小型柴油机轴系模态分析及仿真计算研究

发布时间：2017-05-06 11:02

  本文关键词：小型柴油机轴系模态分析及仿真计算研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 曲轴是柴油机中的重要组成部分,其振动是引发内燃机振动的重要因素,它的性能直接影响着柴油机的可靠性和寿命。近年来,随着各种新技术的应用,对内燃机的可靠性和动力性要求越来越高,已有的曲轴轴系振动分析方法越来越难以完全满足内燃机设计的要求。因此,对曲轴轴系振动问题的更精确、更全面的研究显得非常重要。 本文以某一小型柴油机曲轴系为研究对象,模态分析理论为基础,分别对曲轴系在自由状态和约束状态下的多种情况进行试验模态分析。结合试验模态分析的结果,探讨曲轴系各种动态特性仿真建模方法的优缺点。并在发动机运转状态下,对联轴器的扭转刚度、负载的转动惯量和活塞连杆与曲柄销等接触处的润滑情况等因素对曲轴系扭转振动的影响进行了研究。 本论文的主要工作如下： 首先,对某一小型柴油机的曲轴轴系在自由状态和约束状态下的多种情形进行模态敲击试验,并对其进行模态参数识别。将自由状态和约束状态下各种情形的模态试验结果进行对比分析。通过对比分析得出飞轮对曲轴的模态影响较大；主轴承及其润滑油膜的约束支撑刚度对曲轴的弯曲和纵向振动影响较大,对曲轴的扭转振动影响较小。因此可通过对自由状态下带飞轮、皮带轮及活塞连杆曲轴的模态试验来获得运转状态下曲轴的扭转振动模态特性。 其次,以柴油机曲轴系实物为原型,在三维建模软件Pro／Engineer中建立曲轴系的三维实体模型；同时,将曲轴系实体模型导入有限元软件ANSYS中建立其自由状态和约束状态下的多种动态特性仿真计算有限元模型,并对其进行计算模态分析。通过与模态试验结果的对比分析,探讨自由状态和约束状态下各种动态特性仿真建模方法的准确性、优缺点及适用情况。 最后,在发动机运转状态下,对联轴器扭转刚度、负载转动惯量及活塞连杆与曲柄销接触处的润滑情况等因素对曲轴系扭转振动的影响进行了研究,得出了轴系扭转振动频率随联轴器扭转刚度、负载转动惯量及润滑变化的规律。
【关键词】：柴油机 曲轴系 模态分析 仿真计算
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 论文的研究背景及意义11
• 1.2 曲轴系振动的主要形式11-14
• 1.2.1 弯曲振动12
• 1.2.2 纵向振动12-13
• 1.2.3 扭转振动13
• 1.2.4 曲轴振动的综合分析13-14
• 1.3 模态分析技术的国内外研究现状14-18
• 1.3.1 模态分析理论的国内外研究现状14-17
• 1.3.2 模态分析在内燃机轴系的国内外研究现状17-18
• 1.4 论文的主要研究内容18-20
• 第二章 模态分析基本理论20-30
• 2.1 模态分析概述20
• 2.2 模态分析理论基础20-23
• 2.2.1 计算模态分析20-22
• 2.2.2 试验模态分析22-23
• 2.3 频响函数23-26
• 2.4 模态参数识别26-29
• 2.4.1 参数识别方法概述26
• 2.4.2 参数识别26-29
• 2.5 本章小节29-30
• 第三章 曲轴轴系的试验模态分析30-44
• 3.1 试验的主要工作30
• 3.2 试验方案设计30-34
• 3.2.1 激励方法的选择30-32
• 3.2.2 测点、激振点及参考点的布置32-33
• 3.2.3 提高测试数据质量和精度的措施33-34
• 3.3 测试系统组成34-35
• 3.4 自由状态下模态试验分析35-40
• 3.4.1 测试数据处理35
• 3.4.2 自由模态试验的测量结果35-38
• 3.4.3 自由模态试验的结果分析38-40
• 3.5 约束状态下模态试验分析40-43
• 3.5.1 约束模态试验的测量结果40-41
• 3.5.2 约束状态下试验结果分析41-43
• 3.6 本章小节43-44
• 第四章 曲轴系动态特性仿真建模方法探讨44-65
• 4.1 有限元法及ANSYS模态分析方法概述44-45
• 4.1.1 有限元法概述44
• 4.1.2 ANSYS模态分析方法概述44-45
• 4.2 轴系有限元模型的建立45-46
• 4.3 曲轴模型准确性验证46-48
• 4.4 带飞轮曲轴的动态特性建模方法探讨48-54
• 4.4.1 带飞轮曲轴的建模方法概述48
• 4.4.2 飞轮为实体单元的建模方法探讨48-51
• 4.4.3 飞轮为质量单元的建模方法探讨51-53
• 4.4.4 带飞轮曲轴的建模方法总结53-54
• 4.5 带活塞连杆曲轴的动态特性建模方法探讨54-57
• 4.5.1 活塞连杆用实体单元模拟54-56
• 4.5.2 活塞连杆用质量单元模拟56-57
• 4.6 约束状态下建模方法探讨57-63
• 4.6.1 主轴承的约束支撑处理58-59
• 4.6.2 支撑方式的探讨59-60
• 4.6.3 约束状态下活塞连杆的简化60-61
• 4.6.4 模型验证61-63
• 4.7 本章小节63-65
• 第五章 影响轴系扭转振动的若干因素分析65-79
• 5.1 非弹性联轴器扭转刚度对曲轴扭振的影响的探讨65-71
• 5.1.1 台架有限元模型的建立65-66
• 5.1.2 十字轴联轴器扭转刚度的计算66-67
• 5.1.3 不同扭转刚度下的计算结果分析67-69
• 5.1.4 曲轴系扭转振动测试69-71
• 5.2 弹性联轴器扭转刚度对曲轴扭振的影响的探讨71-73
• 5.2.1 弹性联轴器扭转刚度计算71-72
• 5.2.2 不同扭转刚度下的计算结果分析72-73
• 5.3 负载的转动惯量对曲轴扭转振动的影响73-76
• 5.3.1 负载转动惯量的计算与调整73-74
• 5.3.2 计算结果分析74-76
• 5.4 润滑性能对曲轴系扭转振动的影响76-78
• 5.4.1 仿真模型建立76
• 5.4.2 计算结果分析76-78
• 5.5 本章小结78-79
• 结论与展望79-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文85-86

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 吴海波;李晋;石磊磊;;基于HyperWorks的曲轴有限元建模及模态分析[J];公路与汽运;2012年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 华春蓉;内燃机曲轴角振动模态识别方法的研究及应用[D];西南交通大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 李晓峰;1.5T汽油机轴系模态与扭振试验分析[D];吉林大学;2011年

2 杨元涛;空调压缩机管路系统振动分析及其软件开发[D];华中科技大学;2011年

3 林瑞雪;大功率厚板数控激光切割机和三维数控激光切割机的动力学分析[D];燕山大学;2012年

4 黄以兵;16V170柴油机曲轴研制与有限元分析[D];山东理工大学;2012年

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7 李波;4V75柴油机曲轴系设计及CAE分析[D];湖南大学;2012年

8 丁一;滚动转子压缩机空调系统振动与结构的有限元分析[D];华中科技大学;2011年

9 杨振昊;肠类米饭定量灌装技术与装备研究[D];江南大学;2013年

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本文编号：348253