內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承潤(rùn)滑影響因素的研究進(jìn)展

魯劍

摘要：內(nèi)燃機(jī)是人類歷史上一項(xiàng)相當(dāng)偉大的發(fā)明，它是人類進(jìn)入工業(yè)時(shí)代的標(biāo)志之一。因此在使用的時(shí)候，它的用途十分的廣泛。而在其組成部分當(dāng)中，曲軸軸承是其最為主要的零件之一，它的好壞程度對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的工作有著相當(dāng)大的影響。尤其是在現(xiàn)代設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要對(duì)于曲軸軸承進(jìn)行進(jìn)一步的潤(rùn)滑，才可以使其具有良好的高效率工作。因此對(duì)內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承潤(rùn)滑影響因素就必須展開深入的探究。

關(guān)鍵詞：曲軸軸承;潤(rùn)滑影響因素;研究進(jìn)展

0 ?引言

隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn)也在逐步的提升，目前其最為主要的研究方向就是可以不斷的提高輸出的功率，并且大大的延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)又可以保證它的安全性，降低其存在的一些摩擦損失。而這些要求大多數(shù)都落在曲軸軸承上面，要求它可以變得更加的小，而且更薄油膜的情況下能夠進(jìn)行持續(xù)的工作。然而這些要求同時(shí)也使得曲軸軸承的工作環(huán)境特別的極端，因此為了可以更加適應(yīng)環(huán)境，必須采取一定的潤(rùn)滑效果，才可以使其能夠正常工作。在具體應(yīng)用的時(shí)候，潤(rùn)滑情況也是極其復(fù)雜的，其潤(rùn)滑性和許多因素都有相應(yīng)的關(guān)系。因此對(duì)通過對(duì)于曲軸軸承潤(rùn)滑影響因素展開研究，有利于對(duì)曲軸軸承的具體潤(rùn)滑性能進(jìn)行詳細(xì)的分析，這樣才可以不斷的提高其設(shè)計(jì)的價(jià)值，最終可以很好的提高內(nèi)燃機(jī)的工作效率。

1 ?研究現(xiàn)狀和進(jìn)展

1.1 表面粗糙度的影響

絕大多數(shù)的曲軸軸承在使用時(shí)候所采取的最小油膜厚度大概只有幾微米，而且表面的粗糙程度也是相當(dāng)微小的。因此可以得知其表面的粗糙程度，對(duì)于其潤(rùn)滑性能有著巨大的影響。

在具體研究當(dāng)中，曾有學(xué)者對(duì)于其粗糙程度的影響因素進(jìn)行了深入的了解，通過對(duì)于不同粗糙程度的軸承進(jìn)行分別的對(duì)應(yīng)，采取雷諾方程，并且使其承載力摩擦因數(shù)等等進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算。通過這種分法可以對(duì)方程進(jìn)行進(jìn)一步的求解，便可以得到關(guān)于軸承承載力、摩擦因素等等的影響變化相應(yīng)的圖表。這樣就可以得到了相應(yīng)的粗糙值。

對(duì)于軸頸和軸承表面的粗糙程度，以及關(guān)于潤(rùn)滑油的一些特性進(jìn)行深入的研究。通過對(duì)其表面粗糙，使得軸承以最小的油膜厚度進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)也研究出粗糙度與軸承幾何和具體運(yùn)行狀況等一系列的關(guān)系，同時(shí)比較潤(rùn)滑表面和粗糙表面的性能差，這樣就可以計(jì)算其粗糙的分布改變。

在這一基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步對(duì)于平均雷諾方程進(jìn)行研究，并且考慮粗糙效應(yīng)的分析模型。可采用動(dòng)力學(xué)法等一系列的規(guī)則，對(duì)于曲軸的變形以及表面進(jìn)行了測(cè)試。從而得到，當(dāng)曲軸軸心軌跡進(jìn)行改變的時(shí)候，其粗糙的程度受到了極大的影響。因此需要考慮到其表面的粗糙程度，以及各大連桿軸承的油膜厚度，摩擦因素很可能會(huì)因此變的大小不一。

