內燃機曲軸軸承潤滑影響因素的研究進展

魯劍

摘要：內燃機是人類歷史上一項相當偉大的發明，它是人類進入工業時代的標志之一。因此在使用的時候，它的用途十分的廣泛。而在其組成部分當中，曲軸軸承是其最為主要的零件之一，它的好壞程度對于內燃機的工作有著相當大的影響。尤其是在現代設計當中，需要對于曲軸軸承進行進一步的潤滑，才可以使其具有良好的高效率工作。因此對內燃機曲軸軸承潤滑影響因素就必須展開深入的探究。

關鍵詞：曲軸軸承;潤滑影響因素;研究進展

0 ?引言

隨著人類社會的不斷發展，對內燃機的改進也在逐步的提升，目前其最為主要的研究方向就是可以不斷的提高輸出的功率，并且大大的延長使用壽命，同時又可以保證它的安全性，降低其存在的一些摩擦損失。而這些要求大多數都落在曲軸軸承上面，要求它可以變得更加的小，而且更薄油膜的情況下能夠進行持續的工作。然而這些要求同時也使得曲軸軸承的工作環境特別的極端，因此為了可以更加適應環境，必須采取一定的潤滑效果，才可以使其能夠正常工作。在具體應用的時候，潤滑情況也是極其復雜的，其潤滑性和許多因素都有相應的關系。因此對通過對于曲軸軸承潤滑影響因素展開研究，有利于對曲軸軸承的具體潤滑性能進行詳細的分析，這樣才可以不斷的提高其設計的價值，最終可以很好的提高內燃機的工作效率。

1 ?研究現狀和進展

1.1 表面粗糙度的影響

絕大多數的曲軸軸承在使用時候所采取的最小油膜厚度大概只有幾微米，而且表面的粗糙程度也是相當微小的。因此可以得知其表面的粗糙程度，對于其潤滑性能有著巨大的影響。

在具體研究當中，曾有學者對于其粗糙程度的影響因素進行了深入的了解，通過對于不同粗糙程度的軸承進行分別的對應，采取雷諾方程，并且使其承載力摩擦因數等等進行進一步的計算。通過這種分法可以對方程進行進一步的求解，便可以得到關于軸承承載力、摩擦因素等等的影響變化相應的圖表。這樣就可以得到了相應的粗糙值。

對于軸頸和軸承表面的粗糙程度，以及關于潤滑油的一些特性進行深入的研究。通過對其表面粗糙，使得軸承以最小的油膜厚度進行檢測。同時也研究出粗糙度與軸承幾何和具體運行狀況等一系列的關系，同時比較潤滑表面和粗糙表面的性能差，這樣就可以計算其粗糙的分布改變。

在這一基礎上，需要進一步對于平均雷諾方程進行研究，并且考慮粗糙效應的分析模型。可采用動力學法等一系列的規則，對于曲軸的變形以及表面進行了測試。從而得到，當曲軸軸心軌跡進行改變的時候，其粗糙的程度受到了極大的影響。因此需要考慮到其表面的粗糙程度，以及各大連桿軸承的油膜厚度，摩擦因素很可能會因此變的大小不一。

1.2 彈性變形的影響

在對于曲軸軸承的潤滑因素影響的探究當中，一般都將軸承直接視為較硬的物體，因此對于其彈性變形的影響都采取了一定的忽視程度。但是當整體效率在設計上面采取不斷的加強時，那么曲軸軸承所承擔的負荷也必然會變得很大，因此就會導致其軸承出現一定的彈性變形的情況。在早前研究當中，就有學者對于這一種情況進行了深入的分析，并且充分證明曲軸軸承的油膜厚度在于彈性變形的量處于相當的等級，進一步的體現了曲軸軸承在潤滑時也需要考慮到彈性變形的影響。

