大功率柴油机曲轴三维耦合振动特性研究

发布时间：2020-08-20 10:46

【摘要】：曲轴是柴油机中最重要的零部件之一,其在工作过程中的振动特性直接影响着柴油机的可靠性和使用寿命。大功率柴油机的转速高、爆发压力大,使得曲轴振动加剧,影响到了柴油机的工作性能。因此研究曲轴的振动特性对改善大功率柴油机的工作性能具有重要的工程意义与实用价值。本文以某大功率十二缸柴油机为研究对象,首先在三维实体软件SolidWorks中建立了曲轴与轴承座的三维实体模型,其次结合网格划分技术在HyperMesh中进行了有限元网格划分,最后基于缩减理论和多体动力学理论,在AVL-EXCITE多体动力学仿真软件中对曲轴和轴承座进行了结构缩减,并建立了大功率柴油机曲轴轴系的振动仿真模型。基于计算结果对柴油机曲轴的扭转振动、弯曲振动和纵向振动开展了研究,并结合曲轴的固有振动频率,进行了三维耦合振动分析,针对曲轴扭转角位移较大的问题进行了扭转减振器的匹配。研究结果表明:1、连杆大端垂向受力随点火顺序依次达到最大,横向受力正负交替变化。在第三缸点火附近,曲轴自由端与飞轮端的角速度达到最大的同时,角加速度趋于零。2、曲轴的扭转角位移正负交替变换,自由端的最大扭转角为1.5°。曲轴的弯曲振动相比扭振和纵振较弱,在轴承间隙内发生变化,纵向振动从自由端到第四主轴颈以及从飞轮端到第四主轴颈振幅逐渐减小,振动步调呈现分段式的变化,表明了曲轴纵向振动的复杂性。曲轴的扭转振动、弯曲振动、纵向振动相互都有影响,当激励频率靠近其中任意一种振动固有频率时,除这种振动较大外,另外两种振动也受到不同程度的影响,当激励频率靠近一阶扭转振动固有频率附近时,曲轴的三维耦合振动最为强烈。3、针对曲轴扭转角位移较大的问题,进行了曲轴扭转减振器的匹配,曲轴自由端的扭转角位移由原来的1.5°减小到了0.7°,扭转角位移得到了明显的改善。研究结果为大功率柴油机强化和曲轴设计提供了参考。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK423
【图文】：

图 1.1 集总参数模型 1.2 为框架模型，图 1.3 为阶梯轴模型，这两模型与和有限元模型都属模型，该模型相比集总参数模型来说更符合实际情况。应用框架模型在分析时能够得到较高的精度。阶梯轴模型不但可以考虑分布参数对轴系，同时还可以采用不同的数学方法来进行计算。

框架模型

阶梯轴模型

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本文编号：2797880