（一） 基於三維elasto水力潤滑理論的曲軸設計
takero makino
toshimitsu koga
高效率的要求造成大量柴油機引擎曲軸的設計困難。當軸承油膜厚度不到幾微公尺時，由於軸承負荷而產生的變形量也僅為幾公釐。本章詳細敘述了三維elasto水力潤滑理論理論在4衝程柴油機引擎的曲軸設計上的應用。
這些理論包括曲軸的變形和曲軸間隙油膜的產生原因。
1．緒論
近乙個時期以來，內燃機的出口量有所增加，但其比重卻在下降。這是因為，承在惡劣的的環境下使用，大式軸承和主要的軸承連桿的機架變形在軸承的特徵上產生重要影響。為解決這問題，三菱重工業****(以下簡稱mhi)為這些動態軸承負開發了一種應用elasto-hydrodynamic lubrication(ehl)原理的軸承特性預報方法，並且使用這種方法來對mhi公司的大負載柴油機引擎進行設計和評估。
ehl技術分析軸承表面彈性形變導致的油膜壓力，假設軸承剛體機構，既考慮軸承區域性表面變形的
影響，同時又準確**特徵相對於傳統的分析。
此外，在這些年裡，三菱重工引進ehl技術分析研究由於油膜壓力產生的軸承變形的油膜歷史記錄，同時追蹤軸承清除根據時間歷史記錄的油填充比例來改善評估的準確性。
本文介紹了這一技術在大型連桿軸承上的應用例項和對三菱重工的四衝程柴油發動機的主要影響。
圖1 座標系統
2．理論
2.1 基本公式
圖2顯示了這份**中採用的座標系統。
影響油膜壓力的引數p可用方程(1)來表示。
當方程(1)和下面的力平衡組合成乙個相對於時間t的聯立方程組，這樣一來就可以得到軸種心區域性和槽油膜厚度的資訊。
由於開始的幾何問隙，軸的偏心率和彈性形變，所以公式(4)這樣來表示油膜厚度h
其中：：黏度壓力係數
ax：x軸的偏心率
ay：y軸的偏心率
cr：軸承半徑問隙
ex：x方向的離心率
ey：y方向的離心率
h：油膜厚度
l：：變形
n：引擎速度
：面積p：油膜壓力
：油填允比例
：軸承圓周座標
t：時間
u：滑動速度
wx：：x方向負荷
wy：：y方向負荷
x：x軸方向座標
y：y軸方向座標
z: z軸方向座標
2.2分析技術
2.2.1 考慮油膜歷史記錄曲線的ehl技術分析
我們開發了乙個基於jones提出的油膜歷史記錄曲線概念的ehl分析技術，來考慮在軸承間隙中的油的運動。三菱重工的常規ehl技術分析，計算假設在整個軸承襲而覆蓋潤滑油的情況下的壓力分布，替代由於計算周圍壓力獲得的負壓力區域，並且把油膜斷裂邊界視為分界線。在以這個邊界為條件下，油膜斷裂域的流動連續型不能被滿足。
另一方面，ehl分析技術研究隨著油填允比率和時問的推移ircj變化的油膜歷史記錄曲線，則顯示流動連續性滿足。
至於受到波動負荷的軸承，如發動機軸承，在軸承上實際油膜啞壓力增長受限制的區域，在下文中 ehl分析可以得出比常規ehl分析更高的壓力結果。這是主要用於檢驗三菱重工的大型船用柴油機引擎的實際尺寸的。ehl技術分析油膜壓力歷史記錄曲線是作為乙個有益的分析工具來用於設計和評價的。
2.2.2計算方法
油膜壓力p和軸偏心率的結果可以從聯立方程(1)到(4)中獲得。由於方程(1)和油膜壓力的非線性關係，我們用「牛頓一拉斐爾」方法來確定。我們用有限元方法(fem)（galerkin方法）進行數字計算，four—print等引數原理被看做是原理內容和線性方程系統的數化解決方法。
為了測定油膜斷裂邊界，我們改進並使用了適用於油膜壓歷史記錄曲線的有運算方法的kumar技術。圖2顯示的是流量計算。
圖2 流量計算
3．個案研究
3.1連桿頭軸承
例如s31發動機的人型連桿頭軸承，我們比較剛體分析和ehl技術分析、並且比較了ehl技術分析的油膜歷史記錄曲線和傳統的ehl技術分析。 此外，我們測算了連桿頭軸承在承特性上對曲柄銷外形的影響。**l所示為軸承規格，圖3顯示了影響軸承和用於計算執行3dfem模型的負載向量。
a）軸承負荷 （b）連桿頭fem模型
圖3 軸承工作狀況的計算