1.2 彈性變形的影響

在對(duì)于曲軸軸承的潤(rùn)滑因素影響的探究當(dāng)中，一般都將軸承直接視為較硬的物體，因此對(duì)于其彈性變形的影響都采取了一定的忽視程度。但是當(dāng)整體效率在設(shè)計(jì)上面采取不斷的加強(qiáng)時(shí)，那么曲軸軸承所承擔(dān)的負(fù)荷也必然會(huì)變得很大，因此就會(huì)導(dǎo)致其軸承出現(xiàn)一定的彈性變形的情況。在早前研究當(dāng)中，就有學(xué)者對(duì)于這一種情況進(jìn)行了深入的分析，并且充分證明曲軸軸承的油膜厚度在于彈性變形的量處于相當(dāng)?shù)牡燃?jí)，進(jìn)一步的體現(xiàn)了曲軸軸承在潤(rùn)滑時(shí)也需要考慮到彈性變形的影響。

曾有學(xué)者在對(duì)此進(jìn)行研究的時(shí)候，采取了迭代法的方法，當(dāng)潤(rùn)滑表面出現(xiàn)變形的情況下，那么就進(jìn)一步的將摩擦升高。之后在研究中則采取了彈流潤(rùn)滑理論，通過與其表面不同的模型來進(jìn)行研究，通過存在雙峰分布，或者是最小模厚附近出現(xiàn)一定的變化趨勢(shì)來研究其根本原因。這種方法在研究的時(shí)候，可以使軸承的使用壽命進(jìn)行增加，但是其在計(jì)算過程當(dāng)中所耗費(fèi)的時(shí)間是比較長(zhǎng)的。

學(xué)者在研究時(shí)提出了一種可以通過其彈性流體來進(jìn)行分析的方法，其建立的模型與雷諾方程有相似的成分，并且在對(duì)于有限元進(jìn)行結(jié)合的情況下，考慮到彈性變形的情況，因此對(duì)于曲軸軸承損壞等問題進(jìn)行深入了探討。通過利用了這一理論，進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)對(duì)比，從而使得在動(dòng)態(tài)模型當(dāng)中采取連桿軸承進(jìn)行分析。通過對(duì)于其仿真計(jì)算得到了具體的變形量，使得軸承在研究時(shí)體現(xiàn)了彈性潤(rùn)滑分析。

在研究時(shí)對(duì)于動(dòng)態(tài)滑動(dòng)軸承相對(duì)變形的情況進(jìn)行說明，并且在考慮到變形情況時(shí)，其最大油膜也會(huì)不斷的減少，因此對(duì)于油膜存在區(qū)域需要進(jìn)行詳細(xì)的了解。在對(duì)于軸承層面進(jìn)行考慮時(shí)，采取變形矩陣法，對(duì)于其彈性變形以及主軸承的影響進(jìn)行了深入了解。并且得到軸心位置固定時(shí)，其出現(xiàn)變形情況就會(huì)使得壓力明顯的減小;而當(dāng)荷載固定時(shí)引用動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，那么其油膜的厚度就會(huì)持續(xù)降低，但壓力會(huì)進(jìn)一步的增大。

1.3 熱效應(yīng)的影響

在正常的工作情況之下，機(jī)器內(nèi)部環(huán)境是極差的。因此對(duì)于曲軸軸承來講，需要考慮到其環(huán)境的復(fù)雜程度。尤其是面對(duì)熱效應(yīng)的影響，很可能會(huì)導(dǎo)致部件出現(xiàn)不同程度的損壞。因此在熱油膜當(dāng)中，如果出現(xiàn)熱效應(yīng)比較嚴(yán)重的情況下，那么就會(huì)使最外面的合金層出現(xiàn)軟化的現(xiàn)象，同時(shí)還會(huì)使?jié)櫥偷恼扯仍龠M(jìn)一步的降低，從而其的潤(rùn)滑效果大大折扣。因此必須考慮溫度因素對(duì)于曲軸軸承潤(rùn)滑性能的影響。

