PDF《偏心轮机构时变热弹流润滑问题分析》

第22 卷第6期摩擦学学报Vo l 22, No

6 2002 年11 月TR I BOLO GY Nov,

2002 偏心轮机构时变热弹流润滑问题分析 王静, 杨沛然 (青岛建筑工程学院 机械工程系, 山东 青岛 266033) 摘要: 采用多重网格技术对偏心轮2挺杆副的热弹流润滑问题进行了数值模拟, 给出了该问题的完全数值解, 比较了 等温解和热解, 分析了反向运动对油膜压力和厚度的影响, 并采用 温度2粘度楔 机理进行解释, 着重阐述了在零卷吸 速度条件下的压力、 膜厚、 温度和流速分布.

数值模拟计算结果表明, 在偏心轮2挺杆工作的一个周期内, 热效应的影响 不可忽略;

零卷吸速度时, 接触区温升很高, 接近两固体表面的流体呈现出不流动状态, 此状态归因于特定的温度和卷 吸速度条件. 关键词: 偏心轮2挺杆副;

热弹流润滑;

时变;

零卷吸速度 中图分类号: TH 117.

22 文章标识码: A 文章编号:

100420595 (2002)

0620481205 凸轮及其从动件是以滑动为主的点线接触摩擦 副, 是内燃机中工作条件最为严酷的摩擦副之一, 在 工作中处于非稳态弹流润滑状态, 能形成弹流油膜 . 在凸轮及其从动件工作的一个周期内存在着两表面 的反向运动, 进行温度分析存在困难 . 以前的理论研 究均针对等温工况[1,

2 ] , 杨沛然等[3 ] 通过在顺流和逆 流的节点上对温度使用不同的差分格式, 解决了上述 数学困难, 并研究了超大滑滚比热弹流润滑问题. 本 文将此方法应用于动态反向运动问题, 分析内燃机中 的偏心轮机构的热弹流润滑问题 .

1 运动分析 计算中所采用的偏心轮2挺杆副如图

1 (a) 所示, 图中建立动坐标系 x oz , 原点在偏心轮的名义接触点 o 上, Ξ 为偏心轮角速度, e 为偏心距 . 工作过程中坐 标系始终随从动件上下移动(膜厚的影响可以忽略) , 因此, 偏心轮和挺杆在 z 方向的速度均等于 0. 润滑 理论中的 ua 和ub, 分别指表面在 x 方向上的点对于 动坐标系的相对速度, 而不是两表面之间的相对速 度.根据运动学分析可知: ua= R Ξ, ub= eΞco sΞt . (1) 这样, 从润滑角度而言, 图1(a) 等价于图

1 (b).

2 数学模型 将杨沛然等[4 ] 的广义 R eyno lds 方程改写为:

5 5x Θ Γ e h

3 5p 5x = 6ua 5(Θ ζ ah) 5x + 6ub 5(Θ ζ bh) 5x +

12 5(Θ ζ eh) 5t . (2) 式中: p 为流体压力, h 为油膜厚度, (Θ Γ) e、 Θ ζa 和Θζb (a) Schem atic diagram (b) Equivalent F ig

1 Schem atic diagram of eccentric2tappet pair and its equivalent 图1偏心轮2挺杆副工作示意图及其等效图 分别为同流体粘度 Γ 以及密度 Θ有关的当量参数 . 式(2) 中下标 e 表示当量, a 和b则分别表示与 ua 或ub 相对应 (下同). 各当量参数的表达式见文献[

5 ]. 式(2) 的边界条件为: p (x in, t) = 0, p (x out, t) = 0, p ≥0 (x in<

x <

x out). (3) 膜厚方程为: h (x , t) = h00 (t) + x

2 2R -

2 Π E '

∫ xout x in p (x '

, t) ln (x - x '

)

2 dx '

. (4) 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(50175054). 收稿日期: 2001212226;

修回日期:

2002203220 联系人王静, E2 m ail: w j20011226@163. com. 作者简介: 王静: 女,

1975 年生, 硕士, 助教, 主要从事润滑理论方面的研究. 式中: h00 (t) 为几何方程的刚体位移, E '

为综合弹性模 量.载荷方程、 油膜的能量方程、 两固体的热传导方 程、 界面热流量连续条件及固体 a 和b在za和zb方向上的温度边界条件详见文献[5 ]. 润滑剂的粘度 Γ 和密度 Θ则均为压力 p 和温度 T 的函数, 本文选用 Roelands 粘压粘温关系和Dow son2 H igginson 密压密 温关系[5 ] .