基于热弹流模型的柴油机连杆小头轴承润滑性能研究

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1、天津大学硕士学位论文基于热弹流模型的柴油机连杆小头轴承润滑性能研究DieselEngineConnectingRodSmallEndBearingLubricationPerformanceResearchBasedOntheThermalElasticHydrodynamicsModel学科专业：动力工程研究生：刘博指导教师：毕凤荣副教授企业导师：高俊华高级工程师天津大学机械工程学院2017年12月摘要柴油机作为动力源在各个领域得到了广泛的应用。近年来，由于能源与环境要求的不断提高，高功率密度柴油机成为发展方向，同时也带来了柴油机运动副摩擦磨损加剧等

2、问题。柴油机连杆小头轴承相比其他润滑轴承，由于冲击载荷高和飞溅润滑供油压力低的特点，轴承润滑情况恶劣，并且轴承距离燃烧室近，轴承工作温度高使得其润滑条件变得更加复杂，因此开展基于热弹性流体动力学(TEHD)模型的连杆小头轴承润滑研究具有良好的研究意义和工程应用意义。本文以某六缸柴油机为研究对象，首先利用Hypermesh软件对活塞、连杆、活塞销和曲柄销进行网格划分，建立有限元模型，利用模态验证方法验证了活塞和连杆有限元模型的准确性，考虑计算效率问题，通过Craig-Bampton子结构法进行模态缩减，保留有限元模型计算所需主节点和主自由度，在AVL-E

3、XCITE软件平台中搭建了活塞—连杆—曲柄销柔性多体动力学模型。然后基于热弹性流体动力学理论通过定义连杆小头轴承供油边界条件和热边界条件建立连杆小头轴承TEHD润滑模型，通过仿真计算得到连杆小头轴承润滑性能评价参数，并与连杆小头弹性流体动力学(EHD)润滑模型计算结果进行对比探究热负荷对轴承润滑性能的影响。并基于连杆小头轴承TEHD润滑模型，探究供油温度、轴承间隙和表面粗糙度对连杆小头轴承润滑性能的影响规律。研究结果表明，热负荷对连杆小头轴承润滑性能有很大影响，计及热负荷的影响，轴承最大油膜压力增加，最小油膜厚度降低，摩擦功耗增加，粗糙峰接触百分比增加

4、，轴承润滑情况恶化，因此基于热弹性流体动力学润滑模型计算得到的连杆小头轴承性能结果更为严苛，在对连杆小头轴承摩擦副失效机理分析研究应基于TEHD模型展开，并且随着供油温度升高、轴承间隙和表面粗糙度的增加，轴承最大油膜压力升高，最小油膜厚度降低，润滑性能变得恶劣，因此在加工设计过程中要尽量降低供油温度，轴承装配间隙和轴瓦表面粗糙度，对改善轴承润滑，降低摩擦磨损，提高寿命都用重要作用。关键词：热弹性流体动力学模型，轴承润滑，热负荷，柔性多体动力学，柴油机IABSTRACTAsthepowersource,dieselenginehasbeenwidelyu

5、sedinvariousfields.Inrecentyears,astherequirementofenergyandenvironmentimproving,thedevelopmentdirectionhasturnedtothehighpowerdensitydieselengine.Howeverlotsofproblemsaroseduringthedevelopmentsuchasjointwearandetc.Comparedwiththeotherbearings,theconnectingrodsmallendbearinglubr

6、icationispoor.Duetothehighimpactloadwhichithastobearandthelowsplashlubricationoilsupplypressure,what’smore,asit’sclosetothecombustionchamber,thehighbearingoperationtemperaturemakesthebearinglubricateconditionmorecomplex.Theresearchontheconnectingrodsmallendbearinglubricationwhic

7、hisbasedonthethermalelastichydrodynamics(TEHD)modelhasgoodresearchsignificanceandpracticalsignificance.Inthispaper,asix-cylinderdieselenginewasusedastheresearchobject.ThefiniteelementmodelwasestablishedbyusingHypermeshsoftwaretomodelthepiston,connectingrod,pistonpinandcrankpin,a

8、ndtheaccuracyofthefiniteelementmodelofthepiston