论文题目: 内燃机曲轴-轴承系统摩擦学动力学耦合研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械设计及理论
作者: 李震
导师: 桂长林,李志远
关键词: 轴轴承系统,耦合分析,仿真,摩擦学,动力学
文献来源: 合肥工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 内燃机曲轴-轴承系统是内燃机的关键部件,其摩擦学、动力学性能不仅直接影响到内燃机工作的可靠性和耐久性,还限制了内燃机潜力的发挥。因而,摩擦学、动力学性能分析历来是该系统设计理论基础的重要组成部分。然而,长期以来,由于曲轴-轴承系统特殊的结构形式和复杂的受力状况,理论研究难度较大,其摩擦学和动力学行为的分析是在两个独立的领域里分别进行的。因此,进行曲轴-轴承系统摩擦学和动力学的耦合研究、提高曲轴-轴承系统理论分析的准确性,具有重要的理论意义和现实的应用价值。 首先,本文在分析现有内燃机轴承润滑分析、曲轴动力学分析和转子动力学相关领域研究现状的基础上,探讨了轴-轴承系统摩擦学、动力学耦合的必要性。认为轴-轴承系统所承受的最普遍、最常见的载荷形式是变载荷,即使是工作在恒定载荷工况下轴-轴承系统,其在加载与卸载过程中也是承受变载荷作用;对变载荷轴承的分析必须同时考虑轴的动力学效应和轴承的摩擦学效应。据此提出将轴和轴承视为一个整体系统,根据轴的动力学方程和滑动轴承的油膜力方程,采用数值积分方法直接耦合求解轴-轴承系统的摩擦学、动力学行为。 其次,本文采用控制理论的基本观点,详细分析了轴-轴承系统中轴承的摩擦学行为与轴动力学行为间的相互联系,提出了轴-轴承系统摩擦学、动力学耦合研究的分析模型,把轴、轴承分别看作是受控对象和控制器,该模型全面客观地反映了轴、轴承之间的内在联系,物理意义清晰,可以涵盖所有类型的轴-轴承系统,为轴-轴承系统的摩擦学、动力学耦合分析提供了新的研究思路。 第三,本文根据轴-轴承系统摩擦学、动力学耦合研究的分析模型,提出了轴-轴承系统摩擦学、动力学耦合研究分析方法:首先建立轴-轴承系统的仿真模型,采用ADAMS和MATLAB联合仿真,实现轴-轴承系统摩擦学、动力学的耦合分析。该方法建模快捷迅速、仿真过程直观、数据处理方便,为研究复杂轴-轴承系统摩擦学、动力学效应的耦合作用建立了有效的方法和手段。 第四,采用本文提出的轴-轴承系统的摩擦学、动力学耦合分析方法,研究了刚性轴-轴承系统在冲击载荷、径向变载荷和旋转载荷作用下的摩擦学、动力学行为,采用扫频法研究了刚性轴-轴承系统的共振频率,详细分析了转速、轴承间隙、轴承宽度、润滑油粘度等因素对刚性轴轴承系统摩擦学、动力学行为的影响。 第五,以弹性轴的柔体动力学分析为基础,建立了弹性轴-轴承系统的仿真模型,通过ADAMS与MATLAB联合仿真,研究了弹性轴-轴承系统在径向正弦载荷作用下的摩擦学、动力学行为,比较了弹性轴-轴承系统和刚性轴-轴承系统的摩擦学、动力学特性。
论文目录:
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目录
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表格清单
主要符号表
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 内燃机滑动轴承润滑分析研究的发展概况
1．2．1 内燃机轴承润滑的基本计算方法
1．2．2 内燃机轴承润滑分析的研究进展
1．3 内燃机曲轴振动分析研究的发展概况
1．3．1 曲轴动力学计算模型
1．3．2 曲轴动力学计算方法
1．3．3 曲轴动力学计算中轴承的处理方法
1．4 转子动力学领域相关内容的研究概况
1．5 本文课题的来源、研究意义及内容
1．5．1 课题来源
1．5．2 本文的研究意义
1．5．3 本文的研究内容和结构
第二章 考虑轴动力学效应的动载荷滑动轴承润滑分析
2．1 引言
2．2 轴的动力学方程
2．3 轴承油膜力方程
2．3．1 动载荷轴承的Reynolds方程
2．3．2 计算区域划分
2．3．3 Reynolds方程的差分方程及其迭代方法
