1068 / 2023-02-24 16:34:55

高功率密度发动机小头轴承摩擦动力学建模及磨损分析

高功率密度发动机连杆小头轴承磨损是导致活塞连杆组件失效的主要原因之一。小头轴承工作在高偏心率、大变形状态并承受热机耦合载荷作用，轴承变形与润滑、摩擦热的耦合效应显著，同时与小头轴承配合的全浮式活塞销的运动信息由连杆小头轴承和活塞销孔轴承的摩擦力矩共同决定，无法直接获取，导致连杆小头轴承摩擦动力学建模复杂、数值求解更加困难。为揭示高功率密度发动机小头轴承摩擦动力学行为，本文基于多体动力学原理和摩擦副混合润滑理论建立了考虑轴承变形与摩擦热影响的连杆小头轴承摩擦动力学耦合模型。其次，鉴于模型具有较强非线性，开发了结合隐式多步法的数值求解策略，在保证求解精度和收敛性的同时提高了系统求解效率。最后，将连杆小头轴承磨损仿真结果与发动机台架试验结果对比验证了数值模型及求解策略的有效性。结果表明：工作循环中连杆小头轴承在360°CA附近变形突增，导致油膜厚度显著降低，固体接触面积增大，加剧了连杆小头轴承上侧的磨损；忽略轴承变形时会明显低估轴承磨损与润滑油温升。