內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承的軸心軌跡

內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承的軸心軌跡

潤(rùn)滑分析的基礎(chǔ)—引言軸承的負(fù)荷大小和方向的周期性變化是由軸承的幾個(gè)環(huán)的函數(shù)引起的，每個(gè)周期的軸心節(jié)點(diǎn)的位置都會(huì)發(fā)生變化。在一個(gè)內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)中,軸心位置的連線將形成一條封閉的軸心軌跡曲線。通過(guò)軸心軌跡可以得到曲軸軸承在工作時(shí)任一瞬時(shí)的油膜形狀和最小油膜厚度,清楚地反映軸承的潤(rùn)滑狀況,判定軸承工作的可靠性;確定實(shí)現(xiàn)軸承液體潤(rùn)滑條件下所必須的最小間隙與精度及潤(rùn)滑油粘度;確定軸承合適的進(jìn)油孔位置;分析與鑒別軸承故障等。因此,在內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承研究中,軸心軌跡的研究占據(jù)著十分重要的位置,是曲軸軸承潤(rùn)滑分析的基礎(chǔ)。內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承軸心軌跡一般通過(guò)試驗(yàn)法和計(jì)算法兩種方法獲得。1流效應(yīng)的測(cè)量目前內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承軸心軌跡一般采用電渦流傳感器測(cè)量,利用電渦流傳感器產(chǎn)生的電渦流效應(yīng)如圖1所示,對(duì)于軸承橫截面,如果安裝在軸承水平和垂直位置上的電渦流傳感器測(cè)量的油膜厚度分別為hx和hz,考慮到軸心相對(duì)孔心的偏心距與軸承半徑比較是一個(gè)非常小的值,軸心位置坐標(biāo)x和z可以用下式計(jì)算??-(式中:1990年張慧生等2創(chuàng)建軸系統(tǒng)優(yōu)化分布傳感器,增加自動(dòng)識(shí)別和檢測(cè)方法,提高服務(wù)于決策的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)軸心軌跡的測(cè)量存在很多困難,如在軸承設(shè)計(jì)階段無(wú)軸承可測(cè)量,而對(duì)已失效的軸承不能直接進(jìn)行測(cè)量,另外許多場(chǎng)合不允許在需要的部位安裝測(cè)量傳感器。因此,通過(guò)分析計(jì)算方法獲得軸心軌跡對(duì)軸承的設(shè)計(jì)和故障分析具有重要的作用。計(jì)算軸心軌跡,就是求出內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán)中每一曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)刻,軸心在軸承內(nèi)所處的位置。曲軸軸承軸心軌跡的計(jì)算方法,一般有靜力學(xué)法和動(dòng)力學(xué)法兩大類。2.1創(chuàng)建控制軸系橫向靜力學(xué)法靜力學(xué)法的基本思路為:首先按簡(jiǎn)支梁法或連續(xù)梁法確定軸承負(fù)荷,利用雷諾方程求出軸承的壓力分布和承載力,再根據(jù)軸承負(fù)荷與油膜承載力的瞬時(shí)靜力學(xué)平衡條件,確定出軸心在每一瞬時(shí)的位置,連接內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)(即曲軸轉(zhuǎn)720°)各瞬時(shí)軸心位置即可獲得軸心軌跡靜力學(xué)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年陳兆雄把曲軸看成支承在有油膜的彈性軸承上的連續(xù)曲梁,并在此基礎(chǔ)上建立了一種曲軸軸承載荷的計(jì)算方法2.1.2yn392cq基因第一主軸頸軸線軌跡圖Holland法的基本原理?xiàng)畹欠?001年運(yùn)用Holland法計(jì)算了YN4102Q柴油機(jī)第一主軸頸軸心軌跡圖,并與臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)出的圖形進(jìn)行了對(duì)比2.1.3移動(dòng)法Mobility法的基本點(diǎn)Mobility法現(xiàn)在依然是常見(jiàn)的方法2.2降低軸承的實(shí)際計(jì)算內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際工作表明,曲軸軸承的載荷變化十分劇烈,忽略慣性質(zhì)量的影響將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與軸承的實(shí)際情況差異較大。