计入热变形影响的内燃机主轴承热流体动力润滑分析

根据动载滑动轴承热流体动力润滑理论,结合热变形矩阵法,提出一种考虑热变形因素影响时的内燃机主轴承热流体动力润滑分析方法,阐述该方法的基本理论和控制方程,探讨热变形因素对主轴承工作时的轴心轨迹、润滑油流量、最大油膜压力和最小油膜厚度等状态参量的影响情况。结合一主轴承实例进行数值仿真分析,仿真分析结果发现,计入热变形影响因素后,同未考虑热变形影响时分析得到的结果相比,轴心运动轨迹发生了很大变化,平均润滑油流量和一个载荷周期内的最大油膜压力均明显增加,一个载荷周期内的最小油膜厚度明显减小,润滑油平均温升则稍有减小。内燃机主轴承在工作时受各种热源因素的影响会产生热变形,在主轴承设计以及内燃机润滑系统供油量设计过程中考虑这种变形因素的影响是很有必要的。

热边界条件对径向轴承的热流体动力润滑分析的影响

建立了径向轴承的三维热流体动力润滑模型,该模型涉及质量守恒广义Reynolds方程、三维能量方程和固体热传导方程的联立求解。在此基础上,对几个重要热边界条件的处理方式进行了深入的研究。结果表明,热边界条件的处理对径向轴承热流体动力润滑分析的结果有较大的影响,为了获得可靠的计算结果,应根据实际的操作工况合理地确定热边界条件。

计及表面变形的轴向柱塞泵滑靴副热流体动力润滑分析

考虑热变形和弹性变形等影响因素,对倾覆状态下滑靴副热流体动力润滑性能进行研究,主要分析讨论不同柱塞腔压力、主轴转速和进口油液温度等工况下热变形和弹性变形对滑靴副热流体动力润滑性能的影响。采用有限差分法联立求解雷诺方程和油膜厚度方程进行滑靴副油膜润滑分析,采用有限单元法计算滑靴表面变形,采用能量方程和热传导方程计算油膜温度。结果表明,计及热变形和弹性形变时,油膜压力和油膜厚度场在滑靴中心油室和边缘处出现凸起峰值;油膜温度场沿滑靴半径方向由内向外递减分布;柱塞腔压力越大,主轴转速和进油口温度越高,油膜厚度的振荡衰减特征越明显,摩擦转矩随油膜厚度减小而增大,处于柱塞泵的吸排油交替区时的油膜厚度和摩擦转矩出现峰值。

考虑轴颈偏斜的多瓦径向滑动轴承热流体动力润滑分析

建立考虑轴颈偏斜的多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑(TEHD)分析的数学模型,求解轴瓦表面当量弹性变形,计算得到轴颈偏斜时的瓦块油膜厚度、油膜压力分布和瓦面温度分布等,并对比分析无轴线偏斜和有轴线偏斜情况,得到多瓦可倾瓦径向滑动轴承的热弹流润滑性能差异。结果表明,TEHD模型下,轴颈偏斜会导致轴承油膜厚度、油膜压力和瓦面温度等分布在轴向不对称,并且导致轴承油膜厚度明显减小。

浮环轴承稳态热流体动力润滑分析

环速比是影响浮环轴承静动特性的关键运行参数,大量试验数据表明浮环轴承环速比与工作转速的呈强烈的非线性关系,而理论对环速比的预测还存在较大偏差,针对该问题,建立了浮环轴承的稳态热流体动力润滑润滑模型,计算了典型工况下轴承的动静特性参数,研究了等温、导热和绝热情况下环速比、温升、功耗和偏心率等关键参数随转速的变化规律,分析了浮环材料对环速比的影响,探讨了传统环速比解析计算公式的适用范围.研究发现:等温模型在大部分转速范围内均严重高估了环速比,而基于导热模型的计算结果与试验结果吻合良好,随着转速的升高,理论和试验结果均显示环速比先急速上升后逐渐下降,在中高转速下内外膜的黏度差异和热变形是环速比快速下降的两个重要因素,同时,使用高热膨胀系数材料的浮环会导致环速比进一步降低.因此,热效应是浮环轴承设计过程中必须要考虑的因素.

