柴油機(jī)曲軸零件機(jī)械加工工藝規(guī)程及銑扇板內(nèi)側(cè)面設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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Technical Review Vol.39 No.1(Feb.2002) 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評(píng)語： 簽名： （親筆簽名） 年 月 日注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)?；谌SElasto水力潤(rùn)滑理論的曲軸設(shè)計(jì)Takero MakinoToshimitsu Koga長(zhǎng)崎研究和發(fā)展中心，技術(shù)總部通用機(jī)械和特種機(jī)車總部高效率的要求造成了大量柴油機(jī)引擎曲軸的設(shè)計(jì)困難。當(dāng)軸承油膜厚度不到幾微米時(shí)，由于軸承負(fù)荷而產(chǎn)生的變形量也僅為幾毫米。本論文詳細(xì)敘述了三維Elasto水力潤(rùn)滑理論理論在4沖程柴油機(jī)引擎的曲軸設(shè)計(jì)上的應(yīng)用。這些理論包括曲軸的變形和曲軸間隙中油膜的產(chǎn)生原因。緒論近一個(gè)時(shí)期以來，內(nèi)燃機(jī)的出口量有所增加，但其比重卻在下降。這是因?yàn)椋S承在惡劣的的環(huán)境下使用，大式軸承和主要的軸承連桿的機(jī)架變形在軸承的特征上產(chǎn)生重大影響。為解決這一問題，三菱重工業(yè)有限公司(以下簡(jiǎn)稱MHI)為這些動(dòng)態(tài)軸承負(fù)荷開發(fā)了一種應(yīng)用elasto-hydrodynamic lubrication(EHL)原理的軸承特性預(yù)報(bào)方法，并且使用這種方法來對(duì)MHI公司的大負(fù)載柴油機(jī)引擎進(jìn)行設(shè)計(jì)和評(píng)估。圖1 坐標(biāo)系統(tǒng)EHL技術(shù)分析軸承表面彈性形變導(dǎo)致的油膜壓力，假設(shè)軸承剛體機(jī)構(gòu)，既考慮軸承局部表面變形的影響，同時(shí)又準(zhǔn)確預(yù)測(cè)特征相對(duì)于傳統(tǒng)的分析此外，在這些年里, 三菱重工引進(jìn)EHL技術(shù)分析研究由于油膜壓力而產(chǎn)生的軸承變形的油膜歷史記錄，同時(shí)追蹤軸承清除根據(jù)時(shí)間歷史記錄的油填充比例來改善評(píng)估的準(zhǔn)確性。這份報(bào)告介紹了這一技術(shù)在大型連桿軸承上的應(yīng)用實(shí)例和對(duì)三菱重工的四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要影響。理論2.1 基本公式圖2顯示了這份論文中采用坐標(biāo)系統(tǒng)。影響油膜壓力的參數(shù)可用方程(1)來表示。 (1)當(dāng)方程(1)和下面的力平衡組合成一個(gè)相對(duì)于時(shí)間t的聯(lián)立方程組，這樣一來就可以得到軸中心局部和槽油膜厚度的信息。 (2) (3)由于開始的幾何間隙，軸的偏心率和彈性形變，所以公式(4) 這樣來表示油膜厚度h。（4） 其中： ：粘度壓力系數(shù)：x軸的偏心率：y軸的偏心率：軸承半徑間隙：X方向的離心率：Y方向的離心率 h：油膜厚度 L：變形 N：引擎速度：面積p：油膜壓力 ：油填充比例 ：軸承圓周坐標(biāo)t：時(shí)間U：滑動(dòng)速度：X方向負(fù)荷：Y方向負(fù)荷 X：X軸方向坐標(biāo)Y：Y軸方向坐標(biāo)Z：Z軸方向坐標(biāo)2.2 分析技術(shù)2.2.1 考慮油膜歷史記錄曲線的EHL技術(shù)分析我們開發(fā)了一個(gè)基于JONES提出的油膜歷史記錄曲線概念的EHL分析技術(shù)，來考慮在軸承間隙中的油的運(yùn)動(dòng)。三菱重工的常規(guī)EHL技術(shù)分析，計(jì)算假設(shè)在整個(gè)軸承表面覆蓋潤(rùn)滑油的情況下的壓力分布，替代由于計(jì)算周圍壓力獲得的負(fù)壓力區(qū)域，并且把油膜斷裂邊界視為分界線。在以這個(gè)邊界為條件下，油膜斷裂區(qū)域的流動(dòng)連續(xù)性不能被滿足。