2013年第2期测试技术
国外内燃机
发动机主轴承的油膜厚度测试技术
【日】片周拓夷
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摘要：提高发动机燃油经济性的有效途径之一是改善各种零部件滑动部位的润滑状况，以降低序擦，提高可靠性。因此，掌握发动机主轴承的油膜状态（油膜厚度、油膜压力)是至关重要的，这就要求对油膜状态，尤其是油膜厚度进行测试。介绍了几种常用油膜厚度测试技术的原理和应用范围，如激光诱导荧光法、总电容法、薄膜法等，并给出了相应的测试结果。此外，对发动机实际运转时的主轴承油膜动态，如油膜厚度的变化，以及发动机运转条件与最小油膜厚度的关系进行了描述。
总电客法薄膜法测试技术
关键词：发动机主轴承油膜厚度激光诱导荧光法
0前言
由于二氧化碳排放法规趋于收紧，同时原油价格上扬，迫切要求降低发动机零部件的摩擦。另方面，增压、直喷等技术促使发动机的功率呈增大趋势，这也使轴承的工作环境变得更加苛刻。活塞的往复运动通过活塞销、连杆轴承及主轴承转换为旋转运动，为能同时兼顾其低摩擦性能和高可靠性，掌握轴承中的油膜状态（油膜压力、油膜厚度)是极为重要的1.2]
近年来，随着模拟技术的发展，已经可以用计算方法求出油膜状态3}。但是，主轴承会受到以下几方面的影响：(1)因发动机燃烧及安装而导致的发动机机体变形：（2）由于燃烧的缘故，短时间内载荷的大小及方向会有较大的变动：(3)曲轴运动及变形所带来的影响等。这些因素加大了主轴承油膜状态的计算难度。因此，迫切要求对油膜状态，尤其是油膜厚度进行实际测试，为此进行了各种尝试。
1轴承油膜厚度的测试方法 1.1激光诱导荧光法
Nakayama等运用激光诱导荧光法定量测试了
油膜厚度4（图1）。将氧-辐激光导入设置在轴承上的光纤，并将其照射到轴承油膜上。润滑油中已添加了荧光剂，来自油膜的荧光由同样的光纤返回，并被传输到光电倍增管中。曲轴表面等的反射光则用光学滤波器断开，根据光电倍增管的输出，求出油膜厚度。
图2是在改变轴承载荷的条件下，在不同光纤(图1)所在位置轴向的油膜厚度测试结果。随着轴承载荷的增加，油膜厚度呈减薄趋势，确认轴向端部
万方数据
旋转方向
光纤设置在距轴承轴心50m效
光学滤波器(500nm） 500-光电倍增管
传卖器
光纤糯合器，光纤
控制器
典光纤转2nm
海量
转轴
编号
迎光器 442.nm 光纤100mW
图1利用激光诱导荧光法测试油膜厚度
的油膜厚度要比中心部位的更薄。由此可知，利用激光诱导荧光法能够测定轴承局部的油膜厚度
京有） 30
20 15 10
No.1 轴承端部
No.2 No.3 No.4 轴承中心部
合的多5 6N
1000N 与轴承白轴承座
No.1 轴承端部
图2轴向的油膜厚度分布
1.2总电容法
总电容法是一种常用的测试方法[5-7]。将轴承视为圆筒型电容器，若假设轴承及转轴为圆形，则两者间的静电容量C就按中心位置的相对位置关系而改变。转轴与轴承最邻近位置的距离，即最小油膜厚度hm可利用式(1)计算出。
hmin = S(1 -
2mrWl)) CS
(1)
式中，S为轴承半径间隙，r为轴承半径，W为轴承宽度，。是真空电容率，6，为润滑油的介电常数