柴油机曲轴轴系强度和主轴承润滑仿真研究

发布时间：2017-06-15 18:02

  本文关键词：柴油机曲轴轴系强度和主轴承润滑仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 内燃机曲轴一轴承系统是内燃机的关键部件,其摩擦学、动力学性能分析和强度刚度计算是内燃机设计必须面临的问题,直接影响到内燃机工作的可靠性和耐久性。然而,长期以来,由于曲轴一轴承系统特殊的结构形式和复杂的受力状况,理论研究难度较大,其摩擦学性能、动力学行为的分析和强度刚度计算是在各自独立的领域里分别进行的。实际上,内燃机在运转时,各种机械行为是同时发生互相影响的。因此,进行曲轴一轴承系统摩擦学、动力学、刚度和强度耦合研究、提高曲轴一轴承系统理论分析的准确性,具有重要的理论意义和现实的应用价值。多体动力学和有限元法的发展使得较精确地分析曲轴动力学响应问题成为可能。 本文运用有限元法和多体动力学仿真相结合的方法,对CA4D32柴油机曲轴轴系进行动力学分析仿真,其主要研究内容为:通过建立合理的柴油机曲轴轴系多体动力学模型,完成一个工作周期内的仿真,得到曲轴在实际工作周期内所表现出的动力响应特性,然后运用有限元分析软件对曲轴进行瞬态动力学分析。 首先针对具体产品结构特点以及后续的功能分析特点来决定曲轴轴系模型的简化程度,建立了CA4D32柴油机轴系俩种有限元模型,根据下文多体动力学模型的需要建立了轴系缩减有限元模型,在此基础上建立了轴系多体动力学分析模型。然后通过轴系的有限元模态分析与厂方实验数据结果的对比,论证了轴系有限元模型的合理性。接着通过EXCITE多体动力学仿真,进行了柴油机额定转速下的正常工况下包括曲柄销受力、轴系自由端扭转位移、曲轴位移量、转速波动等参数的多体动力学分析,得到曲轴在实际工作周期内所表现出的动力响应特性,进一步验证多体动力学模型的正确性。同时进行轴承载荷分析,得到最小油膜厚度、最大油膜压力、主轴承轴心轨迹等,对主轴承的润滑状况进行分析,得到3#主轴承的润滑状况最为恶劣,需要优化处理。最后对曲轴进行应力应变分析,并与传统有限元法比较。计算表明,曲轴的最大应力在其许用应力范围内,且变形小,曲轴的刚度足够。不同时段最大应力均发生在主轴颈和曲柄臂连接处,因此主轴颈和曲柄臂连接处是结构设计和优化的重点。多体动力学结合有限元法的使用为曲轴的精确仿真,创新设计,改型设计及优化设计提供了强有力的技术保证。
【关键词】：柴油机轴系 有限元法 多体动力学 强度 轴心轨迹
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 内外发展状况11-14
• 1.2.1 曲轴强度11-13
• 1.2.2 主轴承润滑13-14
• 1.3 内容、方法及意义14-16
• 第2章 理论基础及软件介绍16-22
• 2.1 有限元法及ANSYS简介16-17
• 2.2 多体系统动力学基本原理17-19
• 2.3 AVL-EXCITE轴系多体系统动力学19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 曲轴轴系仿真模型的建立22-44
• 3.1 ANSYS中模型建立22-27
• 3.1.1 单元类型选择23
• 3.1.2 有限元网格划分23-24
• 3.1.3 有限元模型建立24-27
• 3.2 缩减有限元模型27-31
• 3.2.1 元子结构法概述28
• 3.2.2 主自由度和主自由度节点28-29
• 3.2.3 模型和网格控制29-31
• 3.3 多体系统动力学模型31-41
• 3.3.1 轴系全局参数、载荷31-33
• 3.3.2 ANSYS与AVL-EXCITE间数据传递33-34
• 3.3.3 弹性体单元34-35
• 3.3.4 非线性连接单元35-39
• 3.3.5 线性阻尼/弹簧的分布39
• 3.3.6 多体动力学模型39-41
• 3.4 恢复有限元模型41-42
• 3.4.1 Pro/E到ANSYS的数据传递41-42
• 3.4.2 模型单元及网格控制42
• 3.5 本章小结42-44
• 第4章 轴系有限元模态分析44-51
• 4.1 模态分析原理介绍44-48
• 4.1.1 运动微分方程45
• 4.1.2 结构模态分析理论45-47
• 4.1.3 求解结构模态分析的数值方法47-48
• 4.2 曲轴自由模态分析48-49
• 4.3 实验数据与理论值的比较49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 曲轴轴系多体动力学分析51-72
• 5.1 多体动力学结果校验51-57
• 5.1.1 连杆大端轴承受力分析51-55
• 5.1.2 曲轴节点的运动学分析55-57
• 5.1.3 轴系扭振分析57
• 5.2 主轴承润滑分析57-65
• 5.2.1 主轴承受力分析58-60
• 5.2.2 最小油膜厚度分析60-61
• 5.2.3 主轴承最大油膜压力61-63
• 5.3.4 轴心轨迹分析63-65
• 5.3 曲轴瞬态动应力分析65-69
• 5.3.1 曲轴动应力恢复结果分析66-67
• 5.3.2 传统基于有限元法的曲轴强度分析67-69
• 5.4 曲轴强度校核69-71
• 5.4.1 静强度安全系数校核70
• 5.4.2 疲劳强度安全系数校核70-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第6章 结论72-75
• 6.1 总结72-73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 研究生履历80

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 段晓霞;苏铁熊;;基于AVL Excite Designer的WD615柴油机曲轴轴承润滑性能研究[J];内燃机;2010年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王庆来;柴油机曲轴轴承润滑状态及动态强度计算研究[D];武汉理工大学;2010年

2 刘兴龙;内燃机主轴承耦合动力学的润滑分析[D];山东大学;2011年

  本文关键词：柴油机曲轴轴系强度和主轴承润滑仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：453066