制造误差对多瓦可倾瓦径向滑动轴承热流体动力润滑性能的影响

建立考虑制造误差的多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑(TEHD)分析的计算模型,计算得到有制造误差时的瓦块油膜厚度、油膜压力、瓦面温度分布等,并对比分析多瓦可倾瓦径向滑动轴承在有无制造误差时的热弹流润滑性能差异。结果表明,轴径误差会导致最大油膜压力显著增大,轴瓦瓦面曲率半径误差会导致最小油膜厚度和最大油膜压力均有一定增大,而预载荷误差对轴承的润滑性能无明显影响。

计入应力偶效应和空化效应的滑动轴承热流体动力润滑数值研究

基于应力偶理论和Elrod空化算法建立了滑动轴承热流体动力润滑数学模型，数值求解了应力偶流体的Reynolds方程、油膜能量方程及轴瓦热传导方程，考察了应力偶效应对滑动轴承热流体动力润滑性能产生的影响。结果表明：应力偶流体明显地提高了油膜压力，降低了轴承摩擦系数，同时也使端泄流量和轴承的温度场有所改变。

柴油机滑动轴承热流体动力润滑仿真研究

根据径向滑动轴承热流体动力润滑理论,基于JFO理论提出的质量守恒边界条件,建立同时包含油膜完整区和空穴压力变化的单缸柴油机滑动轴承热流体动力润滑模型,采用有限差分法求解模型方程,仿真分析滑动轴承的油膜厚度、油膜压力、润滑油流量和温度等参数对润滑性能的影响,分析内燃机滑动轴承润滑特性,为轴承润滑可靠性设计提供一定的理论依据。

螺旋槽液膜密封热流体动力润滑性能分析

基于热流体动力润滑理论,建立了基于质量守恒和能量守恒的螺旋槽机械密封准三维热流体动力模型,采用有限单元法同时求解跨膜平均能量方程和动静环热传导方程,并迭代求解广义雷诺方程和温度方程获得了液膜压力、温度和密封环的温度分布。对比分析了不同螺旋槽参数下密封热流体动力润滑(THD)和流体动力润滑(HD)的密封特性。结果表明:高黏度下润滑液膜的热效应不可忽略。与THD模型相比,HD模型过高估计了开启力和摩擦系数,但低估了密封泄漏率。以开启力为目标,THD模型下的最优槽深小于HD模型下的值;大的槽坝比和螺旋槽个数均会增加密封泄漏率;螺旋槽结构对摩擦系数的影响规律与开启力趋势相反;大槽深和大槽坝比有助于降低液膜和密封环的温度。

织构化活塞环/缸套的瞬态热流体动力润滑分析

考虑温升对活塞环/缸套流体动力润滑的影响,联立广义Reynolds方程、膜厚方程、载荷方程、能量方程及热传导方程,建立织构化活塞环/缸套的瞬态热流体动力润滑模型;采用多重网格法和逐列扫描法进行求解,探究织构参数对热流体润滑的影响。结果表明:摩擦引起的温度升高使得最小油膜厚度和最大油膜压力变化趋势及大小均发生显著的变化,这表明在对该摩擦副进行动力润滑分析时必须考虑温升的影响;织构面密度和深度对最小油膜厚度、最大油膜压力及最大油膜温度随曲柄转角的变化趋势没有明显的影响,但对它们的值的大小产生不可忽略的影响,其中在做功冲程,小织构面密度和织构深度对应较小的最小油膜厚度和最大油膜温度,较大的最小油膜厚度。研究表明:在一定范围内,小的织构面密度和织构深度具有更优的燃油经济性,反之则具有更优的润滑可靠性。

高压大流量乳化液泵滑动轴承热流体动力润滑仿真分析

建立了滑动轴承热流体动力润滑模型,并针对乳化液泵曲轴滑动轴承在工作状态下的热流体动力润滑性能进行了仿真研究,主要分析讨论了偏心率、润滑油黏度和曲轴转速对滑动轴承润滑性能的影响。计算中采用了二维Reynolds方程计算滑动轴承的油膜的压力分布及厚度分布,采用能量方程和黏温方程耦合计算求解滑动轴承油膜的温升分布,并应用有限差分法通过Fortran程序对模型中的各方程进行了迭代求解。通过理论与试验方法验证了热流体动力润滑模型的正确性:滑动轴承的最小油膜厚度仿真计算结果与理论值相吻合,且为偏心率的单调递减的线性函数;润滑油黏度对滑动轴承内压力影响系数的仿真值与试验值吻合较好。仿真结果表明:滑动轴承油膜的承载能力,随着偏心率、润滑油黏度、曲轴转速的增加而增大;滑动轴承油膜的换热能力,随偏心率、润滑油黏度以及曲轴转速的降低而增加。