曾有學者在對此進行研究的時候，采取了迭代法的方法，當潤滑表面出現變形的情況下，那么就進一步的將摩擦升高。之后在研究中則采取了彈流潤滑理論，通過與其表面不同的模型來進行研究，通過存在雙峰分布，或者是最小模厚附近出現一定的變化趨勢來研究其根本原因。這種方法在研究的時候，可以使軸承的使用壽命進行增加，但是其在計算過程當中所耗費的時間是比較長的。

學者在研究時提出了一種可以通過其彈性流體來進行分析的方法，其建立的模型與雷諾方程有相似的成分，并且在對于有限元進行結合的情況下，考慮到彈性變形的情況，因此對于曲軸軸承損壞等問題進行深入了探討。通過利用了這一理論，進行準靜態和動態的設計對比，從而使得在動態模型當中采取連桿軸承進行分析。通過對于其仿真計算得到了具體的變形量，使得軸承在研究時體現了彈性潤滑分析。

在研究時對于動態滑動軸承相對變形的情況進行說明，并且在考慮到變形情況時，其最大油膜也會不斷的減少，因此對于油膜存在區域需要進行詳細的了解。在對于軸承層面進行考慮時，采取變形矩陣法，對于其彈性變形以及主軸承的影響進行了深入了解。并且得到軸心位置固定時，其出現變形情況就會使得壓力明顯的減小;而當荷載固定時引用動力學效應，那么其油膜的厚度就會持續降低，但壓力會進一步的增大。

1.3 熱效應的影響

在正常的工作情況之下，機器內部環境是極差的。因此對于曲軸軸承來講，需要考慮到其環境的復雜程度。尤其是面對熱效應的影響，很可能會導致部件出現不同程度的損壞。因此在熱油膜當中，如果出現熱效應比較嚴重的情況下，那么就會使最外面的合金層出現軟化的現象，同時還會使潤滑油的粘度再進一步的降低，從而其的潤滑效果大大折扣。因此必須考慮溫度因素對于曲軸軸承潤滑性能的影響。

大多數在研究其熱影響分析的時候，都會采取等溫計算的方法，就是當油膜的各個溫度出現相等情況時，那么通過整體的的平衡點對于其有效的溫度進行求解。這種方法在計算過程當中雖然比較簡便，但是計算的結果準確度很低。在計算的過程當中，需要考慮到熱流體動壓潤滑分析，才可以進行進一步的準確。而當考慮到這一理論的時候，需要有熱彈流體進行分析，以及流體動壓潤滑進行分析。但是這兩者之間，前面的更符合具體的情況，因此被廣泛應用在研究當中。

學者有研究指出，需要通過考慮油溫升溫的時候，對于其潤滑油粘度的影響，以及部分導熱部件的影響，才可以得到更為準確的影響因素。之后在研究時，主要提出需要對于動態軸承進行分析，這樣就可以將其邊界條件適用范圍進行進一步的限制，但是這種算法并不具有普遍性。

設計時需要對驅動軸承進行了熱彈流潤滑分析，但是對于其表面變熱變形的情況卻采取了忽視的態度。通過假定能量方程，使得在一定條件下熱變形對于軸承潤滑性能的影響進行研究，然而在具體使用過程當中經常會出現空穴。因此之后在研究時，就充分考慮到這一因素進行進一步分析，從而修正了能量方程。

通過對于不同溫度的條件，使得油膜所存在的不同特性進行分析。在計算的過程當中，對于溫度分別采取準穩態和非準穩態的方法，這樣就可以使壓力和溫度場進行時間的改變。同時對于不同的溫度邊界也產生了不同的計算條件。因此如果將軸瓦和軸頸視為絕熱的邊界，那么就會出現油溫偏高的情況。

