考虑非稳态传热的高速汽油机主轴承润滑分析.pdf

第 3期（总第224期) 车用 发 动 机 No . 3 (Serial No . 224) 2016年 6月 V EH IC LE ENGINE Jun . 2016 考虑非稳态传热的高速汽油机主轴承润滑分析 杨靖 W ，张纯标W ，刘凯敏W ，薛川W ，江武W ，陈小强w ( 1 . 湖南大学汽 身先进设计制造国家重点实验室，湖 南 长 沙 410082; 2 . 湖南大学先进动力总成技术研究中心，湖南长沙 410082) 摘 要 ：针对一款高速汽油机主轴承内部润滑与摩擦磨损问题，考虑到轴承承载不均导致的轴瓦与润滑油非稳 态传热，基于弹性流体动力润滑（E H D ) 和轴承动力学理论方法，通过迭代计算，得出该高速汽油机具有代表性的第 三主轴承在最大转速 （ 9 500 r/m in ) 时轴承内部精确的温度场与热变形，并以此为轴承新的几何轮摩边界条件分析 轴承的实际润滑情况。结果表明，与未考虑轴瓦温度场及热变形相比，轴承润滑状态明显恶化，具体表现为轴承最 小油膜厚度减小、最大油膜压力增大，且出现较严重的磨损。最后通过发动机台架试验测得轴承的实际工作情况， 并与计算结果进行对比，计算结果与实际摩擦磨损情况吻合，验证了所用方法和所得研究结论的正确性。 关键 词 ：汽油机；主轴承；温 度场；润 滑 ；磨 损 ；传热 DOI ： 10. 3969/j. issn. 1001-2222. 2016. 03. 008 中图分类号：TK411. 9 文献标志码：B 文章编号：1001-2222(2016)03-0040-07 内燃机运转时，发动机主轴承中通过形成流体 温度分布以及热变形，并在此边界条件下精确分析 润滑油膜，对曲轴轴颈起着支撑和润滑作用，其工作 主轴承的润滑和磨损情况。 状况与内燃机的可靠性、使用寿命等均有密切关系。 1 基本理论 随着内燃机向着高速大功率方向发展，主轴承与主 轴颈之间的相对摩擦线速度可达10 rn /s 以上，在如 1 . 1 雷诺方程 此高速运转的工况下，即使是流体摩擦，也会产生大 内燃机主轴承是在非稳定载荷下工作的[5]。润 量摩擦热[1]，使润滑油温度升高。且在内燃机运转 滑介质在轴承间隙空间中的流动状况可用雷诺方程 过程中，容易发生边界摩擦，此时两金属材料直接接 来描述。雷诺方程表明了油膜支撑力与动态外载荷 触，造成剧烈磨损，接触部位温度急剧升高，热变形 的力平衡关系[6]，数学描述的公式如下： 大。对主轴颈而言，重载与发生边界摩擦的区域随 其转动而均匀分布，但轴瓦与缸体保持相对静止，其 O X llrj 〇 x O X I 乙 rj O Z 承载较大的区域与发生粗糙接触摩擦的区域相对固 Q U i -\- U 2 d h I 7 U i ^ U 2 d 〇 I d C h j c ) x 定，轴瓦内表面各部分载荷与摩擦分布不均，传热也 不均匀，使得轴瓦表面各部分温度及热变形不相 式中为轴颈表面轴向速度；6 为机油填充率；7 同[2]。研究表明：热与热变形对轴承的润滑性能影 为机油动力黏度；/I 为油膜厚度；，为油膜压力 响很大[3]，所以准确的轴承温度场及热变形对正确 为时间；I 和 Z 为空间坐标轴。轴承空间几何坐标 分析轴承的润滑性能具有十分重要的意义[4]。 见图1。 本研究针对某高速汽油机台架试验过程中发动