某型柴油机曲轴系统动力特性研究

论文摘要

提高柴油机单机功率的有效手段之一是采用长冲程机型。冲程加长之后,柴油机的扭振特性和轴承负荷等动力特性都要随之改变。因此在进行长冲程柴油机改进设计过程中需要进行曲轴动力特性分析和计算,以保证曲轴的工作可靠性。本文研究工作结合某型长冲程柴油机进行技术设计,论文主要内容如下:建立了单位曲柄实体模型,采用有限元法计算了曲柄扭转刚度,对纵扭耦合变形进行了初步研究,分析了曲柄结构参数对纵扭耦合变形的影响:论文还分析了整体曲轴的振动模态,通过加装飞轮和不加装飞轮两种情况下的有限元计算,讨论了飞轮对轴系振动特性的影响。文中利用集总参数法分别对12缸V型机和16缸V型机轴系的扭转自由振动和强迫振动特性进行了计算和分析,在强迫振动计算中特别考虑了V型同排两个气缸连续发火和间隔发火对轴系振动特性的影响,从轴系质量扭转角、轴段扭矩和轴段应力等不同角度进行计算分析,在此基础上讨论了曲轴的扭振安全性问题。论文最后建立了16缸V型柴油机轴承负荷的三弯矩模型,并根据扭振特性分析的结论,计算了V型机同排气缸连续发火情况下的轴承负荷和轴心轨迹,对各挡主轴承的工作状况进行了分析,提出了设计参考意见。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 曲轴的主要振动形式
• 1.2.1 扭转振动
• 1.2.2 纵向振动
• 1.2.3 横向（回旋）振动
• 1.2.4 曲轴振动危害的综合分析
• 1.3 内燃机曲轴轴系扭转振动国内外研究现状
• 1.3.1 扭转振动分析计算模型
• 1.3.2 计算方法
• 1.3.3 非线性扭振
• 1.3.4 耦合振动的研究
• 1.4 关于轴承负荷及轴心轨迹的研究
• 1.4.1 轴承负荷的计算方法
• 1.4.2 轴心轨迹的计算方法
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 单曲柄有限元模型及激振力分析
• 2.1 曲柄有限元模型的建立
• 2.1.1 曲柄 Proe模型
• 2.1.2 曲柄有限元模型
• 2.2 内燃机轴系振动的激励分析
• 2.2.1 激励的来源
• 2.2.2 气缸内气体压力变化产生激励的简谐分析
• 2.2.3 往复质量产生的激振力
• 2.2.4 运动部件重力产生的激振力
• 2.3 曲柄扭转刚度系数计算
• 2.3.1 曲柄扭转刚度系数的传统计算方法
• 2.3.2 曲柄扭转刚度有限元算法
• 2.3.3 结果分析
• 2.4 曲柄纵向刚度计算
• 2.5 单曲柄模型扭转轴向变形有限元分析
• 2.5.1 位移边界条件
• 2.5.2 力边界条件
• 2.5.3 计算结果处理
• 2.6 本章小结
• 第3章 曲轴的固有特性有限元分析
• 3.1 概述
• 3.2 模态分析的思想
• 3.3 模态分析方法
• 3.3.1 有限元模型的建立
• 3.3.2 单独曲轴模态分析
• 3.3.3 带飞轮的曲轴模态分析
• 3.3.4 结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 曲轴扭振特性计算与分析研究
• 4.1 自由振动计算方法简介
• 4.2 强迫振动计算方法
• 4.3 16缸 V型柴油机扭振特性计算
• 4.3.1 自由振动计算结果
• 4.3.2 强迫振动计算结果
• 4.4 12缸 V型柴油机扭振特性计算
• 4.4.1 自由振动计算结果
• 4.4.2 强迫振动计算结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 曲轴轴承负荷及轴心轨迹计算
• 5.1 曲轴轴承负荷计算
• 5.1.1 三弯矩计算方法介绍
• 5.1.2 计算结果
• 5.2 轴心轨迹计算
• 5.2.1 荷兰特计算方法
• 5.2.2 计算结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