应用LIF法精确测量油膜厚度以改善十字头轴承的承载能力

摘要

大型二冲程柴油机十字头轴承,由于其摆幅小,摆动速度低,比负荷高,而使流体动压作用受到限制,工作中的润滑条件严酷。十字头轴承在承载表面上有几条轴向油槽以便在轴承摆动中促使油膜的形成。然而,这些油槽削弱了因流体动压作用而形成厚油膜,使轴承变得更容易出现咬粘和疲劳裂损。发动机不断地向着更加紧凑和增加输出功率的方向发展的趋势提高了轴承的比负荷,导致了更加严酷的润滑条件。因此,有必要改进十字头轴承的承载能力。现在所做的研究是找出如何改进十字头轴承之承载能力的方法。采用一种动压加载轴承试验装置,能够模拟实际发动机十字头轴承的载荷型式和摆动运动以排除导致咬粘发作的油膜厚度和载荷。传统的方法是使用一可更换的传感器,同时,根据理论轴承直径间隙和测量传感器与轴之间的距离存在的差异计算出油膜厚度。因此,传统方法排除了传感器就接在上面的轴承座的弹性变形量,该变形量远远大于油膜厚度,故产生一个不能容许的测量误差。替代它的是采用激光感应荧光(LIF)新型方法对油膜厚度作精确测量。该方法,是将一很细的光导纤维传感器置于承载表面,油膜厚度能得到直接测量而没有轴承座变形的影响。通常认为,减小轴承间隙比可有效提高整个轴承块的挤压效应,从而改善承载能力。然而,当间隙比变得太小时,会发现形成充分的动压楔形油膜的能力下降并危及承载能力。因此,使用很低的间隙比去提高挤压效应,需要一种提高楔效应的机理。即使在轴承间隙比很小时,在轴向油槽两边增加很浅的斜坡也会改善楔效应,故整个润滑条件的改善是可以预期的。润滑条件对斜坡外形很敏感。大的斜角抑制楔效应并减小油模厚度。同时还认为加大斜面长度会改善楔效应。但是,过大的斜面长度会减小有益于挤压效应的有效轴承面积,降低油膜厚度。据推算,具有0.1度的斜度和5度的对应弧长会形成最佳润滑条件,得到最大的承载能力。