[发明专利]混合润滑状态下船用柴油机凸轮副摩擦-闪温预测方法

说明书

本发明公开了混合润滑状态下船用柴油机凸轮副摩擦‑闪温预测方法，应用于船舶内燃机摩擦学领域，包括：分别构建考虑表面真实粗糙度的雷诺方程、膜厚方程、承载方程以及摩擦‑闪温方程，耦合得到凸轮副摩擦‑闪温预测模型；输入待测配气机构运行参数至凸轮副摩擦‑闪温预测模型，得到预测结果。本发明揭示了工况改变及几何结构对其润滑状态和摩擦‑闪温特性影响规律，为船用柴油机配气凸轮‑挺柱副磨损预测及摩擦学优化设计提供理论指导，提高了配气机构性能和使用寿命。

技术领域

本发明涉及船舶内燃机摩擦学领域，特别涉及混合润滑状态下船用柴油机凸轮副摩擦-闪温预测方法。

背景技术

凸轮-挺柱副是配气机构中的关键配副，控制船用柴油机的配气过程。随着船舶柴油机功率密度、转速等性能参数的不断提升，配气凸轮-挺柱副面临着更加严苛的工作环境，尤其是界面微观接触区的摩擦学特性，在瞬态载荷冲击、速度冲击及瞬态曲率条件下，界面摩擦及闪温迅速突变，带来胶合和磨损等表面失效隐患。

目前，配气凸轮-挺柱副的失效问题，如磨损、胶合等，已成为影响配气机构性能和使用寿命的重要因素，而现阶段，对基于混合润滑分析的配气凸轮-挺柱副的摩擦-闪温性能鲜有研究。

为此，如何提供一种能够基于混合润滑分析配气凸轮-挺柱副的摩擦-闪温性能，以为船用柴油机凸轮-挺柱副摩擦失效预测和低摩擦设计提供理论支撑，提高配气机构性能和使用寿命的混合润滑状态下船用柴油机凸轮副摩擦-闪温预测方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了混合润滑状态下船用柴油机凸轮副摩擦-闪温预测方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

混合润滑状态下船用柴油机凸轮副摩擦-闪温预测方法，包括：

步骤(1)：分别构建考虑表面真实粗糙度的雷诺方程、膜厚方程、承载方程以及摩擦-闪温方程，耦合得到凸轮副摩擦-闪温预测模型；

步骤(2)：输入待测配气机构运行参数至凸轮副摩擦-闪温预测模型，得到预测结果。

可选的，步骤(1)中，所述雷诺方程为考虑瞬时速度的雷诺方程，具体为：

基于凸轮-挺柱副运动学分析模型，得到凸轮和挺柱的表面速度，如下：

其中，u₁为凸轮的表面速度；u₂为挺柱的表面速度；

根据凸轮-挺柱副运行过程中瞬变卷吸速度，采用三维线接触混合润滑雷诺方程，如下：

其中，p为油膜压力；h为油膜厚度；η为润滑油粘度；ρ为润滑油密度；u为两表面间卷吸速度，u＝(u₁+u₂)/2。

可选的，步骤(1)中，所述膜厚方程为考虑瞬时曲率半径的膜厚方程，具体为：

计算凸轮综合曲率半径R，如下：

R＝R₀+h_α+h″_α；

其中，R₀为凸轮基圆半径；h_α为凸轮升程方程；h″_α为几何加速度；

根据复杂瞬变曲率，构建油膜的厚度方程，如下：

其中，h₀为初始膜厚；v(x,y,t)为弹性变形项；δ₁和δ₂为接触表面粗糙度分布。