某型柴油机曲轴系统动态特性分析

论文摘要

曲轴是柴油机受力最复杂的零部件之一,在周期性变化的气体压力、运动质量惯性力及其力矩的作用下,其内部产生迅速变化的拉、压、弯、扭交变应力；由于曲轴的形状复杂,所以在主轴颈、曲柄销与曲柄臂接触的圆角部位存在着严重的应力集中现象；另外曲轴的轴承润滑对保证曲轴的工作可靠性及输出功率也有着重要的影响。本文运用有限元和多体动力学仿真相结合的方法,对某型多缸柴油机曲轴轴系进行动力学分析仿真,其主要研究内容为：首先通过有限元分析软件ANSYS对曲轴进行瞬态动力学分析,由此得到了曲轴工作过程中各部分的应力、应变,并校核了曲轴的疲劳强度,经计算安全系数大于给定最小值；然后运用多体动力学软件Excite建立了合理的柴油机曲轴轴系多体动力学模型,通过完成一个工作周期内的仿真,得到了曲轴在实际工作中整体扭振情况良好,各曲柄臂受力也较均匀,各主轴承最小油膜厚度和最大油膜压力也在允许值范围内。并且对不同载荷工况下、不同润滑油温度工况下及不同轴承间隙工况下工作的轴承进行计算分析,得到了油膜压力与油膜厚度在不同工况下的变化规律。为在微机上精确地分析曲轴的动态响应,进行曲轴的创新设计,改型设计及优化设计提供了一定的技术保证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容、方法及意义
• 1.4 本章小结
• 第2章 AVL-Designer软件对曲轴的计算分析
• 2.1 AVL-Designer软件计算模型的建立
• 2.1.1 AVL-Designer软件介绍
• 2.1.2 Designer轴承模块分析理论介绍
• 2.1.3 轴系扭振
• 2.2 AVL-Designer计算模型数据的输入
• 2.2.1 轴系全局数据的输入
• 2.2.2 外部载荷数据的输入
• 2.2.3 曲轴模型的定义
• 2.3 AVL-Designer曲轴计算结果分析
• 2.3.1 主轴承油膜润滑结果分析
• 2.3.2 曲轴应力结果分析
• 2.3.3 轴系扭振的计算结果分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 曲轴静应力计算分析
• 3.1 静应力计算分析
• 3.1.1 曲轴三维实体模型的建立
• 3.1.2 ANSYS有限元理论介绍
• 3.1.3 有限元网格的划分
• 3.1.4 边界条件的确定
• 3.1.5 计算结果分析
• 3.2 疲劳强度校核
• 3.3 本章小结
• 第4章 AVL-Excite软件对曲轴系统的计算分析
• 4.1 Excite仿真软件简介
• 4.2 多体系统动力学简介
• 4.3 曲轴轴系有限元模型的建立
• 4.3.1 三维模型的建立
• 4.3.2 有限元模型的建立
• 4.3.3 有限元模型的缩减
• 4.3.4 Excite模型的建立
• 4.4 Excite计算模型的数据输入
• 4.4.1 体单元的定义
• 4.4.2 连接单元的定义
• 4.5 计算结果分析
• 4.5.1 扭振结果分析
• 4.5.2 转速波动
• 4.5.3 曲臂受力分析
• 4.5.4 轴承受力、润滑分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 变工况主轴承润滑分析
• 5.1 变工况主轴承润滑分析
• 5.1.1 变工况变转速对轴承润滑影响分析
• 5.1.2 润滑油温度对轴承润滑影响分析
• 5.1.3 轴承间隙对轴承润滑影响分析
• 5.2 本章小结
• 第6章 计算结果的比较分析
• 6.1 Excite与Designer计算结果对比
• 6.1.1 轴承润滑结果对比
• 6.1.2 曲轴扭振结果对比
• 6.2 强度结果对比分析
• 6.3 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