【维修维护】柴油机主轴承在不同润滑油温度下的润滑效果分析

本文主要是以机车使用的16V240ZJ型发动机为研究对象，结合内燃机模拟软件GT-CRANK建立虚拟机的方式，分析和模拟不同眼的润滑温度下的润滑效果和动力学的特点，对此进行比对实验，最终确定最合适的润滑油匹配方案。

1.建立虚拟机和设定的方案

虚拟机的建立：气缸内气体燃烧产生的爆发力是柴油发动力的动力来源，这也是柴油发动机的工作原理。图1可以看出来试验数值和计算数值的变化情况，从图中我们看出来相差的结果非常小，之所以出现这样的结果是因为：仿真试验在计算的时候对公式进行了非常精确的简化。这样的结果比较也证明了模拟软件GT-CRANK进行仿真动力学研究的准确价值。

利用模拟软件GT-CRANK建立包含了活塞、气缸压力、曲轴、机体的模型，模拟参数有几何尺寸、质心位置和零部件的质量等，最终在软件内部建立了16V240ZJ型的虚拟机。气缸动力是整个建模的基础数据，必须按照试验的需要和环境输入，目的是确保计算的准确性能，润滑油类型设定为CAE30。CAE30润滑油的密度和粘合度等具体数字都在轴承模块中设立。

方案的设立：按照软件设定的方法，我们把润滑温度设定为参变量，然后我们在润滑油可以正常工作的温度范围内选取5个不一样的数值，分别是①70℃。②75℃。③80℃。④85℃。⑤90℃。

2.结果分析

因为润滑油的温度不一样，所以曲轴、主轴颈轴承的承受能力和发挥的作用也不一样，通过模拟软件GT-CRANK可以计算和规划出润滑油因为温度的变化产生的工作变化情况。

2.1轴承的负荷

轴承负荷的变化是评判轴承和轴颈之间产生危险摩擦指数的主要参数。如下表所示，润滑油温度的变化影响了轴承承载情况的变化。因为润滑油温度的上升，影响的润滑油黏度就会下降很多，最小油膜厚度也在随之减小，导致的润滑油的承载力下降，但是如果最小油膜厚度更小会影响承载能力变大，两者形成一种反比例关系，通过试验数据证明，润滑油温度在85℃的时候，最大轴承的负荷承载力最小。

最小油膜厚度数值和最大轴承负荷数值关系表

方案/℃70℃75℃80℃85℃90℃

最小油膜厚度/m

19.87 14.22 10.75 8.61 6.88

最大轴承负荷/kN 254.21 254.24 254.20 254.19 254.20

2.2瞬时摩擦功率的消耗

轴承的损耗可以反映出功率输出的大小，也就是说在实际工作中，轴承的损耗数值越小越好。相比较上述几种不同温度下的主轴颈轴承的功率损耗曲线图可以看出来，润滑油的温度越高，瞬时摩擦功率的消耗就越小，如图2所示。为了提升柴油发动机的动力输出和降低燃油的损耗值，我们必须降低柴油发动机的机械摩擦损耗。因此，单单考虑摩擦损耗数值的影响，可以适当提高润滑油的温度。

2.3最小油膜厚度的分析

通过比对分析图3中几种不同类型的润滑油温度下主轴颈轴承的油膜厚度对比曲线图看出来，润滑油的温度升高，主轴颈轴承的油膜厚度会变得非常小。所以我们得出结论是一定的油膜厚度对于润滑油的工作性能具有很好的影响作用。最小油膜的厚度应该在工作允许的范围内，如果太小的话，就会出现金属机械之间的相互摩擦。

2.4摩擦扭矩

如图4所示，伴随着润滑油温度的下降，轴承摩擦的扭矩就会随着增大，这和润滑油温度的下降、润滑油黏度的增加存在一定的关联性。但是我们就数值方面分析的话，润滑油的温度对于轴承摩擦扭距的影响作用并不是非常大。

3.总结讨论

我们通过虚拟机仿真试验，对柴油发动机进行了相关数字化的建模分析，并且针对主轴颈轴承进行了非常全面的剖析，通过试验得出的计算结果我们总结出：

（1）润滑油的温度变化对于轴承润滑性能的影响是最大的。因为伴随润滑油温度的下降，轴心轨迹的活动范围会减小很多；轴承负荷能力会下降很多；最小油膜厚度会增大；这些因素都是主轴颈轴承性能改观的具体体现，造成这种改观的主要原因是润滑油温度的降低，影响了润滑油黏度的增加，润滑油的流动性能就会下降很多，油膜厚度也会随着增加，相对应的轴心轨迹的活动范围一直在减小。

（2）随着润滑油温度的下降，轴承摩擦扭矩和摩擦损耗所消耗的功率因数都会增加。因为润滑油的黏性一直在增加，润滑油流动性能下降，润滑油的油量也就相应的降低，必定会影响到泵油的损失一直上升，但是整体来说，变化非常小。

（3）总结上述试验结果和结论，我们发现润滑油的温度不能太高，但是温度太低的话，也会造成消极的影响。润滑油温度的变化，对于最小油膜厚度来说是最大的。因此我们综合各种原因考虑，结合上述材料中出现的试验数据，润滑油的温度控制在80℃是最好的。因为这个温度值，能够保证最小油膜厚度的厚度值，也确保了系统工作的整体效益。与此同时我们还需要注意一个问题就是，要想非常准确的把握和保持最佳润滑油温度，对于柴油机的冷却系统要求非常严苛。

通过上述材料的分析，材料中提到的数据仿真计算是根据设计参数计算的，主要目的是掌握了正确的动力学仿真基本理论，建立相对应的虚拟机，就可以对1台现实存在的内燃机进行非常精确的动力分析，而且得到需要的各项数据。通过试验数据和结论的分析研究，我们知道合适的润滑油温度是保证系统工作的关键，因此我们得出结论是：润滑油温度维持在80℃是最好的。

参考文献：

[1]张春英，樊嘉天，顾丽，周望静.发动机曲轴主轴承液体动力学分析[J].现代车用动力，2011（11）.

[2]王刚志，楼小燕.基于热弹性流体动力润滑理论的内燃机主轴承油槽设计[J].拖拉机与农用运输车，2011（23）.

[3]李明海，王鹏，牟恕宽.机车柴油机活塞改进前后曲柄连杆机构动力学对比分析[J].铁道机车车辆，2010（11）.

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