[发明专利]一种考虑结构振动的船用凸轮-挺柱副弹流润滑分析方法

说明书

本发明的目的在于提供一种考虑结构振动的船用凸轮‑挺柱副弹流润滑分析方法，步骤如下：建立配气机构单质量动力学模型，将挺柱、摇臂及气阀简化为集中质量，推导动力学微分方程，得到配气机构零部件动力学特性；建立凸轮‑挺柱接触分析模型，求解运行过程中波动的接触载荷；建立凸轮‑挺柱副弹流润滑分析模型，并耦合获取的波动接触载荷，分析波动载荷下油膜状态，包括油膜压力、油膜厚度，为配气机构弹流润滑分析提供新方法。本发明采用了单质量动力学模型，并优化了凸轮‑挺柱间接触载荷，可为改善凸轮‑挺柱间接触情况提供思路。采用了弹流润滑分析模型，并耦合波动接触载荷，分析了凸轮‑挺柱间润滑状态，为配气机构弹流润滑分析提供新方法。

技术领域

本发明涉及的是一种配气凸轮-挺柱副弹流润滑分析方法，具体地说是船用柴油机配气凸轮-挺柱副弹流润滑分析方法。

背景技术

凸轮-挺柱副是船用柴油机配气机构的核心摩擦副，其润滑状态的好坏直接影响柴油机的可靠性和稳定性。柴油机配气凸轮承受周期性的载荷，在其工作过程中润滑油膜厚度波动较大，而现阶段的关于凸轮-挺柱弹流润滑分析，往往采用简化的动力学模型，并不能反映实际工作情况。因此，考虑配气机构振动特性，优化凸轮-挺柱间接触动力学模型，对研究船用柴油机配气凸轮-挺柱副弹流润滑性能，预测其磨损失效具有重要意义。针对凸轮-挺柱副弹流润滑问题，国内外学者做了大量研究。Ai等[Ai X,Yu H.A NumericalAnalysis for the Transient EHL Process of a Cam-Tappet Pair in I.C.Engine[J].ASME Journal of Tribology,1989,111:413-416.]首先求解出等温工况下内燃机凸轮-挺柱副弹流润滑的完全数值解，Kushwah等[Kushwaha M,Rahnejat H.TransientElastohydrodynamic Lubrication of Finite Line Conjunction of Cam to FollowerConcentrated Contact[J].Journal of Physics D:Applied Physics.2002,35:2872-2890.]结合多体动力学求得凸轮-挺杆有限长接触下的瞬态弹流润滑分析，发现在凸轮-挺杆接触中不可避免的会产生热量。如果可以考虑配气机构各零部件振动特性并进行凸轮-挺柱副润滑分析，这对于配气机构设计及磨损预测等工作将有极大促进作用。

发明内容

本发明的目的在于提供可分析配气机构动力学特性及凸轮-挺柱间润滑油膜状态，为船用柴油机配气机构润滑分析及磨损预测提供便利与参考的一种考虑结构振动的船用凸轮-挺柱副弹流润滑分析方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种考虑结构振动的船用凸轮-挺柱副弹流润滑分析方法，其特征是：

(1)建立配气机构单质量动力学模型，将挺柱、摇臂及气阀简化为集中质量，推导动力学微分方程，考虑初始弹簧力及燃气作用力，并利用龙格-库塔法对方程进行求解，得到配气机构零部件动力学特性，如气阀、挺柱速度；

(2)建立凸轮-挺柱接触分析模型，求解运行过程中波动的接触载荷，考虑结构振动优化接触载荷方程，获取接触微区内工况变化情况，包括卷吸速度、曲率半径，为后续弹流润滑分析提供基础；

(3)建立凸轮-挺柱副弹流润滑分析模型，并耦合获取的波动接触载荷，分析波动载荷下油膜状态，包括油膜压力、油膜厚度，为配气机构弹流润滑分析提供新方法。

本发明还可以包括：

1、建立单质量动力学模型的过程为：

将配气机构简化为单自由度动力学模型，用一个集中质量的运动来描述气门的运动，将推杆假设为一个无质量的弹簧，推杆以后的零部件的质量经转化集中到气门端一侧；