學者在研究時，對于主軸承，現在有了一種新型的研究方法。通過分析熱變型的因素影響，從而考慮到軸心軌跡的位置，這樣使得最大油膜壓力可以得到增加，而厚度卻可以減少。

1.4 軸承間隙和寬度的影響

在曲軸軸承運作的時候，如果軸承的間隙出現過小的情況，那么就會使得潤滑油在使用時其流量也變小，當潤滑油濃度升高的時候，其承載能力就會進一步的降低;但是當間隙出現過大的情況，那么就會使得潤滑油容易流失，因此在其表面就難以形成一層油膜，這樣就會使得軸承和軸頸之間的沖擊力不斷的增大，從而出現一種干摩擦的情況。因此對于油膜的承載力應該隨著軸承的寬度在不斷的變化，但是寬度太寬也會使得潤滑油流量進行進一步的降低，從而導致溫度進行升高，使其的性能大打折扣，因此選擇較為合適的間隙和軸承寬度對于整體的潤滑性能改變有著相當大的影響。

有學者在對這一方法進行討論的時候，采取了專用試驗系統，這樣對于軸承間隙和寬度的影響就可以進一步的研究，同時表明其寬度和接細的比值出現越大的情況，那么其軸頸的傾斜對于油膜厚度等一系列影響因素也會不斷的擴大。在對間隙的影響過研究當中，通過強化柴油機的主軸承性能來進行影響分析。之后在此基礎上分析間隙和寬度等參數以及潤滑性能的影響。以上研究均可得知，在潤滑性可靠的情況之下，如果間隙越大、寬度越小，那么可以有力地提高其潤滑效果。

1.5 工況的影響

大多數曲軸軸承的潤滑分析都是在特定的工況之下，然而在具體使用的過程當中，情況是會發生劇烈變化的，因此對于其工況的研究也具有相應的意義。

在對于工況影響進行研究的時候，建立了相關的模型來研究轉數等參數對于整體的影響，從而使潤滑能夠更好的保證內燃機的轉速范圍;通過研究工況對于潤滑性的影響，得到其負荷和轉速的影響較為大，會導致潤滑不良、磨損嚴重等情況。

2 ?討論與展望

在對于曲軸軸承潤滑影響因素進行分析的過程當中，其實際的影響因素會不斷的擴大，雖然在目前已經取得了比較大的進步，但是仍然有一些問題沒有解決。

第一，對于影響潤滑性能的所有因素分析并不完善。雖然現在研究的方法已經比較全面，但是還有一些實際因素在不斷的加入進來，比如曲軸軸向運動對于曲軸軸承潤滑的影響。因此在潤滑方面不能只考慮到其一般的運動，應該考慮到實際過程中存在的軸向運動。

第二，對于其分析過程當中的數學模型也應該進行提高。目前影響因素只是針對某一個或者是兩個進行簡單的分析，而對于其中更多影響考慮，往往無法進行詳細的了解。因此在分析過程當中需要建立相應的數學模型，才可以將同時存在的一些因素進行共同研究，綜合考慮。

第三，影響因素的視野研究有待加強。在很多研究進行過程當中，大多數都是建立在數學模型，或者是通過軟件計算上面。這種仿真的研究并不能完全適應于真實的情況，因此在研究的過程當中，必須加強試驗研究的比例，這樣才可以更加精準的了解其影響因素對于實際應用的作用效果，對于內燃機曲軸軸承研究具有更大的意義。

3 ?結束語

內燃機對于推動社會的發展具有很大的作用，因此為了可以不斷提高其設計優勢，對于曲軸軸承的潤滑影響因素的相關研究也應該進一步的加強。通過擴大研究范圍，提高數學研究模型以及采取試驗研究等方法，不斷的對其進行深入探究，從而優化對于內燃機的提升。

參考文獻：

[1]宋現浩.計及曲軸軸向運動的曲軸軸承潤滑分析[D].合肥工業大學，2016.

[2]宋現浩，段京華，孫軍，舒磊，許楓.內燃機曲軸軸承潤滑影響因素的研究進展[J].機械設計，2015，32（05）：1-5.

[3]何芝仙.內燃機曲軸—軸承系統動力學摩擦學剛度和強度耦合研究[D].合肥工業大學，2006.

[4]李震.內燃機曲軸-軸承系統摩擦學動力學耦合研究[D].合肥工業大學，2005.