摘 要

滑动轴承是船舶柴油机的关键部件，主要用于支撑连杆曲轴传递力和载荷。高性能的高速柴油机需要其滑动轴承能够在高速、重载和高温等恶劣条件下可靠工作，这种工况要求滑动轴承要具有优秀的摩擦学性能。已有研究表明，在轴承表面适当地布置表面纹理对改善轴承润滑性能有益，但被动生成或主动设计的连续性纹理对轴承润滑特性及应力特性的影响规律尚待揭示。为此，本文以船舶柴油机滑动轴承为研究对象，研究不同瓦面纹理对轴承润滑性能的影响规律，为设计性能优异的表面纹理滑动轴承提供理论依据。

本文通过有限元软件ADINA分别建立二维和三维的轴承模型，分析讨论不同的表面纹理对轴承的润滑性能的影响，通过二维的建模找到合适深度比的矩形表面纹理对承载能力有很大提高，以此为依据设计出一个轴承孔内径为30mm的三维30m坑深的矩形凹坑表面纹理轴承模型，对其进行热流固耦合，进一步探究不同轴瓦材料的弹性变形和热变形对润滑性能的影响，发现对与较大的弹性模量的合金材料轴瓦，表面纹理能够在很大程度上提升轴承的润滑性能。

关键词：滑动轴承；表面纹理；理论模型；润滑性能 ;ADINA

Abstract

Sliding bearings are the key components of marine diesel engines and are mainly used to support the radial load of crankshaft transmission. In recent years, high-performance high-speed diesel engine needs its sliding bearings in high-speed, heavy and high temperature and other harsh conditions, reliable work, this conditions require sliding bearing lubrication failure and fatigue failure ability. It has been shown that the proper texture is beneficial to improve the bearing lubrication performance, but the influence of the continuous texture or passive design on the lubrication characteristics and stress characteristics of the bearing is still to be revealed. In this paper, the sliding bearing of marine diesel engine is the object of study, and the effect of different tile surface texture on the lubrication performance of bearing is studied, which provides the theoretical basis for the design of surface texture sliding bearing with excellent performance.

In this paper, two-dimensional and three-dimensional bearing models are established by finite element software ADINA. The effects of different surface textures on the lubrication performance of the bearings are analyzed and analyzed. The two-dimensional modeling to find the rectangular surface texture with suitable depth ratio has great bearing capacity Based on this, a rectangular concave surface surface bearing model with three dimensions of 30mm and a depth of 30m is designed, and the thermo-hydrodynamic coupling is carried out to further explore the elastic deformation and thermal deformation of different bearing materials. The effect of the performance is found on the bearing with a large modulus of elasticity, and the surface texture can greatly enhance the bearing's lubricity.

Key Words：Sliding bearings；Surface texture；Theoretical model；Lubrication performance；ADINA

目 录

摘 要 1

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2国内外的研究现状分析 1

1.2.1国内外研究表面纹理使用的方法 2

1.2.2国内外的研究不足 4

1.3基本内容和技术方案 4

1.3.1研究内容 4

1.3.2研究方法和技术路线 5

第2章 理论模型 7

2.1 热-流-固耦合模型 9

2.1.1 流体域控制方程 9

2.1.2结构域控制方程 11

2.1.3 热-流-固耦合控制方程 11

2.2轴承计算模型相关参数 13

2.3 本章小结 14

第3章 表面纹理对滑动轴承性能影响 15

3.1 表面纹理的加工工艺 15

3.2 表面凹坑纹理的流固耦合模型 15

3.3表面纹理对于滑动轴承性能的影响 19

3.3.1 纹理轴承润滑性能计算结果 19

3.3.2 不同纹理对轴承润滑性能影响对比 22

3.4 小结 26

第4章 材料变形对局部纹理轴承性能的影响 28

4.1 计算参数 28

4.2 结果及讨论 31

4.2.1 纹理与无纹理轴承性能对比 31

4.2.2 纹理轴瓦材料变形对轴承润滑性能的影响 32

4.3 小结 37

第5章 结论和展望 39

5.1 本文总结 39

5.2 展望 39

参考文献 41

致谢 43

第1章 绪论

1.1 目的及意义

船舶柴油机是往复运动机械，它通过曲柄连杆机构把活塞的往返运动转换成曲轴的回转运动，滑动轴承是船舶柴油机的关键部件，主要用于支撑连杆曲轴传递的机械载荷。近年来，高性能的高速柴油机需要其滑动轴承能够在高速、重载和高温等恶劣条件下可靠工作，这种工况要求滑动轴承抗润滑失效和疲劳失效的能力较强，增加表面纹理可以使得滑动轴承的性能显著提高，通过这种形式，分析表面纹理对滑动轴承的作用和影响以及改善表面纹理进一步提升滑动轴承的性能。

根据传统摩擦学理论对于滑动轴承的理解：相互接触的摩擦副越光滑磨损越小，近年来大量理论表明：接触面并非越光滑摩擦性越优越，具有一定不光滑的表面形状却能具有更好的摩擦学性能。表面纹理，即在表面加工开设出具有一定大小和规律的图案阵列。增加适当的表面几何造型可显著改善摩擦副表面的摩擦磨损性能，延长其使用年限，对改善摩擦副界面润滑性能具有较大的实际意义，对节省滑油、减少污染有着重要的价值。

很多工程领域在部件的表面已进行了表面纹理的处理，如内燃机的缸套/活塞环面、活塞头的顶部、机械密封、推力轴承、高速列车的表面、磁记录系统M/NEMS的表面等。分析不同表面形状和尺寸的表面纹理和其摩擦学性能，探究出优化的方案，对设计并加工出与之匹配的微观表面纹理形貌具有重要的理论研究意义和应用价值。利用数字控制的高精度工程技术在表面开设规则或不规则的表面纹理来提高摩擦副的润滑性能引起越来越多国内外摩擦学者的关注。