大多數(shù)在研究其熱影響分析的時(shí)候，都會(huì)采取等溫計(jì)算的方法，就是當(dāng)油膜的各個(gè)溫度出現(xiàn)相等情況時(shí)，那么通過整體的的平衡點(diǎn)對(duì)于其有效的溫度進(jìn)行求解。這種方法在計(jì)算過程當(dāng)中雖然比較簡(jiǎn)便，但是計(jì)算的結(jié)果準(zhǔn)確度很低。在計(jì)算的過程當(dāng)中，需要考慮到熱流體動(dòng)壓潤(rùn)滑分析，才可以進(jìn)行進(jìn)一步的準(zhǔn)確。而當(dāng)考慮到這一理論的時(shí)候，需要有熱彈流體進(jìn)行分析，以及流體動(dòng)壓潤(rùn)滑進(jìn)行分析。但是這兩者之間，前面的更符合具體的情況，因此被廣泛應(yīng)用在研究當(dāng)中。

學(xué)者有研究指出，需要通過考慮油溫升溫的時(shí)候，對(duì)于其潤(rùn)滑油粘度的影響，以及部分導(dǎo)熱部件的影響，才可以得到更為準(zhǔn)確的影響因素。之后在研究時(shí)，主要提出需要對(duì)于動(dòng)態(tài)軸承進(jìn)行分析，這樣就可以將其邊界條件適用范圍進(jìn)行進(jìn)一步的限制，但是這種算法并不具有普遍性。

設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)驅(qū)動(dòng)軸承進(jìn)行了熱彈流潤(rùn)滑分析，但是對(duì)于其表面變熱變形的情況卻采取了忽視的態(tài)度。通過假定能量方程，使得在一定條件下熱變形對(duì)于軸承潤(rùn)滑性能的影響進(jìn)行研究，然而在具體使用過程當(dāng)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)空穴。因此之后在研究時(shí)，就充分考慮到這一因素進(jìn)行進(jìn)一步分析，從而修正了能量方程。

通過對(duì)于不同溫度的條件，使得油膜所存在的不同特性進(jìn)行分析。在計(jì)算的過程當(dāng)中，對(duì)于溫度分別采取準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)和非準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的方法，這樣就可以使壓力和溫度場(chǎng)進(jìn)行時(shí)間的改變。同時(shí)對(duì)于不同的溫度邊界也產(chǎn)生了不同的計(jì)算條件。因此如果將軸瓦和軸頸視為絕熱的邊界，那么就會(huì)出現(xiàn)油溫偏高的情況。

學(xué)者在研究時(shí)，對(duì)于主軸承，現(xiàn)在有了一種新型的研究方法。通過分析熱變型的因素影響，從而考慮到軸心軌跡的位置，這樣使得最大油膜壓力可以得到增加，而厚度卻可以減少。

1.4 軸承間隙和寬度的影響

在曲軸軸承運(yùn)作的時(shí)候，如果軸承的間隙出現(xiàn)過小的情況，那么就會(huì)使得潤(rùn)滑油在使用時(shí)其流量也變小，當(dāng)潤(rùn)滑油濃度升高的時(shí)候，其承載能力就會(huì)進(jìn)一步的降低;但是當(dāng)間隙出現(xiàn)過大的情況，那么就會(huì)使得潤(rùn)滑油容易流失，因此在其表面就難以形成一層油膜，這樣就會(huì)使得軸承和軸頸之間的沖擊力不斷的增大，從而出現(xiàn)一種干摩擦的情況。因此對(duì)于油膜的承載力應(yīng)該隨著軸承的寬度在不斷的變化，但是寬度太寬也會(huì)使得潤(rùn)滑油流量進(jìn)行進(jìn)一步的降低，從而導(dǎo)致溫度進(jìn)行升高，使其的性能大打折扣，因此選擇較為合適的間隙和軸承寬度對(duì)于整體的潤(rùn)滑性能改變有著相當(dāng)大的影響。

