论文题目: 曲轴—轴承系统摩擦学、刚度和强度的耦合研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械设计及理论
作者: 孙军
导师: 桂长林,李志远
关键词: 内燃机,曲轴轴承系统,摩擦学,刚度,强度
文献来源: 合肥工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文首先针对各种机械装置使用最普遍、最基本的直轴—轴承系统,开展了摩擦学、刚度和强度耦合的理论和试验研究。在此基础上,进行了内燃机曲轴—轴承系统摩擦学、刚度和强度的耦合研究。 在推导轴颈在轴承中倾斜时的油膜厚度方程和建立计算轴承孔表面弹性变形的变形矩阵的基础上,计算了轴颈倾斜时径向滑动轴承的油膜压力、油膜反力、端泄流量、摩擦力与摩擦系数和保持轴承稳定工作的力矩等特性参数,通过与不计轴颈倾斜情况的对比,分析了在不同轴承参数下轴颈倾斜对轴承性能的影响,探讨了径向滑动轴承计及轴颈倾斜影响在理论分析上的意义。 建立了轴受载变形导致轴颈在轴承中倾斜的倾斜角计算公式、Reynolds方程和分析方法,探讨了轴受载变形导致轴颈在轴承中倾斜对滑动轴承润滑性能的影响。根据轴承润滑分析结果,确定载荷边界条件,应用有限元方法研究了轴承油膜压力分布形态对轴应力的影响。 研制了研究直轴—轴承系统中轴承润滑性能的专用试验装置,对轴受大小恒定的旋转载荷作用产生变形导致轴颈在轴承中倾斜时滑动轴承的润滑性能进行了试验研究。比较了试验与理论计算结果,以验证理论分析中采用的基本方程、公式和方法的正确性。 分析讨论了多缸内燃机曲轴轴承负荷和曲轴变形的计算方法,提出了简单、省时、精度满足要求的整体曲轴梁单元有限元计算方法。根据整体曲轴梁单元有限元法计算的轴承负荷和曲轴变形,重点进行了计入曲轴受实际载荷作用产生变形导致轴颈倾斜的曲轴轴承润滑分析。 计算了几种不同形式载荷边界条件时的曲轴应力,分析了载荷边界条件的处理方法对曲轴强度计算结果的影响程度。 采用整体曲轴模型有限元分析方法,分别以计及和不计曲轴受载变形导致轴颈在轴承中倾斜时的轴承润滑分析得到的轴承油膜压力分布作为载荷边界条件,计算分析了轴承油膜压力的分布状态对曲轴应力分布和强度的影响。 论文的创新点:针对国内外在内燃机曲轴—轴承系统设计分析计算的实际,根据学科交叉分析各种机械行为的理念,研究了内燃机曲轴强度、刚度与轴承摩擦学之间的相互作用与影响,使曲轴强度和轴承摩擦学性能的研究更加全面、系统,分析计算的结果更接近于实际。轴—轴承系统是各种机械装置中使用最普遍、最基本的支承—传动系统,因此本文提出的轴—轴承系统摩擦学、强度和刚度等机械行为的耦合效应,耦合分析方法具有普遍、深入研究的科学意义和工程应用价值。研制了直轴—轴承系统中轴承润滑性能研究的专用试验装置,进行了轴受载变形产生的轴颈倾斜对滑动轴承性能影响的试验研究。提出了计算多缸内燃机主轴承负荷和曲轴变形的整体曲轴梁单元有限元方法、内燃机曲轴—轴承系统中曲轴受载变形导致轴颈倾斜情况下的轴承润滑性能分析方法和轴承油膜压力的分布状态对曲轴强度影响的分析方法。
论文目录:
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 国内外研究现状
1．2．1 内燃机曲轴轴承润滑研究的现状
1．2．1．1 基本分析方法
1．2．1．2 考虑实际影响因素的研究
1．2．2 内燃机曲轴强度研究的现状
1．2．2．1 分析计算
1．2．2．2 试验研究
1．3 本文的研究意义和内容
1．3．1 研究意义
1．3．2 研究内容
第二章 计及轴颈倾斜的径向滑动轴承流体动力润滑分析
2．1 引言
2．2 基本方程和公式
2．2．1 轴颈在轴承中倾斜时的油膜厚度方程
2．2．2 Reynolds方程及其边界条件
2．2．3 轴承油膜反力(承载量)
2．2．4 轴承端泄流量
2．2．5 摩擦力与摩擦系数
2．2．6 保持轴颈倾斜的轴承稳定工作的力矩
2．3 数值计算方法
2．4 轴颈倾斜对轴承性能的影响
2．5 不同轴承间隙和宽度时轴颈倾斜对轴承性能的影响
2．6 本章小结
第三章 直轴—轴承系统摩擦学、刚度和强度的耦合分析
3．1 引言
3．2 轴受载变形导致轴颈倾斜时滑动轴承的润滑分析
3．2．1 基本方程和公式