另一方面，EHL分析技術(shù)研究隨著油填充比率和時(shí)間的推移而變化的油膜歷史記錄曲線，則顯示流動(dòng)連續(xù)性滿足。圖2 流量計(jì)算至于受到波動(dòng)負(fù)荷的軸承,如發(fā)動(dòng)機(jī)軸承，在軸承上實(shí)際油膜壓力增長(zhǎng)受限制的區(qū)域，在下文中EHL分析可以得出比常規(guī)EHL分析更高的壓力結(jié)果。這是主要用于檢驗(yàn)三菱重工的大型船用柴油機(jī)引擎的實(shí)際尺寸的。EHL技術(shù)分析油膜壓力歷史記錄曲線是作為一個(gè)有益的分析工具來用于設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)的。2.2.2 計(jì)算方法油膜壓力P和軸偏心率、的結(jié)果可以從聯(lián)立方程(1)到(4)中獲得。由于方程(1)和油膜壓力的非線性關(guān)系，我們用“牛頓-拉斐爾”方法來確定它們。我們用有限元方法(FEM)(Galerkin方法)進(jìn)行數(shù)字計(jì)算，four-point等參數(shù)原理被看做是原理內(nèi)容和線性方程系統(tǒng)的數(shù)字化解決方法。為了測(cè)定油膜斷裂邊界，我們改進(jìn)并使用了適用于油膜歷史記錄曲線的有限元運(yùn)算方法的Kumar技術(shù)。圖2顯示的是流量計(jì)算。3個(gè)案研究 3.1連桿頭軸承例如S3l發(fā)動(dòng)機(jī)的大型連桿頭軸承，我們比較剛體分析和EHL技術(shù)分析、并且比較了EHL技術(shù)分析的油膜歷史記錄曲線和傳統(tǒng)的EHL技術(shù)分析。（a）軸承負(fù)載 （b）連桿頭FEM模型圖3 軸承工作狀況的計(jì)算 此外，我們測(cè)算了連桿頭軸承在軸承特性上對(duì)曲柄銷外形的影響。表格1所示為軸承規(guī)格，圖3顯示了影響軸承和用于計(jì)算執(zhí)行3DFEM模型的負(fù)載向量。表格1 S3l引擎大型連接頭軸承的尺寸參數(shù)軸承直徑軸承寬度徑向間隙桿長(zhǎng)沖程引擎速度潤(rùn)滑油粘度48mm21mm0.025mm145mm78.5mm3600rpm10cP 曲柄角度(deg)(a)最大變化，油膜壓力的時(shí)間變化曲線(b) 軸心軌跡軸承的圓周坐標(biāo) (deg) 軸承的圓周坐標(biāo)(deg)(c)軸承中心部分的油膜壓力(曲軸角度10度) (d)軸承中心部分的油膜壓力(曲軸角度10度)圖4 大端軸承特性分析結(jié)果當(dāng)考慮到彈性形變，則計(jì)算油膜壓力的減少量和油膜厚度的增加量。如果考慮到油膜歷史曲線，則軸承上油膜壓力的實(shí)際受力面積的發(fā)展受限制，并且壓力最大值會(huì)變的更大。3.1.1 技術(shù)分析對(duì)比 在圖4(a)里顯示了油膜壓力隨著時(shí)間改變而產(chǎn)生的最大變化量。幾乎在所有的時(shí)間點(diǎn)，取決于剛體分析的油膜壓力高于由EHL分析獲得的數(shù)值。這顯然表明，比如說，相對(duì)于瞬時(shí)時(shí)間，曲軸角度大約在10度左右的地方負(fù)載相當(dāng)大。當(dāng)取決于剛體分析的油膜壓力是180（MPa）時(shí)，取決于EHL分析的壓力是133（MPa）。圖4 (c)和(d)顯示的是曲柄角度在10度時(shí)軸承中心部分的油膜厚度分布狀態(tài)和油膜壓力分布狀態(tài)。由于考慮到彈性變形，由EHL技術(shù)分析得到的油膜厚度相比于由剛體分析得到的幾乎差不多大，并且在壓力區(qū)域幾乎一致。比起剛體分析，由EHL分析給出的壓力分布區(qū)域在圓周方向更寬，并且顯示出較低的油膜壓力最大值。顯然，從圖4(b)顯示的軸中心軌跡和EHL技術(shù)分析表明，軸中心是明顯偏離曲軸間隙的。在圖4(a)中顯示了，在曲軸角度約250度時(shí)，由EHL技術(shù)分析決定的油膜壓力最大值不同于由傳統(tǒng)EHL技術(shù)分析所決定的數(shù)值。當(dāng)軸向油膜斷裂面的一邊運(yùn)動(dòng)時(shí)，曲柄角度調(diào)整符合從上部金屬到下部金屬負(fù)載的轉(zhuǎn)變。圖4（e）顯示的是油膜壓力分布狀態(tài)和曲柄角度在250度時(shí)的油填充比例。從這個(gè)圖表上明顯看出，考慮油膜歷史曲線的分析顯示出，軸承正壓力區(qū)域的發(fā)展由于油量的缺乏而受限制，并且給出相比于傳統(tǒng)EHL分析所得到的更高的油膜壓力?？