第3期（总第236期） 2018年6月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 3 (Serial No 236 )
Jun2018
柴油机连杆小头与活塞销轴承润滑特性分析
张忠伟”，刘继林”，宋现浩，张利敏”，赵志强”，刘玉婷”，梁玉明
（1.中国北方发动机研究所（天津），天津300400；
2.中国人民解放军驻616厂军事代表室，山西大同037036）
摘要：利用活塞连杆弹性流体动力学润滑(EHD)模型，研究了活塞销与连杆小头轴承的润滑特性。首先建立了活塞销、连杆及活塞的有限元模型，并对其进行了自由度缩减，然后建立了连杆小头轴承EHD仿具模型。通过分析连杆小头轴承油膜厚度、油膜压力、粗糙接触压力等轴承润滑特性参数，研究了不同配合间隙、活塞销和连杆小头刚度匹配等参数对润滑的影响，分析了柴油机在工作过程中出现连杆小头套异常烧蚀的故障原固。结果表明，活塞销与连杆小头刚度匹配、连杆小头间隙对连杆小头轴承润滑特性有较大的影响。
关键词：弹性流体动力学润滑连杆小头轴承；油膜厚度；租糙接触配合间原 DOI:10 3969/j issn 1001-2222 2018 03 010
中图分类号：TK4119
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)03-0059-08
柴油机连杆小头与全浮式活塞销形成滑动轴承，连杆小头采用铜衬套，飞溅润滑，润滑条件较差工作环境恶劣。随着柴油机升功率和最高燃烧压力的提高，连杆小头负荷增加，导致现有连杆衬套的结构和润滑体系可靠性降低，加上材料和工艺等方面的因素，连杆小头易发生异常烧蚀甚至咬合失效的故障，严重影响柴油机的可靠性。目前关于轴承润滑的研究主要集中于活塞销座孔轴承和活塞裙部润滑，有关连杆小头轴承润滑特性研究的文献较少[1-5]。本研究以某型柴油机连杆小头衬套异常损伤故障为切入点，以连杆小头轴承为研究对象，建立活塞销、连杆及活塞的柔性体多体动力学润滑(EHD)模型，考虑连杆小头轴承的工作温度与空穴效应，研究连杆小头轴承的润滑特性。
某型柴油机在使用过程中呼吸器冒油，拆检后发现左2缸连杆小头衬套异常损伤，衬套两侧边缘发黑，变色严重，发生了严重的拉伤故障。此外还发现右6缸连杆小头衬套脱出。分析故障原因是由于连杆小头损伤，活塞二阶运动发生异常，活塞环密封失效，致使部分燃气进入曲轴箱，导致废气压力升高，呼吸器冒油。
针对连杆小头出现的问间题，通过仿真计算和试验研究相结合的方式，研究了连杆小头轴承润滑特性，分析了连杆小头刚度匹配与配合间隙对润滑特性的影响，通过设计优化，提高了设计可靠性
收稿日期：2017-12-23；修回日期：2018-06-07
1系统多体动力学模型 1.1有限元模型
由于活塞销、连杆、活塞及机体刚度对活塞运动有较大影响,所以对多体动力学系统模型中参与分析的全部零件都进行了柔性化处理。如图1所示，活塞、连杆和机体采用了10节点四面体网格，活塞销采用8节点六面体网格，机体选取了一个整缸两个半缸的有限元模型。
图1活塞、活塞销、连杆和机体有限元模型
12有限元缩聚模型
多体动力学系统仿真规模与自由度数直接相关·由于连杆小头轴承EHD润滑模型的强烈非线
作者简介：张忠伟（1979—），男，硕士，研究员，主要从事内燃机设计分析研究;zw431@sina om，