動(dòng)力學(xué)法在分析計(jì)算中計(jì)入了軸系慣性影響,通過(guò)Reynolds方程和動(dòng)量方程聯(lián)立求解,計(jì)算軸心軌跡1982年,陳伯賢等提出了包含軸系慣性項(xiàng)的動(dòng)載軸承軸心軌跡的動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法3影響軸向運(yùn)動(dòng)的因素分析3.1最小油膜厚度其它條件不變時(shí),隨著潤(rùn)滑油流量的增加,軸心軌跡變化更為圓滑(曲軸轉(zhuǎn)角300℃A到380℃A),軸心急速向心運(yùn)動(dòng)較小,最小油膜厚度變化不大3.2心軌跡向右擴(kuò)展隨著轉(zhuǎn)速的增加,軸心軌跡向右擴(kuò)展(曲軸轉(zhuǎn)角0℃A到180℃A),油膜厚度增加3.3度對(duì)軸承軌跡的影響潤(rùn)滑油溫度對(duì)軸心軌跡有一定的影響3.4部分心肌軌跡負(fù)荷對(duì)軸心軌跡有一定的影響3.5粗糙度對(duì)轉(zhuǎn)速和軸承軌跡的影響軸承的表面粗糙度對(duì)軸心軌跡的影響不是很大3.6最小油膜厚度在正常配合間隙內(nèi),隨著軸承間隙的增加,最小油膜厚度減小,軸心軌跡曲線圓滑并不斷向外擴(kuò)展3.7計(jì)及軸頸傾斜的軸承的局部軌跡計(jì)及和不計(jì)軸頸傾斜的軸承軸心軌跡有相同的變化趨勢(shì)。與不計(jì)軸頸傾斜的軸承比較,計(jì)及軸頸傾斜的軸承中央截面上的軸心軌跡基本沒(méi)有變化,而其在前端面和后端面上的軸心軌跡有一定的變化,且局部位置變化較明顯3.8“三自”結(jié)構(gòu)的應(yīng)用文獻(xiàn)3.9“三自”結(jié)構(gòu)的應(yīng)用文獻(xiàn)3.10“三自”結(jié)構(gòu)的應(yīng)用文獻(xiàn)3.11件與生物力學(xué)性能溫度邊界條件對(duì)軸心軌跡計(jì)算結(jié)果有著顯著的影響3.12對(duì)心肌軌跡的影響油槽存在及開(kāi)設(shè)位置對(duì)軸心軌跡有很大影響。張慧生等人對(duì)4100柴油機(jī)第三主軸承4軸向振動(dòng)的影響1)以往試驗(yàn)研究中測(cè)量的曲軸軸承軸心軌跡都是二維軸心軌跡,這與曲軸軸承的實(shí)際工作情況不完全一致,內(nèi)燃機(jī)工作中曲軸軸頸在軸線方向上存在位置的改變。因此,曲軸軸承的三維軸心軌跡測(cè)量是進(jìn)一步試驗(yàn)研究的方向。曲軸軸承三維軸心軌跡與二維軸心軌跡相比,同時(shí)測(cè)量了軸頸軸向運(yùn)動(dòng)位移,以定量闡明軸頸軸心的軸向運(yùn)動(dòng),可以為設(shè)計(jì)中分析曲軸的軸向振動(dòng)對(duì)軸承摩擦學(xué)性能的影響和由此產(chǎn)生的噪聲等問(wèn)題提供重要的參考依據(jù)。這一點(diǎn)對(duì)于行程較長(zhǎng)的船用柴油機(jī)尤為重要。2)靜力學(xué)法在計(jì)算曲軸軸承軸心軌跡時(shí)不考慮運(yùn)動(dòng)件的慣性質(zhì)量,認(rèn)為在任一瞬時(shí)外載荷與油膜承載力滿足靜力平衡方程。內(nèi)燃機(jī)工作時(shí),曲軸軸承載荷變化劇烈,忽略慣性項(xiàng)的影響將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與軸承的實(shí)際情況差異較大。動(dòng)力學(xué)法在分析計(jì)算中計(jì)入了軸系慣性影響,通過(guò)Reynolds方程和動(dòng)量方程的聯(lián)立求解軸承軸心軌跡,因而較靜力學(xué)法合理和準(zhǔn)確。另外,由于內(nèi)燃機(jī)工作時(shí),曲軸軸承受到曲軸、機(jī)體等變形和運(yùn)動(dòng)的影響,曲軸軸承、曲軸和機(jī)體等零部件之間存在直接的相互作用。因此,為了使預(yù)測(cè)結(jié)果更接近實(shí)際,曲軸軸承軸心軌跡分析的發(fā)展方向應(yīng)是綜合考慮軸承、曲軸和機(jī)體等零部件之間存在