2．3．4 油膜力方程
2．4 轴动力学方程的数值解法
2．5 算例及讨论
2．5．1 轴心的动态过程
2．5．2 轴心轨迹
2．5．3 最大油膜压力和压力分布
2．5．4 最小油膜厚度
2．5．5 油膜反力
2．6 本章小结
第三章 轴—轴承系统摩擦学、动力学耦合分析模型与仿真方法
3．1 引言
3．2 轴—轴承系统的分析模型
3．3 轴—轴承系统仿真方法
3．3．1 AMDMS和MATLAB简介
3．3．2 ADAMS机电联合仿真的基本原理
3．3．3 系统耦合分析仿真模型
3．4 仿真算例
3．4．1 轴心轨迹
3．4．2 轴承油膜力
3．4．3 轴承的最大油膜压力和最小油膜厚度
3．5 本章小结
第四章 变载荷作用下刚性轴—轴承系统的摩擦学、动力学耦合研究
4．1 引言
4．2 刚性轴—轴承系统分析模型
4．3 冲击载荷作用下系统的动力学行为
4．3．1 轴心动态过程
4．3．2 轴心轨迹
4．4 正弦载荷作用下系统的的动力学行为
4．4．1 正弦载荷作用下刚性轴—轴承系统的共振频率
4．4．2 正弦载荷作用下系统的共振现象
4．5 旋转载荷作用下系统的的动力学行为
4．5．1 旋转载荷作用下刚性轴—轴承系统的频率响应
4．5．2 旋转载荷作用下系统的共振现象
4．6 影响刚性轴—轴承系统共振频率的因素
4．6．1 轴承间隙
4．6．2 轴承宽度
4．6．3 润滑油粘度
4．7 本章小结
第五章 基于多柔体动力学的弹性轴—轴承系统摩擦学、动力学耦合研究
5．1 引言
5．2 多柔体动力学的基本理论
5．2．1 柔性体的坐标系
5．2．2 相对变形场的描述
5．2．3 柔性体的位移、速度和加速度
5．2．4 柔性体的动能
5．2．5 广义力
5．2．6 运动约束方程
5．2．7 多柔体系统的动力学方程
5．2．8 多柔体系统的动力学方程的求解方法
5．3 弹性轴—轴承系统建模与分析方法
5．4 弹性轴—轴承系统的频响特性
5．5 弹性轴—轴承系统的摩擦学、动力学行为
5．6 本章小结
第六章 变载荷作用下轴—轴承系统摩擦学、动力学行为的实验研究
6．1 引言
6．2 实验系统
6．2．1 实验装置
6．2．2 实验装置测控系统
6．2．3 实验轴的结构及参数
6．2．4 传感器安装及标定
6．3 实验方案与步骤
6．3．1 实验方案
6．3．2 实验步骤与方法
6．3．3 轴心轨迹的合成
6．4 实验结果与分析
6．4．1 弹性轴—轴承系统频率响应
6．4．2 影响系统共振幅度的因素
6．4．2．1 轴颈转速
6．4．2．2 轴承间隙
6．4．2．3 轴承宽度
6．4．3 系统共振时的轴心轨迹
6．4．4 实验轴承的油膜压力
6．5 本章小结
第七章 N485柴油机曲轴—轴承系统摩擦学、动力学耦合研究
7．1 引言
7．2 内燃机曲轴—轴承系统工作特点分析
7．2．1 曲轴上的载荷激励
7．2．1．1 气体爆发压力
7．2．1．2 曲轴系统零件的惯性力
7．2．1．3 作用于曲柄销上的总激励载荷
7．2．2 曲轴扭转振动
7．2．3 曲轴径向振动
7．2．4 曲轴轴向振动
7．3 曲轴—轴承系统建模
7．3．1 曲轴有限元模型
7．3．2 曲轴—轴承系统耦合分析仿真模型
7．4 N485柴油机曲轴—轴承系统摩擦学、动力学耦合分析
7．4．1 主轴承摩擦学行为分析
7．4．1．1 主轴承油膜反力
7．4．1．2 主轴承轴心轨迹
7．4．1．3 主轴承最小油膜厚度
7．4．1．4 主轴承最大油膜压力
7．4．2 曲轴动力学行为分析
7．4．2．1 曲轴扭转振动
7．4．2．2 曲轴轴向振动
7．4．2．3 曲轴径向振动
7．4．2．4 曲轴轴颈的三维振动轨迹
7．5 本章小结
第八章 全文总结
8．1 本文所作的主要工作
8．2 本文的主要创新点
8．3 对今后研究的展望
参考文献
攻读学位期间发表的论文
攻读学位期间参与的研究课题
发布时间: 2006-01-13
参考文献
- [1].轴承—转子系统的非线性耦合振动解析分析及实验研究[D]. 伍敏.哈尔滨工业大学2017
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