第3期（总第224期） 2016年6月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No .3 (Serial No .224 )
Jun.2016
考虑非稳态传热的高速汽油机主轴承润滑分析
杨靖2，张纯标2，刘凯敏2，薛川1，江武2，陈小强2
(1.湖南大学汽车车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厚擦磨损问题，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(EHD)和轴承动力学理论方法，通过选代计算,得出该高速汽油机具有代表性的第三主轴承在最大转速(9500r/min)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廊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，其体表现为轴承最小油膜厚度减小、最大油膜压力增大，且出现较产重的磨损。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，计算结采与实际厚擦度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
润滑油膜，对曲轴轴颈起着支撑和润滑作用，其工作状况与内燃机的可靠性、使用寿命等均有密切关系。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10m/s以上，在如此高速运转的工况下，即使是流体摩擦，也会产生大量摩擦热门使润滑油温度升高。且在内燃机运转过程中，容易发生边界摩擦，此时两金属材料直接接触，造成剧烈磨损，接触部位温度急剧升高，热变形大。对主轴颈而言，重载与发生边界摩擦的区域随其转动而均分布，但轴直与缸体保持相对静止，其承载较大的区域与发生粗糙接触摩擦的区域相对固定，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同。研究表明：热与热变形对轴承的润滑性能影响很大3},所以准确的轴承温度场及热变形对正确分析轴承的润滑性能具有十分重要的意义]。
本研究针对某高速汽油机台架试验过程中发动机第三主轴承磨损严重的问题，以第三主轴承为研究对象，分析其在最恶劣状态下（9500r/min)的润滑情况。通过对轴承的热边界条件的送代计算，充分考虑其非稳态传热边界，得出了轴的稳态平均
收稿日期：2015-03-06；修回日期：2016-01-22
温度分布以及热变形，并在此边界条件下精确分析主轴承的润滑和磨损情况。
基本理论 1.1雷诺方程
内燃机主轴承是在非稳定载荷下工作的。润滑介质在轴承间隙空间中的流动状况可用雷诺方程来描述。雷诺方程表明了油膜支撑力与动态外截简的力平衡关系}，数学描述的公式如下：
最)+)-
fax120a2
ax12nbax
+h。（1）
lexe
2ar
式中：为轴颈表面轴向速度；9为机油填充率；7 为机油动力黏度；h为油膜厚度；P为油膜压力；t 为时间；x和z为空间坐标轴。轴承空间几何坐标见图1。
对于内燃机主轴承，
h=c(l+.cosp)。
式中：c为半径间隙：=为偏心率。
(2)
当考虑轴承热变形时，应对h进行修正，公式如下：
基金项目：国家高技术研究发晨计划("863"计划)项目(2012AA111703
作者简介：杨靖(1957—），女，博士生导师，主要研究方向为发动机性能优化与匹配等;yangjing10@vip.sina.com，
通讯作者：张纯标（1990—），男，硕土，主要研究方间为发动机性能优化，曲轴结构设计及CAE分析；13272432737@163.com，