Page 25 - 《摩擦学学报》2020年第4期

第 4 期 亢荣玉, 等: 基于发动机主轴轴承异常油膜噪声特征的模拟试验研究 435

润滑机理的研究和油膜边界条件的确定以及如何获
得高清的油膜空穴图像，对于油膜空穴所带来的噪声
问题却提之甚少，因此，探究空穴噪声的机理将对解
Piston
决以上包括发动机不规则噪声在内的问题具有实际
Connecting rod
意义.
Crankshaft
本文作者针对发动机主轴轴承异常空穴噪声，利
用可视化平行板挤压油膜试验机探究了不同激励信
号、挤压振幅、挤压频率和润滑油黏度等因素对空穴
Noise source main bearing
噪声的影响，分析了各影响因素下空穴的变化特征，

Fig. 1 Abnormal noise source location of the engine main
为解决空穴噪声问题提供了参考.
bearing
图 1 发动机主轴承的异常噪声源位置 1 试验样机
行参数分析，指出并验证了噪声是由油膜空穴产生 发动机结构复杂，在运行过程中同时存在动载挤
的，并研究了若干影响空穴噪声的影响因素. 压效应与旋转剪切效应，研究发现动载挤压效应对于
空穴是一种发生流体中的跨学科的复杂现象，其 空穴噪声的影响尤为直接，课题组根据发动机结构，
初生、发展和溃灭取决于多种因素的相互作用，如液 [12-13]
简化了试验机结构，只考虑动载挤压效应 . 试验机
体物性(蒸汽压强、表面张力、密度、黏度和压缩性等)、
结构图如图1所示，试验中油池(10)充满润滑油，试验
[4]
[3]
流速及温度等 . 2015年，王丽丽等 分别从理论和试
机的动力源为激振器(1)，并通过连杆带动动支架
验探究了不同润滑油黏度对高速螺旋油楔滑动轴承
(5)做上下挤压运动，透明玻璃板(11)固定在动支架的
空穴特性的影响，其试验采用高速摄像机和透明轴承
底端，与固定在托板(6)上的下底板(8)保持平行，实现
清楚地观测到在不同黏度润滑条件下轴承油膜的空
挤压油膜运动. 为了使得动支架只有上下挤压运动，
穴形状、油膜破裂位置、油膜再形成位置的变化情况.
采用6根钢丝(3)均匀上下两层将动支架固定在镜支架
试验结果表明，与高黏度润滑剂相比，低黏度润滑剂
上. 为了能够清晰地拍摄到空穴图片，将反光镜(12)呈
空化面积小，并且在该润滑条件下润滑质量得到了改
[5]
善. 2019年，Jamshid等 探究了不同黏度润滑剂对单 45°固定在静支架(2)上，利用带有光源的高速摄像机
个活塞环中空化现象的影响，试验结果显示，黏度对 通过光路的反射来拍摄实时的空穴图像，试验机实物
空化现象的影响很大，黏度越高空化的范围越大，这 图如图2右图所示. 详细的试验机原理可参考文献
与王丽丽研究的结果具有一致性. 调查显示，不仅在 [13]. 试验机的数据采集系统示意图如图3所示，可同
发动机主轴轴承中会出现油膜空穴现象，在船舶螺旋 时采集振动、位移、声压、力和空穴图像等五种信号.
[9]
[6]
桨 、挤压油膜阻尼器 [7-8] 、密封圈 、气缸套与活塞 试验条件列于表1中，发动机不规则空穴噪声主
环 等机械中均会出现空穴现象. 目前，国内外研究 要发生在发动机怠速600 r/min，试验机的挤压频率设
[10]
者对于油膜空穴现象的研究很多，大部分是针对油膜 置为10 Hz，试验中采集到一段时间内空穴噪声现象
Electromagnetic
exciter
Stationary Electromagnetic
housing exciter
High-speed
camera Force Mirror
sensor High-speed
camera
Pull-rods and Test apparatus
spring wires
Mirror with
support
Sound
sensor upper Movable frame
transparent Sound pressure
plate Base plate
displacement sensor sensor
Wall of oil pool Lower thrust plate
Vibration sensor

Fig. 2 Schematic of the test apparatus and its photograph
图 2 试验机结构原理图与其实物图