大功率船用柴油机主轴承润滑性能分析及优化设计

发布时间：2017-06-21 18:14

  本文关键词：大功率船用柴油机主轴承润滑性能分析及优化设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大功率低中速柴油机主要用于船舶、舰艇、机车、电站等,在船舶中应用最为广泛,随着船舶向大型化、专用化、高效化等方向发展,不仅要求提高大功率低中速船用柴油机整体性能及在各种工况下的适应性,而且要求提高其可靠性、长寿命和经济性,因此,大功率低中速船用柴油机的零部件设计至关重要。主轴承是柴油机的主要摩擦副之一,对柴油机的性能和寿命有着重要影响。在大功率低中速船用柴油机工作过程中,主轴承除了承受曲轴以及多个活塞连杆的惯性力作用之外,还受到来自活塞、连杆以及曲轴旋转产生的交变载荷,另外,由于主轴承与主轴颈之间的轴承间隙较小,使得轴承内表面合金层承受极大的交变应力,也是导致大功率船用主轴承失效的重要因素。因此,通过轴承的负荷计算、结合润滑性能分析及合金层应力分析,对大功率船用柴油机主轴承的结构优化设计具有重要的理论意义。 论文以9G32型大功率低中速船用柴油机主轴承为对象,研究了主轴承的轴承负荷及润滑性能,并分别从动力学和润滑性能这两个方面对大功率低中速船用柴油机的典型工况进行了分析,通过求解油膜压力研究了不同参数下的主轴承合金层应力分布状态,得到大功率低中速船用柴油机主轴承的综合优化方案。 论文的主要工作和成果有： ①以9G32型大功率船用柴油机的曲轴-轴承系为对象,计算了各个主轴承的轴承负荷,得到轴承负荷图,并对各个主轴承进行了可靠性分析； ②根据滑动轴承的流体润滑理论,对9G32型大功率船用柴油机的主轴承进行润滑性能分析,计算了轴心轨迹以及最小油膜厚度,并在此基础上对不同工况下柴油机的主轴承润滑状态进行了对比分析； ③对低速大功率船用柴油机的典型工况进行了定量分析,并以其中受载、润滑状况较恶劣的7#主轴承为对象,采用有限差分法求解雷诺方程,获得了作用在柴油机主轴承表面的油膜压力； ④分组对比了不同偏心率、间隙比以及宽径比条件下的油膜压力分布状态； ⑤建立了柴油机7#主轴承有限元计算模型,加载油膜压力,获得油膜压力作用下轴承径向应力、轴向应力、剪应力及应变分布；通过综合分析不同合金层厚度及宽径比对滑动轴承应力应变的影响,得到轴承优化结果。
【关键词】：大功率船用柴油机 润滑性能 合金层应力分布 轴承结构优化
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U664.121;TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 论文中所用代号对照表7-9
• 图片清单9-11
• 表格清单11-14
• 第1章 绪论14-23
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 研究的目的及意义15-17
• 1.3 国内外研究现状17-21
• 1.3.1 轴承系动力学及主轴承润滑性能分析18-19
• 1.3.2 轴承合金层应力分析研究现状19-20
• 1.3.3 轴承优化设计研究现状20-21
• 1.4 论文的研究内容及课题来源21
• 1.5 论文的结构安排21-23
• 第2章 大功率船用柴油机主轴承系的动力学分析23-34
• 2.1 柴油机主轴承的负荷分析23-25
• 2.2 柴油机轴承系动力学分析25-29
• 2.2.1 曲柄—连杆机构的运动学分析25-26
• 2.2.2 曲柄—连杆机构的动力学分析26-28
• 2.2.3 轴承的受力与负荷计算28-29
• 2.3 9G32型大功率船用柴油机主轴承的负荷分析29-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 大功率低中速船用柴油机主轴承润滑性能分析34-50
• 3.1 滑动轴承的动压油膜形成机理34-35
• 3.2 液体动压润滑的雷诺方程35-36
• 3.3 轴心轨迹的分析36-39
• 3.3.1 Holland法轴心轨迹计算模型37-38
• 3.3.2 轴心轨迹的迭代计算程序38-39
• 3.4 9G32型大功率船用柴油机主轴承轴心迹计算结果及分析39-42
• 3.5 9G32型大功率船用柴油机主轴承最小油膜厚度的分析42-44
• 3.6 不同工况下的船用柴油机轴承润滑性能对比分析44-49
• 3.6.1 不同转速时船用柴油机轴承润滑性能对比分析45-47
• 3.6.2 不同功率时船用柴油机轴承润滑性能对比分析47-49
• 3.7 本章小结49-50
• 第4章 不同参数下的主轴承油膜压力分布分析50-60
• 4.1 有限差分法求解雷诺方程50-56
• 4.1.1 有限差分法计算方程51-52
• 4.1.2 雷诺方程的无量纲化52-53
• 4.1.3 雷诺二阶偏微分方程的求解53-56
• 4.2 不同参数油膜压力分布对比56-59
• 4.2.1 偏心率变化对油膜压力分布的影响56
• 4.2.2 间隙比变化对油膜压力分布的影响56-58
• 4.2.3 宽径比变化对油膜压力分布的影响58-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第5章 轴承合金层应力分析60-72
• 5.1 有限元法简介60
• 5.2 轴承的有限元模型60-63
• 5.2.1 轴承实体模型的建立61-62
• 5.2.2 轴承单元类型和材料属性定义62
• 5.2.3 定义坐标、划分网格62-63
• 5.2.4 模型约束63
• 5.3 有限元模型的油膜压力加载63-65
• 5.4 轴承应力及应变结果分析65-67
• 5.5 结构参数变化对轴承应力及应变的影响分析及优化67-70
• 5.5.1 合金层厚度变化对轴承应力、应变的影响68-69
• 5.5.2 宽径比变化对轴承应力、应变的影响69-70
• 5.6 本章小结70-72
• 第6章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 攻读硕士期间取得的研究成果74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79

【参考文献】

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