有學(xué)者在對(duì)這一方法進(jìn)行討論的時(shí)候，采取了專用試驗(yàn)系統(tǒng)，這樣對(duì)于軸承間隙和寬度的影響就可以進(jìn)一步的研究，同時(shí)表明其寬度和接細(xì)的比值出現(xiàn)越大的情況，那么其軸頸的傾斜對(duì)于油膜厚度等一系列影響因素也會(huì)不斷的擴(kuò)大。在對(duì)間隙的影響過研究當(dāng)中，通過強(qiáng)化柴油機(jī)的主軸承性能來進(jìn)行影響分析。之后在此基礎(chǔ)上分析間隙和寬度等參數(shù)以及潤(rùn)滑性能的影響。以上研究均可得知，在潤(rùn)滑性可靠的情況之下，如果間隙越大、寬度越小，那么可以有力地提高其潤(rùn)滑效果。

1.5 工況的影響

大多數(shù)曲軸軸承的潤(rùn)滑分析都是在特定的工況之下，然而在具體使用的過程當(dāng)中，情況是會(huì)發(fā)生劇烈變化的，因此對(duì)于其工況的研究也具有相應(yīng)的意義。

在對(duì)于工況影響進(jìn)行研究的時(shí)候，建立了相關(guān)的模型來研究轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)對(duì)于整體的影響，從而使?jié)櫥軌蚋玫谋ＷC內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍;通過研究工況對(duì)于潤(rùn)滑性的影響，得到其負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的影響較為大，會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑不良、磨損嚴(yán)重等情況。

2 ?討論與展望

在對(duì)于曲軸軸承潤(rùn)滑影響因素進(jìn)行分析的過程當(dāng)中，其實(shí)際的影響因素會(huì)不斷的擴(kuò)大，雖然在目前已經(jīng)取得了比較大的進(jìn)步，但是仍然有一些問題沒有解決。

第一，對(duì)于影響潤(rùn)滑性能的所有因素分析并不完善。雖然現(xiàn)在研究的方法已經(jīng)比較全面，但是還有一些實(shí)際因素在不斷的加入進(jìn)來，比如曲軸軸向運(yùn)動(dòng)對(duì)于曲軸軸承潤(rùn)滑的影響。因此在潤(rùn)滑方面不能只考慮到其一般的運(yùn)動(dòng)，應(yīng)該考慮到實(shí)際過程中存在的軸向運(yùn)動(dòng)。

第二，對(duì)于其分析過程當(dāng)中的數(shù)學(xué)模型也應(yīng)該進(jìn)行提高。目前影響因素只是針對(duì)某一個(gè)或者是兩個(gè)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，而對(duì)于其中更多影響考慮，往往無法進(jìn)行詳細(xì)的了解。因此在分析過程當(dāng)中需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，才可以將同時(shí)存在的一些因素進(jìn)行共同研究，綜合考慮。

第三，影響因素的視野研究有待加強(qiáng)。在很多研究進(jìn)行過程當(dāng)中，大多數(shù)都是建立在數(shù)學(xué)模型，或者是通過軟件計(jì)算上面。這種仿真的研究并不能完全適應(yīng)于真實(shí)的情況，因此在研究的過程當(dāng)中，必須加強(qiáng)試驗(yàn)研究的比例，這樣才可以更加精準(zhǔn)的了解其影響因素對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的作用效果，對(duì)于內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承研究具有更大的意義。

3 ?結(jié)束語(yǔ)

內(nèi)燃機(jī)對(duì)于推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展具有很大的作用，因此為了可以不斷提高其設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，對(duì)于曲軸軸承的潤(rùn)滑影響因素的相關(guān)研究也應(yīng)該進(jìn)一步的加強(qiáng)。通過擴(kuò)大研究范圍，提高數(shù)學(xué)研究模型以及采取試驗(yàn)研究等方法，不斷的對(duì)其進(jìn)行深入探究，從而優(yōu)化對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的提升。

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