Journal-thrust coupled bearings (JTC bearings), unlike conventional journal or thrust bearings, require consideration of both reducing friction coefficient in the journal part while increasing the load-carrying capacity in the thrust part during lubrication design. This study established a thermal-elastohydrodynamic mixed lubrication model for JTC bearings considering flow, pressure, and thermal continuity conditions, validated through experiments. Based on this, the influence of texture parameters on lubrication under real heavy load conditions was preliminarily investigated. The orthogonal test design was then used to determine the texture parameter that had the greatest impact on optimization. Subsequently, particle swarm optimization (PSO) algorithm was employed for synchronous optimization design of textures for both journal and thrust parts.

Abstract Zinc Dialkyl Dithiophosphate (ZDDP) is widely used in internal combustion engine lubricating oil, which forms tribofilm and effectively blocks the direct contact of the material interface. Tribofilm plays an important role in wear resistance and lubrication performance. This study analyses ZDDP additive lubricant performance and the tribofilm distribution under different concentrations and loads. Tribofilm formation and wear mechanism is characterized by Scanning electron microscope (SEM) and Energy dispersive X-ray spectrometer (EDS), and the lubrication performance is further explained by the Atomic Force Microscope (AFM). This study explored the anti-wear and friction-reducing properties of ZDDP tribofilm respectively, revealing that ZDDP tribofilm distribution plays a pivotal role in reducing wear, the wear amount can be reduced by 50%, but has a slight effect on friction-reducing, only 5.7%. In addition, the concentrations and loads significantly affect the growth of the tribofilm, and change the wear and lubrication characteristics. The tribofilm acts as a significant barrier, effectively protecting the surface from wear. However, excessive pressure may lead to the failure of the tribofilm, resulting in the loss of protection and subsequent severe wear of the surface. Furthermore, the mechanisms of lubrication are explained, wherein the tribofilm serves as micro-texture, reducing direct contact between asperities and thereby lowering the friction coefficient.

Due to the effects of transient load, curvature, speed and surface micro-topography, the marine cam-tappet pair usually works in harsh mixed lubrication state. In this paper, considering the effect of surface roughness, based on the three-dimensional (3D) line-contact mixed EHL model, the transient lubrication state of cam-tappet pair is analyzed. Results show the presence of three-dimensional surface roughness will affect fluctuations in film thickness and pressure clearly, while excessive roughness also cause local stress concentration, the asperity contact and zero film thickness. The lubrication effects of different machined surface methods are compared, and it found that the smallest film thickness ratio occurs as the ground surfaces contact, and lubrication state is very harsh, however, the polished surface can significantly improve lubrication state of the cam-tappet pair. Under low-speed conditions, the contact area ratio is greatly increased, which may cause serious stress concentration and excessive wear. By optimizing the base circle radius, the load-bearing capacity of cam-tapper pair improves clearly and the lubrication state is improved.

The roller-floating bush pin is a major component in the fuel supply mechanism of a diesel engine, and its tribological performance seriously affects the reliability of the equipment. In this study, a transient thermoelastic hydrodynamic lubrication analysis model of the double-layer oil film on the roller-floating bush pin is established, which is coupled with the dynamic and kinematic analysis model of the cam-roller. The transient dynamic characteristics, such as time-varying speeds and loads of the roller during the operation of the cam, were considered. Also, the elastic deformation and the thermal effect were considered in the lubrication model. The relevant experimental platform for this double-layer oil film lubrication structure was built, and the simulation model was verified through experiments. The influence of the operating conditions, including cam speed and plunger fuel pressure, on the lubrication performance of the structure is explored, and besides, the influence of the structural parameters, including length-diameter ratios and clearance ratios, is also analyzed. It shows the lubrication condition of the inner oil film is worse compared with the outer oil film. As the explored factors change, the pressure of the inner oil film is more affected than that of the outer oil film. This work could provide useful guidance in designing the roller-floating bush pin in the fuel supply mechanism.

This work studied the time-varying dynamic coefficients of journal–thrust coupled (JTC) bearing within a diesel engine crankshaft system. A transient thermoelastohydrodynamic coupled lubrication model of JTC bearings was established by considering pressure, flow, and heat continuity conditions at journal–thrust interface. On this basis, the dynamic coefficients of three degrees of freedom were further calculated. A transient lubrication experiment was conducted on a test rig to validate the established model. Parametric analysis was conducted to explore the transient lubrication performance and the dynamic coefficient of JTC bearing under different input parameters. Moreover, for cases when the crankshaft undergoes large axial movement, the influence of the JTC bearing dynamic coefficients on the natural characteristics of crankshaft were further analyzed to provide an analysis method for crankshaft vibration characteristics.