3．2．1．1 轴受载变形导致轴颈在轴承中倾斜的倾斜角计算
3．2．1．2 Reynolds方程
3．2．1．3 轴承油膜反力(承载量)、端泄流量、摩擦力和摩擦系数的计算
3．2．2 分析方法
3．2．3 轴受载变形导致的轴颈倾斜对轴承性能的影响
3．2．3．1 稳定载荷作用情况
3．2．3．2 大小恒定匀速旋转的载荷作用情况
3．3 计入轴承油膜压力偏布的轴强度研究
3．3．1 轴强度的有限元计算
3．3．1．1 计算模型的建立
3．3．1．2 载荷和位移边界条件的处理
3．3．2 计算结果与分析
3．4 本章小结
第四章 直轴—轴承系统中轴受载变形产生的轴颈倾斜对滑动轴承性能影响的试验研究
4．1 引言
4．2 试验内容
4．3 试验装置
4．3．1 机械部分
4．3．2 测试系统
4．3．2．1 传感器的性能指标
4．3．2．2 传感器的安装
4．3．2．3 传感器的标定
4．3．2．4 数据采集分析系统
4．4 测试方法
4．4．1 轴颈在轴承中的倾斜角确定
4．4．2 测试过程
4．5 试验结果与分析
4．5．1 不同轴承间隙时的影响
4．5．2 不同轴承宽度时的影响
4．5．3 油膜压力和油膜厚度在载荷一个变化周期内的变化
4．5．4 试验与理论计算结果的比较
4．6 本章小结
第五章 内燃机曲轴—轴承系统中曲轴受载变形引起的轴颈倾斜对轴承性能影响的研究
5．1 引言
5．2 曲轴轴承负荷的计算
5．2．1 内燃机动力计算方法
5．2．2 整体曲轴梁单元有限元计算方法
5．3 曲轴变形的有限元计算
5．3．1 整体曲轴梁单元和体单元计算模型的建立
5．3．2 边界条件处理
5．3．3 曲轴变形计算与分析
5．3．4 整体曲轴梁单元和体单元计算模型的比较分析
5．3．5 曲轴各轴颈倾斜角计算
5．4 曲轴受载变形导致轴颈倾斜时曲轴轴承的润滑分析
5．4．1 基本方程及其数值解法
5．4．1．1 Reynolds方程
5．4．1．2 油膜厚度方程
5．4．1．3 载荷平衡方程
5．4．2 轴承表面弹性变形计算的变形矩阵求解
5．4．2．1 变形矩阵方法
5．4．2．2 有限元计算模型及边界条件
5．4．2．3 变形矩阵的建立
5．4．3 计算方法
5．4．3．1 轴承轴心轨迹的求解
5．4．3．2 轴承端泄流量和轴颈摩擦系数的计算
5．4．4 计算结果与分析
5．4．4．1 N485柴油机连杆轴承和主轴承的轴心轨迹
5．4．4．2 N485柴油机连杆轴承和主轴承的最大油膜压力、最小油膜厚度、端泄流量和轴颈摩擦系数
5．4．4．3 N485柴油机连杆轴承和主轴承在一个工作循环中油膜压力出现最大值时刻的油膜压力分布
5．5 本章小结
第六章 内燃机曲轴—轴承系统中轴承润滑状态对曲轴强度影响的研究
6．1 引言
6．2 载荷边界条件处理对曲轴应力计算的影响
6．2．1 计算模型
6．2．2 载荷及位移边界条件处理
6．2．3 计算结果与分析
6．3 轴承润滑状态对曲轴应力分布的影响
6．3．1 曲轴有限元计算模型
6．3．2 边界条件的处理方法
6．3．2．1 载荷边界条件
6．3．2．2 约束条件
6．3．3 计算结果与分析
6．4 轴承润滑状态对曲轴强度的影响
6．4．1 曲轴疲劳强度的计算式
6．4．2 计算结果
6．5 本章小结
第七章 结论与创新
参考文献
附录
在学期间发表的学术论著
发布时间: 2006-01-13
参考文献
- [1].多平行轴齿轮—轴承—转子系统耦合振动的有限元分析[D]. 余光伟.上海大学1999
- [2].流体动力润滑及轴承转子系统的稳定性研究[D]. 杨金福.华北电力大学（北京）2006
- [3].大型高速转子油膜振荡失稳机理非线性分析[D]. 孟泉.天津大学1995
- [4].轴承—转子系统非线性动力学行为及其耦合调频技术研究[D]. 陈策.中国科学院研究生院（工程热物理研究所）2008
- [5].高维非线性转子—轴承系统的降维与动特性研究[D]. 王晋麟.哈尔滨工业大学2010
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- [5].航空发动机高速滚动轴承力学特性研究[D]. 唐云冰.南京航空航天大学2005
- [6].曲轴疲劳行为及可靠性的理论与试验研究[D]. 周迅.浙江大学2006