动载轴承的非稳态热流体动力润滑分析

为了考察热效应对动载轴承润滑性能的影响，建立了动载轴承热流体动力润滑分析的数学模型，联立求解了广义雷诺方程、能量方程、固体热传导方程以及载荷平衡方程，得出了动载轴承的油膜压力分布、油膜温度场分布、轴心轨迹、流量和功耗。在求解过程中针对油膜和轴瓦温度场的时变性的不同，提出对它们分别进行非稳态和准稳态数值求解的方法。另外还采用了不同的温度边界条件进行计算。结果表明：在动载荷作用下，轴承的油膜压力、温度场、轴心轨迹、流量和功耗也随时间作相应的变化。

轴颈倾斜微型气体轴承的热流体动力润滑分析

基于能量守恒原理推导计入气体稀薄效应的修正能量方程及其有限差分表达式,并通过偏导数法和有限差分法联立求解修正Reynolds方程、修正能量方程、气体黏温关系和气膜厚度方程,详细研究了微型气体轴承静动态性能随结构参数、轴颈倾斜方位角和黏温热效应的变化规律。结果表明:气膜热效应提高了微型气体轴承的承载能力、摩擦因数和动态刚度系数,而降低了直接阻尼系数,轴颈倾斜误差对微型气体轴承的静、动态性能均产生不利影响,计算结果可为提高微型气体动压轴承-转子系统的稳定性提供重要理论依据。

内燃机主轴承热弹性流体动力润滑研究

建立了内燃机主轴承热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4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最大油膜压力、最小油膜厚度、最高油膜温度、摩擦功耗和轴心轨迹。计算结果表明:3号主轴承所受到的载荷峰值最小,一个工作周期内的平均载荷最大,平均油膜厚度最小,油膜温度最高,平均油膜压力和摩擦功耗最大。3号主轴承的润滑状况不佳,应对其进行优化设计。

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.

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。

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。

内燃机排气凸轮/挺柱机构的瞬态热弹性流体动力润滑研究

在对内燃机排气凸轮/挺柱机构进行运动学和动力学分析的基础上,采用多重网格法和多重网格积分技术对该摩擦副进行了热弹性流体动力润滑研究。结果表明:凸轮的一个旋转周期内的不同瞬时摩擦副的润滑状况存在显著的差别,压力、膜厚等相关参数都表现出剧烈的变化;最小膜厚和最高接触压力出现在凸轮挑尖处;卷吸速度为零的2个工作点之间是凸轮-挺柱润滑的危险区;摩擦造成的润滑油温升超过40℃。

超大滑滚比热弹性流体动力润滑

求出了润滑副两表面反向运动 ,即滑滚比大于 2直至无限大的线接触热弹性流体动力润滑问题的完全数值解 ,揭示出这种润滑膜的几个特点 ,如表面的凹陷 ,随滑滚比的增加第二压力峰并入且逐渐增高压力主峰等 ,并讨论了温度

基于热弹流体动力混合润滑的船舶柴油机主轴承摩擦研究

基于柔性机体和柔性曲轴模型,运用JFO边界条件下的扩展Reynolds方程和Greenwood/Tripp微峰接触理论,计入温度对摩擦润滑的影响,建立船舶柴油机机体和曲轴耦合下的主轴承的热弹流体动力混合润滑模型,并与不同计算模型进行对比和验证。结果表明:在热弹流体动力混合润滑模型下,单轴承座模型的计算结果偏于保守,整机体模型较为合理;在全柔性整机体模型下,THD模型过于理想,计入定值温度影响的EHD模型较TEHD模型的摩擦功耗偏大,说明温度对油膜的影响对主轴承的摩擦特性有重要作用。同时,通过与ALLMAIER方法对比验证,表明TEHD计算模型更具可靠性。因此,对于大型船舶柴油机而言,全柔性、计入表面接触和温度对油膜及摩擦副影响的热弹流体动力混合润滑模型是适宜的选择。