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目前进行的内燃机曲轴轴承轴心轨迹试验测试一般都仅是测量曲轴轴颈中心在轴承横截面中的运动轨迹。对于实际内燃机工作情况,曲轴轴颈在轴承截面中进行平面(二维)运动的同时,由于受多种因素(如曲轴受载变形等)的影响,还存在沿轴承轴线方向的运动。
本文以某车用四缸四行程柴油机为对象,在内燃机试验台架上进行了多工况下的内燃机曲轴主轴承三维(即同时包括轴颈在轴承截面中的平面运动和轴线方向运动)轴心轨迹实际测量。轴颈在曲轴轴承中的位置采用电涡流传感器测量并通过后处理计算获得。此外,还进行了不同工况下内燃机各主轴承温度主油道温度和油底壳温度等的试验测量。研究结果表明:
内燃机工作中,曲轴轴承轴颈存在沿轴线方向的运动;实际内燃机曲轴轴承的轴心轨迹为三维空间曲线;一个内燃机工作循环的曲轴轴承轴心轨迹曲线是不封闭曲线;在内燃机负荷相同的情况下,转速对曲轴轴承轴心轨迹曲线的总体形状影响较大;在转速相同的情况下,负荷对曲轴轴承轴心轨迹曲线的总体形状的影响较小。曲轴轴承轴颈沿轴线方向存在较大的移动量,其数值大于轴承径向间隙;转速越高,曲轴轴颈的最大轴向移动量越大。高转速时,曲轴轴颈的最大轴向移动量随着负荷的增加有较明显的增加趋势;较低转速时,随负荷的变化趋势不明显。负荷相同时,随着转速的升高,曲轴轴颈的最大轴向移动量基本呈现增加的变化趋势。内燃机转速较低时,轴承轴颈的轴向运动在一个内燃机工作循环中的变化规律具有一定的周期性,变化周期数等于内燃机的气缸个数,而高转速情况下没有明显的变化规律性。转速相同时,在不同负荷下,曲轴轴承最小油膜厚度在一个内燃机工作循环中有基本相同的变化趋势。在低转速下,曲轴轴承最小油膜厚度在一个内燃机工作循环中的最小值出现在靠近做功上止点时刻附近;转速较高时,曲轴轴承最小油膜厚度在一个内燃机工作循环中的最小值一般出现在靠近进气上止点时刻附近。在转速较低的情况下,负荷较大时曲轴轴承最小油膜厚度在一个内燃机工作循环中的最小值较小;而在较高转速下,曲轴轴承最小油膜厚度在一个内燃机工作循环中的最小值出现在负荷较小时。当负荷较小时,随转速增加,曲轴轴承最小油膜厚度的数值减小;负荷较大时,随转速升高,曲轴轴承最小油膜厚度的数值呈现先增大后减小的变化趋势。
内燃机转速相同时,随负荷增加,主轴承温度依次增加,主油道温度和油底壳温度也相应增加。负荷相同时,随转速增加,主轴承温度、主油道温度和油底壳温度都相应增加。转速较低时,主轴承温度低于主油道温度,转速越低它们的差别越大;随转速升高,主轴承温度逐渐接近主油道温度;达到高转速时,主轴承温度将高于主油道温度。
本文根据多功能滑动轴承试验台研制工作要求,设计了多功能滑动轴承试验台的加载系统。在对不同加载方案比较的基础上,设计了两种基于液压系统的加载方案,即脉动载荷型加载系统和连续可变载荷型加载系统。