曲轴性能分析及其优化设计

发布时间：2017-03-17 21:06

  本文关键词：曲轴性能分析及其优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：曲轴是内燃机最为重要的部件,曲轴的模拟计算是一个非常有意义的研究领域。本文以福建力佳股份有限公司SL4105Z柴油机为载体,计算分析了曲轴的静态性能和动态特性,并利用试验优化技术对曲轴进行了改进设计和多种方案的试验比较,得到了试验指标下的显著性影响因素,为今后的曲轴设计提供了一些科学依据和可行性方案。 本文的主要工作和主要结论如下: (1) 利用Pro/E软件建立曲轴的三维模型,并导入ANSYS软件划分网格得到有限元模型,包括模型选择及简化、单元选择、网格划分、选择计算工况、确定边界条件及确定载荷和约束施加等。 (2) 对曲轴进行静态分析,分别对曲轴单拐和整体曲轴进行强度计算,验证了曲轴有限元模型及边界条件的正确性和可行性,得到了与实际情况相符的应力云图,分别运用GOODMAN法和传统的疲劳强度校核方法计算曲轴的安全系数。 (3) 对曲轴进行改进设计,利用有限元分析和试验优化技术讨论曲柄宽度、主轴颈直径、曲柄销直径、卸载槽上部到曲轴中心线垂直距离、卸载槽的轴向深度、卸载槽处圆角半径对曲轴强度的影响,得到了改善曲轴强度的有效途径。 (4) 通过优化处理发现在六个因素中主轴颈直径和卸载槽上部到曲轴中心线垂直距离对曲轴的强度有较为显著的影响,以曲轴曲柄销圆角处最大应力值为目标函数,得到了原曲轴改进的最优方案,并给出了置信区间。 (5) 对曲轴进行动态分析,计算分析原曲轴的固有频率,得到与实际相符的模态频率及模态振型,并用同样的计算方法计算和分析改进的最优曲轴方案的固有频率,比较两者的动态特性。
【关键词】：曲轴 疲劳强度 动态特性 有限元 试验优化设计
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TK403
【目录】：

• 第一章 绪论9-18
• 1.1 论文选题的目的和意义9-10
• 1.2 本文的主要工作10
• 1.3 有限元法在发动机结构设计中研究现状及发展10-18
• 1.3.1 有限元网格生成技术11-12
• 1.3.2 边界条件的确定方法12-13
• 1.3.3 边界条件的施加方法13-16
• 1.3.4 有限元技术应用于发动机结构设计中的问题16-18
• 第二章 模型的建立18-25
• 2.1 三维模型的建立18-20
• 2.1.1 Pro/Engineer软件介绍18-19
• 2.1.2 模型的简化19
• 2.1.3 模型的建立19-20
• 2.2 有限元模型20-25
• 2.2.1 ANSYS软件介绍20-21
• 2.2.2 模型的生成21-22
• 2.2.3 单元的选择22
• 2.2.4 网格的划分22-25
• 第三章 曲轴静态性能分析25-33
• 3.1 力边界条件25-26
• 3.2 边界条件的确定26-29
• 3.2.1 计算条件处理26
• 3.2.2 力边界条件26-28
• 3.2.3 位移边界条件28
• 3.2.4 材料特性28-29
• 3.3 复合状态下的疲劳强度的评估29-30
• 3.4 计算结果分析30-33
• 3.4.1 应力分析30-31
• 3.4.2 平均应力、应力幅及安全系数31-33
• 第四章 曲轴的优化计算33-48
• 4.1 模型的建立与计算假设33-34
• 4.1.1 模型的假设33
• 4.1.2 边界条件33-34
• 4.2 方案的组合及选择34-37
• 4.2.1 因素和水平的选择35
• 4.2.2 正交表的选择和编制35-37
• 4.2.2.1 正交表的选择36-37
• 4.2.2.2 各因素在正交表中的设置37
• 4.3 方差分析方法简述37-40
• 4.4 多目标试验指标的优化分析40
• 4.5 方差分析40-47
• 4.5.1 试验指标的构成40-42
• 4.5.2 结果值的点估计和置信区间42-43
• 4.5.3 计算结果分析43-47
• 4.6 总结47-48
• 第五章 曲轴的动态特性分析48-57
• 5.1 概述48
• 5.2 计算模态分析思想及其方法48-49
• 5.3 模态分析49-57
• 5.3.1 模态提取方法49-50
• 5.3.2 有限元模型的建立50
• 5.3.3 模态结果分析50-53
• 5.3.4 优化曲轴的模态分析53-57
• 第六章 全文总结及进一步工作展望57-59
• 6.1 全文总结57
• 6.2 进一步工作展望57-59
• 参考文献59-61
• 致谢61-62
• 硕士期间发表的论文62

【引证文献】

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本文编号：253452