内燃机曲轴强度计算

发布时间：2017-05-25 05:15

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【摘要】： 曲轴是发动机中最重要的零件之一。曲轴的疲劳失效及断裂将引起其它零件随之损坏,甚至造成安全事故,特别是随着发动机的动力性和可靠性要求的提高,其强度问题变得更加重要。然而,对曲轴的疲劳强度进行准确预测是一件困难的事。寻找一种实用性强、精度可靠的曲轴强度考核方法,对企业来说具有较强的实际意义。本文以WD615型柴油机曲轴为主要研究对象,引入现代动力学仿真及有限元法对曲轴常规强度设计方法进行改良,结合有限元法与非线性多体动力学仿真求取曲轴的动态应力,进而进行疲劳计算,并通过弯曲疲劳试验考察曲轴的实际强度。 本文所做的主要工作内容可概括为以下几点: 1.利用动力学软件ADAMS对曲轴系统进行多刚体运动学及动力学仿真,为曲轴强度设计提供较为准确的载荷边界。比较分析认为,在计算活塞加速度、活塞侧击力、曲柄销载荷时,应用传统算法具有快速、简易可信的优点;但当需要计算主轴承载荷时,现代的仿真计算方法在操作上就更简单,且精度高,并且可以为整个轴系动力学分析提供丰富、全面的仿真数据。 2.在分析比较多种常规曲轴强度设计方法的基础上,提出改进方法,运用实体建模软件计算截面模量,有限元法计算应力分布状况,可较为准确求取圆角的应力集中系数。通过曲轴静态应力试验验证有限元计算模型,研究应力计算精度对网格的依耐性;同时阐明了重力和离心力在曲轴静应力分析中是可以忽略不计的。对WD615型柴油机曲轴进行疲劳计算,证明了改进方法的正确性。 3.结合有限元法和非线性多体动力学软件EXCITE对轴系总成进行动态响应研究,考虑弯曲、扭转的耦合作用,求取曲轴在整个工作循环的动态应力,并运用疲劳分析软件分析其疲劳强度。比较分析说明在进行曲轴详细设计或对轴承润滑及强度考核时不能忽略曲轴的柔性作用。阐述了基于动态应力的疲劳强度分析比常规疲劳强度分析更具说服力。 4.在谐振式弯曲疲劳试验台上,利用疲劳极限统计分析法对本文研究的曲轴进行疲劳试验,从试验研究的角度考核曲轴的疲劳强度。
【关键词】：曲轴 强度 有限元 动力学仿真 弯曲疲劳试验
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 主要符号表9-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 内燃机曲轴强度概述及研究意义10-14
• 1.1.1 疲劳强度问题概述10-12
• 1.1.2 曲轴强度研究的内容及方法12-14
• 1.1.3 曲轴强度研究面临的主要问题14
• 1.2 曲轴强度计算的发展现状14-17
• 1.2.1 截断简支梁法15-16
• 1.2.2 连续梁法16
• 1.2.3 有限元法16-17
• 1.3 曲轴强度的评价方法17
• 1.4 课题研究目的和主要内容17-20
• 第二章 轴系动力学仿真分析20-40
• 2.1 概述20-22
• 2.2 ADAMS软件算法介绍22-28
• 2.2.1 ADAMS运动学分析22-23
• 2.2.2 ADAMS动力学分析23-27
• 2.2.3 ADAMS静力学及线性化分析27-28
• 2.3 曲轴系统动力学模型的建立28-30
• 2.3.1 建立模板文件28-29
• 2.3.2 建立子系统29-30
• 2.3.3 建立装配30
• 2.4 曲轴系统动力学仿真结果分析30-39
• 2.4.1 减振器参数调试31-32
• 2.4.2 活塞加速度比较分析32-35
• 2.4.3 活塞侧击力比较分析35-36
• 2.4.4 曲柄销载荷比较分析36
• 2.4.5 主轴承载荷分析36-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第三章 曲轴疲劳强度设计40-64
• 3.1 概述40-41
• 3.2 曲轴强度设计方法比较41-46
• 3.2.1 计算原理及相关假定41-42
• 3.2.2 名义应力计算42-43
• 3.2.3 应力集中系数与工作应力计算43-44
• 3.2.4 当量应力与强度计算44-46
• 3.3 基于有限元法的曲轴应力计算46-56
• 3.3.1 有限元方法简述47-48
• 3.3.2 建立分析模型48-53
• 3.3.3 网格依赖性研究53-55
• 3.3.4 试验验证55-56
• 3.4 基于有限元法的曲轴强度计算56-62
• 3.4.1 计算原理57-58
• 3.4.2 名义应力计算58-59
• 3.4.3 应力集中系数计算59-60
• 3.4.4 疲劳强度评价60-62
• 3.5 本章小结62-64
• 第四章 基于非线性动力学的曲轴动态应力及疲劳计算64-82
• 4.1 概述64-66
• 4.2 轴系非线性动力学仿真模型的建立66-73
• 4.2.1 建立有限元模型66-67
• 4.2.2 模态压缩与数据提取67-69
• 4.2.3 定义连接体属性69-72
• 4.2.4 确定仿真模型总体参数72-73
• 4.3 非线性动力学仿真计算结果分析73-76
• 4.3.1 柔性体对曲柄销载荷的影响73-74
• 4.3.2 柔性体对主轴承载荷的影响74-76
• 4.3.3 柔性体主轴承油膜曲线76
• 4.4 曲轴动态应力计算76-79
• 4.5 曲轴疲劳强度计算79-81
• 4.6 本章小结81-82
• 第五章 曲轴弯曲疲劳试验研究82-94
• 5.1 试验方法概述82-84
• 5.1.1 成组试验法82-83
• 5.1.2 配对升降法83
• 5.1.3 疲劳极限统计分析法83-84
• 5.2 试验介绍与误差分析84-87
• 5.2.1 试验设备及应变片84-85
• 5.2.2 谐振加载的原理85-86
• 5.2.3 载荷标定86
• 5.2.4 系统误差分析86-87
• 5.3 试验数据处理87-93
• 5.3.1 失效数据的中位秩估计87-88
• 5.3.2 统计线性回归88-90
• 5.3.3 概率统计评价90-91
• 5.3.4 最小样本量考核91
• 5.3.5 极限承载弯矩数据91-93
• 5.4 安全系数计算93
• 5.5 本章小结93-94
• 第六章 全文总结与展望94-96
• 6.1 全文总结94-95
• 6.2 工作展望95-96
• 参考文献96-102
• 致谢102-103
• 学位论文评阅及答辩情况表103

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 邓召文;陈涛;;基于ANSYS的BN492发动机曲轴有限元分析[J];农业装备与车辆工程;2010年08期

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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 汪自稳;船用舷外机两拐曲轴动力学仿真与可靠性研究[D];安徽工程大学;2012年

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本文编号：392809