船用低速柴油机曲轴主轴承润滑特性研究

作     者：马金凤 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李晓波;聂志斌

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 082402[工学-轮机工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：低速柴油机 推进特性 最小油膜厚度 多体动力学 润滑特性 

摘      要：作为柴油机中最为关键的部件,曲轴轴承失效将为柴油机带来不可挽回的经济损失,轴承失效的主要原因又是由于润滑不当而引起,所以研究润滑特性对于柴油机有着至关重要的意义,特别是对于船用低速柴油机而言,因其低速、重载荷、尺寸大的特性,润滑油膜形成更加困难,所以研究低速柴油机的润滑特性有着更为迫切的需求。本文通过建立某型二冲程低速船用柴油机曲轴柔性多体动力学模型,结合弹性流体液压润滑理论,建立低速柴油机曲轴系统多体动力学模型,对模型进行验证之后,对低速机曲轴主轴承进行全工况下的润滑特性研究以及关键润滑参数的研究,得出低速柴油机主轴承的润滑特性,为船用二冲程低速柴油机润滑的改善提出实际建议和指明方向。首先,利用三维建模软件建立所研究二冲程船用低速柴油机曲轴和主轴承座的三维简化模型,兼顾模型的结构特征以及计算的连续性和精确性要求对模型进行六面体网格划分,依据有限元子结构理论,对模型进行有限元子结构缩减,利用缩减后的结果建立曲轴系统的多体动力学模型,并对曲轴系统进行额定工况下的节点位移、连杆大端受力等结果进行计算分析,并与传统力学的计算结果和实验台实验结果进行比较,对多体动力学模型进行验证。其次,利用GT-Power软件建立该二冲程船用低速柴油机整机模型,计算出低速柴油机在推进特性下25%工况、50%工况以及75%工况下的缸压曲线,并以此作为主要输入条件对该柴油机进行全工况下的润滑特性分析,计算结果表明:随着负荷的增加,最小油膜厚度不断减小;油膜峰值压力呈现先增大后减小的趋势;主轴承所受的垂向力随着负荷增加不断增大,使曲轴所受的冲击和振动增大。最后,对额定工况下影响润滑效果的关键参数进行对比研究,分别改变轴承相对间隙、润滑油供油压力以及油孔中心位置等,对计算结果进行分析,发现:相对间隙过小,不利于润滑油膜形成,摩擦耗功较大,在相对间隙为0.8到1之间时,适当增加相对间隙能够显著增加最小油膜厚度,减小摩擦耗功,相对相对间隙大于1之后,过量增加相对间隙,反而使得最小后膜厚度减小,摩擦耗功增加;增加供油压力,可以显著提高轴承和轴瓦间隙的润滑油流量;将油孔布置在270deg-360deg区间对润滑较为有利。