[发明专利]一种船用柴油机供油凸轮-滚轮副弹流润滑分析方法

说明书

本发明提供一船用柴油机供油凸轮‑滚轮副弹流润滑分析方法，在考虑实际界面瞬态接触动力学情况下，并基于先进三维线接触混合润滑模型，耦合凸轮‑滚轮副瞬态突变工况、几何变化和润滑油非牛顿流体作用，采用稳定性好、收敛速度快的准系统数值分析方法，形成船用供油凸轮‑滚轮副弹流润滑分析方法，还揭示了工况改变对其润滑状态特性影响规律，为船用柴油机供油凸轮‑滚轮副润滑预测及低摩擦设计提供理论指导。

技术领域

本发明属于船舶动力装置摩擦学领域，具体涉及一种船用柴油机供油凸轮-滚轮副弹流润滑分析方法。

背景技术

凸轮-滚轮副是柴油机供油机构中的核心摩擦副，由于凸轮和滚轮间是滚动摩擦，摩擦损耗较小，能够较好地传递动力，在柴油机供油系统中得到广泛使用。船用柴油机运行过程中，供油凸轮-滚轮副工况条件呈现复杂变化趋势，接触界面间不仅要承受瞬时重载压力，曲率半径和卷吸速度也剧烈变化，造成凸轮-滚轮副处于非稳定润滑状态，致使凸轮表面出现接触疲劳破坏和磨损，降低凸轮机构传动精度，严重时将导致柴油机无法进行工作。

目前大部分研究主要是针对于配气机构中凸轮-滚轮副的润滑问题，而涉及到供油凸轮-滚轮型运动副却鲜有研究，尤其是对于柴油机供油机构这类可靠性要求高且精度准确的凸轮-滚轮副。。

发明内容

本发明的目的在于解决船用柴油机供油凸轮-滚轮副润滑状态预测困难而提供的一种船用柴油机供油凸轮-滚轮副弹流润滑分析方法。

一种船用柴油机供油凸轮-滚轮副弹流润滑分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立单质量动力学模型，获取凸轮-滚轮接触微区内受力状态及运动情况；

步骤2：获得接触区工况后，开展弹流润滑数值分析获取凸轮-滚轮润滑状态；

步骤3：输出运转周期内供油凸轮-滚轮副动态接触特性及润滑状态情况。

进一步地，所述步骤1具体为：

将凸轮机构假设为刚性体，凸轮与滚轮间法向接触载荷F：

弹簧力F_T由下式确定：

F_T＝F₀+k·s(α)

其中，F₀为弹簧预紧力(N)，k为弹簧刚度(N/m)，凸轮与滚轮间作用力F_z为凸轮与滚轮间作用力，F_T为弹簧力，F_N为零件惯性力，F_P为油液压力，为压力角；

零件惯性力：

其中，M为凸轮驱动质量(kg)，其计算公式为：

其中，M_s为柱塞弹簧质量(kg)，M_t为柱塞质量(kg)，M₂为滚轮质量(kg)。

柱塞油液压力F_P，可通过线性插值法得到：

其中，d为柱塞直径(m)，s_max为凸轮最大升程(m)，p₁为最小油液压力(MPa)，p₂为最大油液压力(MPa)。

压力角为：

其中，e为偏心距(m)R₀为凸轮基圆半径(m)。

进一步地，所述步骤2具体为：