内燃机滑动轴承的动力学建模与状态监测

摘要

内燃机滑动轴承由于承受复杂的交变载荷作用，工作条件十分恶劣。滑动轴承在长期运行过程中难免产生各种程度的磨损，导致发动机工作状况变坏、整体振动噪声异常、轴瓦烧毁或曲轴断裂等严重故障。由于发动机连杆大端轴承位于发动机内部，拆检极为耗时困难，因此，研究发动机连杆大端轴承不拆检的状态监测与故障诊断方法有非常重要的意义。在基于声发射技术的发动机故障诊断领域中，现有的研究大都是在模拟已知故障源和故障类型的情况下进行的，而对于未知故障源和故障类型的研究相对较少。然而对于发动机而言，由于其包含多种形式的摩擦副部件，且故障种类繁多，因此研究未知故障源的定位和故障类型的分析很有必要。 为了获得内部故障与外部声振信号之间的物理关联特性，本文对连杆大端轴承的动压润滑过程进行了建模和深入的仿真研究,根据发动机参数计算出连杆大端轴承力，绘制出连杆大端轴承力图，分析得出随着转速的增加连杆大端最大载荷逐渐减小，而其余曲轴转角位置的载荷是随着转速的增加而增加的。并采用差分法求解二维雷诺方程，计算出连杆大端轴承处油膜压力随发动机运行参数和曲轴转角的分布规律。然后，建立发动机润滑系统的一维模型，分析不同机油温度和不同连杆大端轴瓦间隙条件下发动机连杆大端轴瓦润滑情况。得出相同机油温度条件下，发动机连杆大端轴承处的润滑油流量随着连杆大端轴瓦配合间隙的增大而显著增加，而连杆大端轴承处油压随着相对间隙的增大而减小；连杆大端相同轴瓦配合间隙条件下，发动机连杆大端轴承处的润滑油流量随着机油温度的升高而增大，而连杆大端轴承处油压随着机油温度的增大而降低，从而奠定了分析由诸如过大轴承间隙、供油不足、非正常摩擦磨损等产生的声振信号的基础。 基于单缸水冷柴油机进行台架试验，对比不同转速、转矩条件下曲轴位置的激光位移传感器信号，探究连杆大端轴瓦在不同工况下的轴心轨迹情况。结合仿真结果可看出，在0℃A，90℃A，270℃A，360℃A，450℃A，630℃A曲轴转角位置处轴承力和曲轴位移变化量的峰值相吻合，这证明仿真和试验的结果相一致，曲轴在轴承力的作用下产生位移变化，且随着轴承力的周期性变化而形成周期性的轴心轨迹。随着发动机转速、转矩的升高，发动机润滑系统油压增大，滑动轴承处油膜厚度变薄，油膜压力增大，油膜承载能力下降，曲轴位置处振动响应增大，这就导致曲轴轴心轨迹向外侧偏移。最后，对发动机进行了声发射轴承故障诊断，通过对比不同测点的异常声发射信号峰值响应，定位故障源，结合理论分析计算和拆机检查来验证声发射的诊断结果。

目录

第一个书签之前