紤]油膜歷史的EHL分析常規(guī)EHL分析壓力分布油比例(e)壓力分布在考慮油膜歷史的EHL分析和不考慮油膜歷史分析的情況下的差異(在曲軸角度250度)3.1.2 曲柄銷外形在軸承特性上的影響直線形桶形曲線形圖5 曲柄銷外形的形式曲線形桶形直線形圖6 由于銷的幾何誤差引起的曲軸特性差異我們?cè)u(píng)估曲柄銷外形在大型連桿頭軸承特性上的影響。圖5中顯示的是我們研究的三種曲柄銷外形，即(1)直線型，(2)桶形，(3)曲線形。圖6顯示的是油膜壓力最大值和油膜厚度最小值的分析結(jié)果。這表明，在直線外形的曲柄銷(1)顯示出更大的油膜厚度，并且適合于曲軸的操作條件。 3.2 主要影響這一方法不僅可以適用于分析大型連桿頭軸承，而且也適用于大部分軸承和小型連桿頭軸承。下面是個(gè)一臺(tái)S6r引擎的4號(hào)主軸承的分析實(shí)例。表格2顯示了軸承的規(guī)格，圖7顯示了包括軸承負(fù)載和主要軸承的發(fā)動(dòng)機(jī)框架結(jié)構(gòu)的FEM模型。（a）曲軸負(fù)載（b）發(fā)動(dòng)機(jī)框架結(jié)構(gòu)的FEM模型圖7 主要影響的計(jì)算情況表格2 S6r引擎四號(hào)主軸承的尺寸參數(shù)軸承直徑軸承寬度徑向間隙引擎速度潤(rùn)滑油粘度油槽140mm53mm0.07mm1800rpm10cp水平向和側(cè)面，45，100毫米范圍考慮油膜歷史的EHL分析常規(guī)EHL分析剛體分析曲柄角度(deg)(a)最大變化，油膜壓力的時(shí)間變化曲線圖8(a)所示的油膜壓力最大值的時(shí)間變化歷史記錄曲線，顯示了剛體分析評(píng)估的壓力值高于EHL分析的結(jié)果。圖8(b) 明顯顯示了曲柄角度在245度時(shí)的壓力分布狀態(tài)，考慮了油膜歷史記錄曲線的EHL分析認(rèn)為，軸承上由于潤(rùn)滑油的不足而導(dǎo)致油膜壓力發(fā)展受限制,并且得出比常規(guī)EHL分析結(jié)果更高的油膜壓力數(shù)值。因此,有人認(rèn)為，主要軸承的分析顯示了和大型連桿頭軸承分析相類似的趨勢(shì)。 考慮油膜歷史的EHL分析常規(guī)EHL分析壓力分布油比例(b)壓力分布在考慮油膜歷史的EHL分析和不考慮油膜歷史記錄分析的情況下的差異(曲軸角度270度)圖8 軸承主要特性分析的計(jì)算結(jié)果4結(jié)論EHL分析和研究油膜歷史記錄曲線的EHL分析是做為一種能夠改善發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸系統(tǒng)可靠性的先進(jìn)技術(shù)來提出的。為了給輕型高功率引擎的開發(fā)設(shè)計(jì)軸承，我們必須用上述評(píng)估技術(shù)來保證高度的可靠性，并且提高三維CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)化技術(shù)連接的便利性。這項(xiàng)開發(fā)的部分是與Truck&Bus Research、開發(fā)中心和三菱汽車公司合作的。 正文。（要求不少于1萬印刷符）*注：（本注釋不是外文翻譯的部分，只是本式樣的說明解釋）1. 譯文文章標(biāo)題為三號(hào)黑體居中，縮放、間距、位置標(biāo)準(zhǔn)，無首行縮進(jìn)，無左右縮進(jìn)，且前空（四號(hào)）2行，段前、段后各0.5行間距，行間距為1.25倍多倍行距；2. 正文中標(biāo)題為小四號(hào)，中文用黑體，英文用Times New Roman體，縮放、間距、位置標(biāo)準(zhǔn)，無左右縮進(jìn)，首行縮進(jìn)2字符（兩個(gè)漢字），無懸掛式縮進(jìn)，段前、段后間距0.5倍行，行間距為1.25倍多倍行距；3. 正文在文章標(biāo)題下空一行，在正文標(biāo)題下另起段不空行，為小四號(hào)，中文用宋體，英文用Times New Roman體，縮放、間距、位置標(biāo)準(zhǔn)，無左右縮進(jìn)，首行縮進(jìn)2字符（兩個(gè)漢字），無懸掛式縮進(jìn)，段前、段后間距無，行間距為1.25倍多倍行距；4. 強(qiáng)行分頁(yè)時(shí)請(qǐng)用插入分頁(yè)符換頁(yè)；5. 正文中表格與插圖的字體一律用5號(hào)楷體；6. 頁(yè)眉、頁(yè)腳用為五號(hào)居中，中文用楷體，英文用Times New Roman體，縮放、間距、位置標(biāo)準(zhǔn)，無左右縮進(jìn)，無首行縮進(jìn)（兩個(gè)漢字）。外文原文（復(fù)印件）