热电监测柴油机主轴承磨损状态的计算与试验

发布时间：2017-10-09 21:14

  本文关键词：热电监测柴油机主轴承磨损状态的计算与试验

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【摘要】：曲轴和主轴承是柴油机的主要摩擦副和关键零部件，主轴承的不均匀过度磨损使得轴承与轴颈间的间隙增大，轴颈对主轴承的冲击力亦增大，直接影响柴油机的总体性能。传统的监测方法都不能及时准确地判断主轴承磨损状态。热电监测法能够实现柴油机主轴承磨损的在线监测。因此，开展热电在线监测柴油机主轴承磨损方法研究，对避免因主轴承过度磨损造成的柴油机重大故障，提升其可靠性有十分重要的工程实用价值。研究取得了如下主要结论： 在分析热电监测柴油机主轴承磨损机理的基础上，用有限元法与多体动力学相结合的计算方法，建立了曲轴有限元模型，对模型进行网格划分、模态缩减，建立了柴油机多体动力学模型，进行了柴油机主轴承的润滑计算分析，研究了柴油机不同工况下主轴承载荷、瞬时摩擦功耗和轴心轨迹变化情况。结果表明，，柴油机不同工况和轴承间隙等因素对主轴承润滑状态的影响明显，得出了柴油机主轴承磨损量、瞬时摩擦功耗与热电势间的变化规律，为实现热电法在线监测柴油机主轴承磨损提供了理论基础。 完成了柴油机曲轴自由模态和主轴承磨损试验。通过将曲轴自由模态试验测得模态频率与有限元模型设置RBE2前后计算模态频率对比，得出了模态缩减后曲轴有限元模型与原始模型具有相同动态特性的结论。测量了柴油机不同工况主轴承不同磨损状态的轴心轨迹和热电信号，试验结果与理论计算主轴承轴心轨迹变化趋势基本吻合，柴油机不同工况主轴承摩擦功耗变化规律与热电信号变化规律一致。在一定主轴承磨损范围内，随柴油机转速增加，测量的热电信号幅值减小；但随柴油机负荷和主轴承磨损量的增大，其热电信号幅值增大，当主轴承达严重磨损状态，热电信号急剧增大。热电信号的幅值与轴承瞬时摩擦功耗和磨损程度紧密相关，摩擦功耗、热电信号与主轴承磨损间存在对应关系，证实了热电信号对柴油机主轴承磨损的可监测诊性；同时根据发火次序可判断主轴承磨损故障的档次位置，证实热电信号对主轴承磨损状态具有可定位性。
【关键词】：热电监测法 柴油机主轴承 磨损状态 计算与试验
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.121
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究目的与意义9
• 1.2 国内外柴油机主轴承磨损研究现状9-13
• 1.2.1 柴油机主轴承磨损监测方法9-12
• 1.2.2 柴油机主轴承润滑计算12-13
• 1.3 本文研究主要内容及技术路线13-15
• 1.3.1 论文研究目的13-14
• 1.3.2 论文研究内容14
• 1.3.3 论文技术路线14-15
• 第2章 柴油机主轴承磨损热电监测机理15-21
• 2.1 热电势的产生15-18
• 2.1.1 热-电效应15-16
• 2.1.2 热电势的构成16-18
• 2.2 基于热-电技术监测主轴承磨损机理18-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第3章 柴油机曲轴动力学与润滑计算分析21-54
• 3.1 多体系统动力学原理21-27
• 3.1.1 多体动力学21-22
• 3.1.2 模态缩减基本原理22-24
• 3.1.3 曲轴轴系多弹性体系统动力学24-27
• 3.2 柴油机主轴承摩擦功耗的计算模型27-28
• 3.3 柴油机曲轴轴系有限元建模28-36
• 3.3.1 有限元预处理28-29
• 3.3.2 有限元模型的建立29-31
• 3.3.3 缩减有限元模型31-32
• 3.3.4 曲轴模态试验验证32-36
• 3.4 多体动力学模型的建立36-43
• 3.4.1 轴系全局参数及外载荷施加36-37
• 3.4.2 体单元及连接体单元定义37-41
• 3.4.3 多体动力学模型41-43
• 3.5 柴油机主轴承润滑分析43-52
• 3.5.1 主轴承受力分析43-47
• 3.5.2 瞬时摩擦功耗分析47-51
• 3.5.3 柴油机轴心轨迹分析51-52
• 3.6 本章总结52-54
• 第4章 柴油机主轴承磨损模拟试验54-75
• 4.1 测试系统总体方案54-55
• 4.2 测量传感器55-59
• 4.2.1 电涡流微位移传感器55-58
• 4.2.2 热-电传感器58
• 4.2.3 其他传感器58-59
• 4.3 测试过程59-60
• 4.4 试验结果分析60-74
• 4.4.1 轴心轨迹的合成方法60-62
• 4.4.2 试验结果分析62-70
• 4.4.3 试验结果与理论计算对比70-74
• 4.5 本章小结74-75
• 第5章 结论与展望75-77
• 5.1 全文总结75-76
• 5.2 展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士期间发表的论文和参加的科研项目82

【参考文献】

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本文编号：1002438