Page 184 - 《振动工程学报》2025年第11期

2642 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

高温及高频振动等挑战。为此，需建立高精度的翻 一定的进展，从前期基于线性或非线性弹簧/阻尼单
边轴瓦润滑分析模型，以准确评估其润滑性能、提 元 [18] ，到采用润滑理论计算 [19] ，随着润滑理论的引
升装备可靠性。 入，相关研究获取轴瓦支撑特性的精度越来越高 [20] 。
翻边轴瓦由径向和止推两部分组成，故对径向 在此基础上，WEI 等 [21] 和李正文等 [22] 将柔性曲轴动
轴瓦和止推轴瓦润滑特性的研究是构建其润滑模型 力学与轴瓦弹流润滑相结合，以动态油膜力作为耦
的基础。目前，传统径向/止推轴瓦的润滑研究已相 合参量，探讨了润滑性能与振动行为之间的相互作
对成熟，现有模型可系统考虑流（流体动力润滑）、 用机制。综上所述，现有研究多为单向耦合，即仅考
固（粗糙接触和热弹性变形）和热（对流和传导）因素 虑曲轴振动对润滑间隙位移的影响，或考虑轴瓦润
的耦合效应。基于此，学者们通过探究径向-止推部 滑导致的曲轴振动性能变化，尚不清楚曲轴振动与
分间的耦合关系，持续推进翻边轴瓦润滑特性的研 轴瓦润滑间的双向耦合机制。
究。JANG 等 [1] 对翻边轴瓦的润滑特性进行了初步 柴油机翻边轴瓦的运行工况较为恶劣，滑油工
作温度较高，因此润滑模型中有必要考虑时变多向
研究，提出了径向-止推部分共同边界条件在润滑性
的瞬态载荷特征与滑油热效应。此外，曲轴振动导
[2]
能分析中的作用。随后，WANG 等 针对重型机械
致的瞬态位移响应直接影响轴颈径向倾角与轴向窜
中的翻边轴瓦，采用保角映射将止推面环形域转换
动量，导致翻边轴瓦径向与止推部分润滑间隙的变
为径向扩展矩形域，实现三维问题向二维平面的简
化 。 因 此， 一 方 面 需 要 建 立 适 用 于 柴 油 机 翻 边 轴
化，并基于统一计算域，在公共边界上建立流量与压
瓦、考虑径向-止推耦合润滑效应的热弹流混合润滑
力连续性方程，构建了考虑压力-流量耦合效应的径
模型，另一方面需构建曲轴振动与翻边轴瓦瞬态润
向-止推轴瓦流体动压（HD）润滑模型，揭示了耦合效
滑间的双向耦合关系，最终实现对实机动载工况下
应对润滑性能的影响。为了进一步提高模型精度，
翻边轴瓦润滑性能的准确模拟。为此，本研究基于
XIANG 等 [3-4] 考虑了轴瓦弹性变形，建立了船用艉轴
径向-止推交界面滑油热量-压力-流量连续性条件构
翻边轴瓦的弹流润滑（EHD）模型，并在此基础上，基
建了翻边轴瓦耦合润滑关系，通过考虑倾斜轴颈与
于微扰动法对翻边轴瓦刚度和阻尼进行了初步探
止推肩的协同运动条件建立了翻边轴瓦瞬态润滑模
索。研究表明，考虑流量和压力耦合效应会导致径 型，以轴瓦时变刚度为耦合媒介形成了双向耦合的
向和止推部件的压力分布、承载能力、刚度和阻尼 轴系振动-润滑交互作用分析模型。

发生显著变化。此外，文献 [5-6] 也发展了稳态热流
体动压（THD）模型，研究表明，共同边界处的温度变 1 理 论 模 型
化会同步扰动径向与止推部分的油膜温度，热耦合

是影响润滑性能的另一关键因素。综合来看，现有
1.1 翻边轴瓦润滑模型
翻边轴瓦润滑研究的考虑因素相对单一，未形成考
虑较为全面的润滑模型，关于径向-止推交界面热 1.1.1 膜厚方程
量、压力和流量耦合作用下翻边轴瓦瞬态润滑性能 翻边轴瓦径向部分的膜厚示意图如图 1 所示，
的研究较少。 图 1（a）和（b）分别为径向部件的径向视图和轴向视
对于柴油机轴瓦，其润滑性能受曲轴动力学行 图，图中 O 1 、O 2 和 O 3 分别为轴颈前端、中部和后端
为影响显著：一方面承受活塞爆发压力传递的时变 截面的圆心位置。模型中考虑了轴颈倾角和轴向速
度，最终径向部分的油膜厚度 h J 表示为：
载荷，另一方面受曲轴振动位移的几何边界扰动。
h J = c+ecos(θ −φ)+
为更精确地模拟轴瓦润滑状态，学者们针对曲轴振
( )
L B
动响应开展了深入研究。在振动计算方法方面，包 tanγcos(θ −φ) Y − +V∆t +h JE +h JT （1）
2
括集总参数法 、传递矩阵法 、伽辽金法 [9] 和瑞利-
[8]
[7]
y θ y
里兹法 [10] 在内的分析方法已被广泛应用，这些方法
轴瓦
能有效预测曲轴多模式振动的耦合效应。而关于振 v c 滑油
O 1 ω φ
动对润滑的影响研究，从早期简化的物理模型（滑块 γ z O 3 x
O 2 O 2
模型 [11-12] 和板球模型 [13] ），逐步扩展至实机曲轴轴瓦 O 3 轴颈 滑油 O 1
轴颈
系统（径向轴瓦和止推轴瓦 [14-15] ），深化了振动影响 L B
轴瓦
机制的认知。另一方面，轴瓦润滑状态决定的支撑
(a) 径向视图 (b) 轴向视图
特性作为振动传输关键参数，会显著改变系统固有 (a) Radial view (b) Axial view

频率 [16] 与振动响应 [17] ，形成润滑-振动的反馈闭环。 图 1 径向部分膜厚示意图
目前，将轴瓦支撑特性纳入振动分析的研究取得了 Fig. 1 Schematic diagram of journal part film thickness