一种双凹槽轴瓦的制作方法

本发明涉及的是一种滑动轴承，具体地说是滑动轴承的轴瓦。

背景技术：

滑动轴承是柴油机中重要的摩擦副之一，其主要运动特点为轴颈相对于轴瓦做旋转运动，因此轴颈与轴瓦表面之间必然产生摩擦力。较大的轴承摩擦力不仅会增加功耗损失，也缩短了轴承的使用寿命，降低了柴油机运行的可靠性与耐久性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供可延长轴承使用寿命的一种双凹槽轴瓦。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种双凹槽轴瓦，其特征是：下轴瓦内表面加工有两个型线为余弦函数曲线的凹槽。

本发明还可以包括：

1、所述的两个凹槽在下轴瓦内表面对称分布，周向包角均为30°，两个凹槽深度的最大值dm与轴瓦半径间隙c之比dm/c为0.4～0.5。

2、凹槽的型线方程为

式中，θ为轴承的周向角度，且0＜θ≤2π。

本发明的优势在于：双凹槽轴瓦对轴承最小油膜厚度与轴承最高温度的影响不大，但是显著降低了轴承摩擦力。这有利于延长轴承的使用寿命，提高柴油机运行的可靠性与耐久性。

附图说明

图1a为常规轴瓦示意图，图1b为a-a视图；

图2a为本发明双凹槽轴瓦示意图，图2b为b-b视图；

图3a为轴承最小油膜厚度hmin随dm/c的变化规律，图3b为轴承最高温度tmax随dm/c的变化规律，图3c为轴承摩擦力f随dm/c的变化规律。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1a-3c，图1a为普通轴瓦，b轴瓦宽度，d轴瓦厚度。图2a中，在下轴瓦内表面加工出两个型线为余弦函数曲线的凹槽。两个凹槽在下轴瓦内表面对称分布，周向包角均为30°，凹槽深度的最大值dm与轴瓦半径间隙c之比dm/c为0.4～0.5。则凹槽的型线方程为

式中，θ为轴承的周向角度，且0＜θ≤2π。

以某船用柴油机曲轴主轴承为研究对象，基于热流体润滑理论，研究了双凹槽轴瓦对轴承润滑性能的影响规律。

对于柴油机曲轴主轴承来说，稳态状态下描述其润滑状态的广义reynolds方程为

式中，r为轴承半径，p油膜压力，u轴颈表面线速度，σ为两表面的综合粗糙度，φθ周向压力流量因子，φy轴向压力流量因子，φs剪切流量因子，ht随机油膜厚度，ρl润滑油密度，f0,f1,f2润滑油粘度函数。

采用reynolds边界条件计算边界处的油膜压力，具体为

式中，pa为环境压力，ps供油压力，γ油槽边界。

轴瓦和轴颈间的微凸体接触压力pasp为

pasp＝k·e·f2.5(h/σ)

式中，k为弹性系数；e为综合弹性模量；而f2.5(h/σ)表示不同膜厚比情况下的分布函数。

稳态状态下控制油膜温度分布的能量方程为

式中，cl,kl,ρl为润滑油的比热、导热系数、密度，u,v,w润滑油沿θ向、y向、z向流速，μasp轴颈、轴瓦两表面之间的干摩擦系数。

稳态状态下控制轴瓦温度分布的热传导方程在柱坐标系下可以表示为

式中，cb,kb,ρb为轴瓦的比热、密度、导热系数，rb轴瓦径向坐标。

轴瓦与环境接触的边界为对流换热边界

式中，hb为轴瓦表面与空气之间的对流换热系数，t0环境温度，n表示接触表面的法向。

轴瓦-油膜界面处的边界为热流量连续边界

轴颈-润滑油边界满足轴颈周向温度不变，且周向净热流量为零

油槽入口边界为油膜温度满足二次多项式分布，轴瓦温度满足一次多项式分布

油槽出口边界为油膜温度满足温度梯度为零边界条件，轴瓦温度满足自由对流边界条件

式中，hout为轴瓦出口处的传热系数。

轴承摩擦力f的计算公式为

式中，φf,φfs,φfp为剪切应力因子。

采用有限差分法离散广义reynolds方程、油膜能量方程与轴瓦热传导方程，结合相应边界条件，用松弛迭代法求解油膜压力场与轴承温度场，结果如图3a-c所示。由图3a-c可以看出，双凹槽轴瓦对轴承最小油膜厚度与轴承最高温度的影响不大，但是显著降低了轴承摩擦力。