**1 s31引擎大型連線頭軸承的尺寸引數
當考慮到彈性形變，則計算油膜壓力的減少量和油膜厚度的增加量。如果考慮到油膜歷史曲線，則軸承上油膜壓力的實際受力面積的發展受限制，並且壓力最大值會變的更大。
3.1.1技術分析對比
在圖4(a)坐顯示了油膜壓力隨著時問改變而產生的最大變化量。幾乎在所有的時間點，取決於剛體分析的油膜壓力高於由ehl分析獲得的數值。這顯然表明，比如說，相對於瞬時時間，曲軸角度大約在10度左右的地方負載當大。
當取決於剛體分析的油膜壓力是180( mpa)時，取決於ehl分析的壓力是133 (mpa)。圖4(c)和(d)顯示的是曲柄角度在10度時軸承中心部分的油膜厚度分布狀態和油膜壓分布狀態。由於考慮到彈性變形，由ehl技術分析得到的油膜厚度相比於由剛體分析得到的幾乎差不多大，並且在壓力區域幾乎一致。
比起剛體分析，由ehl分析給出的壓力分布區域在圓周向更寬，並且顯示出較低的油膜壓力最大值。顯然，從圖4(b)顯示的軸中心軌跡和ehl技術分析表明，軸中心是明顯偏離曲軸間隙的。
在圖4 (a.)中顯示了，在曲軸角度約250度時，由ehl技術分析決定的油膜壓力最大值，不同於由傳統ehl技術分析所決定的數值。當軸向油膜斷裂面的一邊運動時，曲柄角度調整符合從上部金屬到下部金屬負載的轉變。
圖4 (e)顯示的是油膜壓力分布狀態和曲柄角度在250度時的油填充比例。從這個圖表上明顯看出，考慮油膜歷史曲線的分析顯示出了軸承正想壓力區蜮的發展由於油量的缺乏而受限制，並且給出相比於傳統ehl分析所得到的更高的油膜壓力。
3.1.2曲柄銷外形在軸承特性上的影響
我們評估曲柄銷外形在大型連桿頭軸承特性上的影響。圖5 中顯示的是我們研究的三種曲柄銷外形，即(1)直線型，(2)桶形，(3)曲線形。圖6顯示的是油膜壓力最大值和油膜厚度最小值的分析結果。
這表明，在直線外形的曲柄銷(l)顯示出更大的油膜厚度，並且適合於曲軸的操作條件。
3.2主要影響
這一方法不僅可以適用於分析大型連桿頭軸承，也適用於大部分軸承和小型連桿
頭軸承。下面是個一台s6r引擎的4號主軸承的分析例項。**2顯示了軸承的規格，圖7顯示了包括軸承負載和主要軸承的發動機框架結構的fem模型。
圖8(a)所示的油膜壓力最大值的時的時間變化歷史記錄曲線，顯示了剛體分析評估的壓力值高於ehl分析的結果。圖8(b)明顯顯示了曲柄角度在245度時的壓力分布狀態，考慮了油膜歷史記錄曲線的ehl分析認為軸承上由於潤滑油的不足而導致油膜壓力發展受限制，並且得出比常規ehl分析結果更高的油膜壓力數值。因此，有人認為，主要軸承的分析顯示了和大型連桿頭軸承分析相類似的趨勢。
4.結論
ehl分析和研究油膜歷史記錄曲線的ehl分析和研究油膜歷史記錄曲線的 ehl分析是做為一種能夠改善發動機曲軸系統可靠性的先進技術來提出的。
為了給輕型高功率引擎的開發設計軸承，我們必須用上述評什技術來保證高度的可靠性，並且提高三維cad設計系統化技術連線的便利性。這項開發的部分是與truck&bus research、開發中心和三菱汽車公司合作的分析是做為一種能夠改善發動機曲軸系統可靠性的先進技術來提出的。
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英文原文名 forming and die design 中文譯名成形工藝及模具設計 英文原文版出處 模具設計與製造專業英語 劉建雄王家惠廖丕博主編北京大學出版社 2006年3月第1版 譯文 金屬加工是工程科學的乙個分支,它的製造金屬部件和結構通過塑性成形過程加工 焊接和鑄造來完成。這部分著重於在金...
uyqgbs本科畢業設計評語
中等 該同學按畢業設計任務書獨立完成了全部工作量，對畢業 相關領域的研究情況比較了解。查閱了相關中英文文獻，具備了基本的閱讀外文資料的能力 設計方案比較合理。論據正確，計算準確 概念清楚，文理較通順，圖表較規範，結論正確，無原則性錯誤。能用所學專業知識分析和解決問題。該生能在規定時間敘述 的主要內容...
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