直接的相互作用。因此,为了使预测结果更接近实际,曲轴轴承轴心轨迹分析的发展方向应是综合考虑轴承、曲轴和机体等零部件之间存在