Page 187 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 11 期 施佳皓，等：耦合曲轴振动的柴油机翻边轴瓦润滑性能分析 2645

向振动位移响应 Δx 和 Δz，其直接影响轴颈时变轴向 在此基础上开展径向-止推轴瓦瞬态润滑计算并
速度和时变倾角： 获取时变刚度 K x 、K y 、K z ，作为下一时刻的轴瓦支撑
 ∆x 特性，用来更新曲轴振动计算中的刚度矩阵。
V =



 ∆t
 （18） 更新时变刚度矩阵代入曲轴强迫振动模型，开


 ∆z i −∆z i−1
tanγ = 展下一时刻轴瓦润滑计算。综上所述，本研究模型


L B
式中，Δz 的下标 i 和 i−1 对应径向-止推轴瓦前后两 的耦合关系体现在：曲轴的振动通过轴颈时变参数
节点，膜厚方程修正得到： （速度、倾角）改变轴瓦润滑边界条件，导致润滑膜
h J =c+ecos(θ −φ)+h JE +h JT + 特性动态变化；润滑膜动态特性（刚度）反馈至轴系
( )
∆x 振动模型，修正传递矩阵的动力学参数，形成双向耦
∆z i −∆z i−1 L B
cos(θ −φ) Y − + ∆t （19）
L B 2 ∆t 合作用，具体公式和耦合关系如图 4 所示。

曲轴三维振动模型
K x
刚
强迫振动
M x C x K x f 度
方程 传
递 T k =
矩 K z
振动位移响应
阵
轴向速度 轴颈倾角 L K y
B
翻边轴瓦热弹流润滑模型
径向膜 L 止推油
B T
厚方程 J JE JT 膜厚度 TE TT v
翻边轴瓦刚度阻尼计算模型
P P P P
J J P P P P
T T
P P P P
J J
三维扰动
三维扰动
雷诺方程 J P P J P P
雷诺方程
计算模型
计算模型
T P P T P P

图 4 曲轴振动与翻边轴瓦润滑耦合示意图
Fig. 4 Coupling diagram of crankshaft vibration and journal-thrust coupled bearing lubrication

2 模 型 验 证 施加了幅值为 6 kN 的正弦径向载荷和 300 N 的恒定
轴向载荷，其余试验参数见表 1。
本研究分别对润滑模型和振动模型进行了验 试 验 结 果 与 模 拟 计 算 结 果 的 对 比 如图 6（ a） 所
证。其中，润滑模型通过在翻边轴瓦摩擦学试验台 示，结果表明，热-压-流耦合模型、传统模型和试验摩
上的瞬态测试进行验证。试验台的结构示意图如 擦系数值趋势一致，分别为 0.0215、0.0254 和 0.0198。
图 5 所示。试验采用 JN338 型扭矩转速传感器测量 与传统模型相比，热-压-流耦合模型在相同加载条件
轴颈转速与摩擦扭矩，进而计算摩擦系数，同时使用 下的摩擦系数更小，更接近试验值，最大误差约为
PT100 电阻温度检测器监测轴瓦表面温度。试验中 6%。在测试操作稳定后，将循环结束时每个测量点

测试轴瓦
测温系统

轴向力加载装置
摩擦力测试系统
试验平台
电气控制系统

测点

轴向力加载装置 接油盒 试验夹具 油壶 被测轴瓦 轴承座 联轴器
扭矩传感器 电机 工作台 径向力加载装置