曲轴—滚动轴承系统动力学分析与曲轴疲劳强度研究

发布时间：2017-12-13 16:09

本文关键词：曲轴—滚动轴承系统动力学分析与曲轴疲劳强度研究

【摘要】：曲轴系统是许多机器的核心部件,用于旋转运动和往复运动的转换,应用十分普遍。曲轴工作环境恶劣,经常受到包含突变载荷的周期性载荷作用最终导致疲劳破坏,在某些极端的情况下甚至可能造成相当严重的后果。然而绝大多数曲轴封闭在机器内部,失效具有潜伏性、突发性。如何保证曲轴系统可靠运行,成为在产品设计中急需解决的问题,为此要深入研究曲轴系统动力学行为以及系统中的曲轴疲劳强度。鉴于目前内燃机曲轴-滑动轴承系统的研究工作已相当成熟,压缩机曲轴-滚动轴承系统的研究工作相对薄弱。本课题对压缩机曲轴-滚动轴承系统展开研究。课题源自安徽省高等学校自然科学基金项目“活塞式压缩机主传动系统多学科耦合分析与综合优化(1208085ME77)"以及“内燃机曲轴-轴承系统多学科行为耦合分析和应用研究(KJ2010A042)"。研究的是这两个课题的子课题,主要任务是借鉴导师何芝仙教授完成的“内燃机曲轴-滑动轴承系统动力学摩擦学刚度和强度耦合研究”的现有成果,研究曲轴-滚动轴承系统动力学行为以及系统中曲轴的疲劳强度,引入弹性力学、结构力学相关知识,提出曲轴-滚动轴承系统动力学模型中新的滚动轴承处理方式,并引入润滑分析将动力学仿真结果转化成节点力施加到有限元模型上求解曲轴周期性应力变化,再借助损伤积累理论,自动预测曲轴的疲劳强度。首先,笔者对国内外曲轴-滚动轴承系统动力学以及曲轴疲劳强度相关领域的研究工作进行了评述,指出目前曲轴-滚动轴承系统动力学行为分析以及曲轴疲劳强度研究中存在的不足及需要努力的方向,列出了本文的主要创新点。其次,以4L-20/8型活塞式压缩机曲轴-滚动轴承系统为研究对象,借助UG、Matlab、ANSYS、ADAMS软件,建立精度很高的刚柔混合模型(不忽略带传动压轴力),为进行曲轴—滚动轴承系统动力学仿真做准备工作。第三,引入弹性力学,结构力学相关知识,由滚动轴承材料、接触对形式、滚子形状、轴承内载荷分布确定滚动轴承受力与变形关系,分析4L-20/8型压缩机曲轴-滚动轴承系统在标准工况400r/min额定转速下的多体动力学行为。观察这种滚动轴承处理方式对仿真结果的影响,并将其求解结果作为曲轴应力计算的依据。第四,引入润滑分析将动力学仿真结果连杆轴承传递载荷转化为节点力,作为曲轴应力计算有限元模型的载荷边界条件,求解有限元模型上危险节点的周期性应力变化(应力时间历程),观察引入润滑分析对曲轴危险节点应力计算的影响。第五,依据危险节点周期性应力变化(应力时间历程)数据,借助损伤积累理论自动预测曲轴疲劳强度。指出引入润滑分析,对曲轴疲劳强度预测的影响。最后,总结本文的主要工作,对今后进一步展开研究工作提出作者的一点建议。
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133

【参考文献】

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