柴油机曲柄连杆机构流体动力润滑研究

论文摘要

目前,柴油机向着高强化、高速化、大扭矩化发展,使得气缸的爆发压力急剧上升,对柴油机各个构件的要求也越来越高。柴油机曲柄连杆机构作为柴油机主要的润滑部件,对它进行流体动力润滑方面的研究有助于我们了解柴油机的摩擦和磨损状态,同时这也是构建柴油机完整动力环境的必要研究内容。首先,在多体动力学分析理论的基础上,采用有限元法对曲轴模态进行了计算,并与实际实验结果进行了分析验证,在此基础上以康明斯6BT5.9柴油机为研究对象,在ADAMS中建立其多体动力学计算仿真模型,对主轴承载荷进行了计算分析。其次,在滑动轴承流体动力润滑理论基础上,筛选了适用于柴油机曲轴轴承润滑的雷诺方程和相应的边界条件,同时采用有限差分法编程求解雷诺方程；对荷氏法轴心轨迹计算模型进行改进,分析了油膜厚度；分析表明轴承相对间隙、轴承宽度和油膜粘度都对轴承正常运行有重要影响。第三,对润滑油的温度和粘度关系进行了分析并推导出Reynolds粘温方程。通过对轴承消耗功率和润滑油流量的分析,提出了计算轴承温升的计算流程并编写计算程序,分析表明轴承温升对曲轴轴承的正常运转影响很大。第四,在滑动轴承实验台上研究了滑动轴承在不同转速、不同载荷条件下的润滑特性,对滑动轴承的摩擦特性、油膜压力分布以及轴承承载能力进行了测量分析,实验结果证实了理论分析的正确性。第五,对活塞运动过程和受力情况进行了分析,建立了活塞—缸套流体动力润滑模型,对活塞裙部润滑油膜的承载力和油膜历程的计算方法进行了研究,同时编写了计算程序。最后,采用本文提出的分析方法和编写的计算程序,在额定工况下,计算了康明斯6BT5.9柴油机七个主轴承的轴心轨迹、最小油膜厚度、油膜反力、最大油膜压力和轴承温升。同时也计算得出六个气缸活塞裙部润滑油膜的承载力和油膜厚度的变化情况。计算结果表明,柴油机曲柄连杆机构的润滑状况对柴油机的正常运行影响很大,它们直接影响到柴油机整体的可靠性和耐久性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 柴油机曲柄连杆机构润滑研究概况
• 1.2.1 曲轴—轴承摩擦副研究状况
• 1.2.2 缸套—活塞摩擦副研究状况
• 1.2.3 缸套—活塞环摩擦副研究状况
• 1.3 本课题的研究背景和意义
• 1.3.1 课题研究背景
• 1.3.2 课题研究意义
• 1.4 本文的研究内容和结构
• 1.5 小结
• 第2章 柴油机曲轴轴承载荷计算分析
• 2.1 引言
• 2.2 多体动力学分析理论简介
• 2.2.1 多刚体系统动力学相关概念
• 2.2.2 多柔体系统动力学相关概念
• 2.3 柴油机曲轴模态分析
• 2.3.1 曲轴有限元模态计算
• 2.3.2 曲轴实验模态分析
• 2.4 六缸柴油机曲轴轴承载荷计算分析
• 2.4.1 曲轴轴系多体动力学仿真计算模型
• 2.4.2 主轴承载荷计算
• 2.5 小结
• 第3章 曲轴轴承流体动力润滑分析
• 3.1 引言
• 3.2 流体动力润滑基本理论
• 3.3 滑动轴承流体动力润滑分析
• 3.3.1 雷诺方程及其边界条件
• 3.3.2 雷诺方程的求解
• 3.3.3 油膜承载力与作用角
• 3.3.4 轴心轨迹仿真算法
• 3.3.5 油膜厚度分析
• 3.4 曲轴轴承润滑性能影响因素
• 3.4.1 轴承相对间隙对润滑性能的影响
• 3.4.2 轴承宽度比对润滑性能的影响
• 3.4.3 润滑油粘度对润滑性能的影响
• 3.5 小结
• 第4章 曲轴轴承热平衡分析
• 4.1 引言
• 4.2 温度与粘度关系
• 4.3 消耗功率计算模型分析
• 4.4 润滑油流量计算模型分析
• 4.4.1 旋转流量计算模型分析
• 4.4.2 供压流量计算模型分析
• 4.5 轴承温升计算程序
• 4.6 小结
• 第5章 滑动轴承性能实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验系统
• 5.2.1 实验装置结构简介
• 5.2.2 实验装置参数确定
• 5.2.3 实验原理分析
• 5.3 实验方案设计
• 5.4 实验结果与分析
• 5.4.1 摩擦特性分析
• 5.4.2 油膜周向压力分布研究
• 5.4.3 油膜承载力分析
• 5.5 小结
• 第6章 活塞—缸套流体动力润滑分析
• 6.1 引言
• 6.2 活塞动力学分析
• 6.3 活塞—缸套流体动力润滑模型研究
• 6.4 润滑油膜历程分析
• 6.5 小结
• 第7章 康明斯柴油机曲柄连杆机构流体动力润滑分析
• 7.1 引言
• 7.2 曲轴轴承摩擦学分析
• 7.2.1 主轴承轴心轨迹
• 7.2.2 主轴承最小油膜厚度
• 7.2.3 主轴承油膜反力
• 7.2.4 主轴承最大油膜压力
• 7.2.5 主轴承温升计算
• 7.3 活塞—缸套摩擦学分析
• 7.3.1 活塞润滑油膜承载力
• 7.3.2 活塞润滑油膜历程
• 7.4 小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 本文主要研究内容
• 8.2 本文的主要结论
• 8.3 对本课题研究方向的展望
• 参考文献
• 致谢