大型活塞式压缩机关键件疲劳寿命分析
发布时间：2021-07-27 12:46
本文针对大型活塞式压缩机关键零部件如曲轴、连杆和十字头等在工作过程中易发生疲劳失效的问题,以某大型活塞式压缩机曲轴连杆机构（包括曲轴、连杆和十字头）为对象,分别从模态分析、疲劳寿命计算、疲劳寿命特性分析和疲劳试验设计四个方面系统研究了其疲劳寿命。首先,为了判断曲轴连杆机构的固有频率是否会与压缩机驱动频率重叠而发生共振现象,对曲轴连杆机构装配体模型进行了有限元模态分析。结果表明,曲轴连杆机构的一阶固有频率为328.86Hz,远大于压缩机的驱动频率16Hz,由此判定在工作时,曲轴连杆机构与整机不会发生共振现象,从而从系统的角度初步验证了关键件的可靠性。随后,采用有限元法分别对曲轴组件、连杆组件和十字头组件进行了一个运转周期内的6个曲轴转角下的静力学分析,并在此基础上使用S-N模型对其进行了疲劳计算,得到了曲轴连杆机构的疲劳寿命及疲劳薄弱位置。结果表明,曲轴连杆机构各部件均满足静强度要求,应力集中位置和疲劳薄弱位置均与经验结论相符,形成了一套较为高效和精确的大型活塞式压缩机关键件疲劳寿命计算流程。在上述研究基础上,继续采用有限元法,分别从工艺方面和结构方面研究了关键件的疲劳特性。首先以曲轴为...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
本文研究的大型活塞式压缩机结构简图
（1）模型装配对曲轴部件、连杆部件和十字头部件按实际情况进行装配，如图 3.1 所示。图3.1 曲轴连杆机构装配体模型 图3.2 曲轴连杆机构装配体网格（2）网格划分在模态分析阶段，采用四面体单元对曲轴连杆机构进行网格划分，其中曲轴网格的尺寸为 16mm，连杆体和十字头以及十字头销的网格尺寸为 10mm，螺栓和螺母的网格尺寸为 5mm，轴瓦和小头衬套的网格尺寸为 4mm，十字头瓦网格尺寸为 8mm，并对曲轴销与曲拐过渡圆弧处以及螺栓头下圆角进行局部网格细化，使得应力收敛。曲轴连杆机构装配体的最终网格如图 3.2 所示。（3）载荷施加进行模态分析时
（1）模型装配对曲轴部件、连杆部件和十字头部件按实际情况进行装配，如图 3.1 所示。图3.1 曲轴连杆机构装配体模型 图3.2 曲轴连杆机构装配体网格（2）网格划分在模态分析阶段，采用四面体单元对曲轴连杆机构进行网格划分，其中曲轴网格的尺寸为 16mm，连杆体和十字头以及十字头销的网格尺寸为 10mm，螺栓和螺母的网格尺寸为 5mm，轴瓦和小头衬套的网格尺寸为 4mm，十字头瓦网格尺寸为 8mm，并对曲轴销与曲拐过渡圆弧处以及螺栓头下圆角进行局部网格细化，使得应力收敛。曲轴连杆机构装配体的最终网格如图 3.2 所示。（3）载荷施加进行模态分析时
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于神经网络遗传算法优化的曲轴疲劳寿命预测[J]. 李战芬,韩意,刘彦臣,樊孝仁. 中北大学学报(自然科学版). 2016(04)
[2]连杆螺栓的强度分析[J]. 李笑岩,付冰洋,张建云,张士永. 压缩机技术. 2016(03)
[3]船用低速柴油机轴承磨损监测系统工作原理的研究[J]. 姚晶,王俊英,罗智晟. 柴油机. 2015(03)
[4]大功率柴油机连杆疲劳试验系统的应用与研究[J]. 杨震,王伟,郭勇,顾立海,于昭亮,王双龙. 内燃机工程. 2015(05)
[5]柴油机滑动轴承磨损试验系统的开发与研制[J]. 李建锋,刘震涛,杨建法. 机电工程. 2014(08)
[6]铁谱分析技术判定柴油机内部轴瓦部件故障[J]. 赵电昭,刘新杰,刘文惠,曹晨,邵经峰. 拖拉机与农用运输车. 2014(02)
[7]连杆衬套内表面磨损的正交试验研究[J]. 胥超,冯志刚,周永召,李涛,韩双凤. 机械工程与自动化. 2014(01)
[8]一种偏载动压滑动轴承实验台的研制[J]. 邵琦,张锋,宋宝玉. 润滑与密封. 2013(09)
[9]机械重大装备寿命预测综述[J]. 张小丽,陈雪峰,李兵,何正嘉. 机械工程学报. 2011(11)
[10]疲劳寿命影响因素的试验研究[J]. 李莉,谢里阳,何雪浤,赵晋芳. 中国机械工程. 2010(03)
博士论文
[1]基于加速试验的轴承寿命预测理论与方法研究[D]. 张详坡.国防科学技术大学 2013
硕士论文
[1]基于瞬态动力学的柴油机曲轴疲劳寿命研究[D]. 王子.中北大学 2015
[2]柴油机连杆高周疲劳寿命预测方法研究[D]. 冯志远.中北大学 2015
[3]二冲程低速柴油机轴承磨损监测系统的研究[D]. 姚晶.上海交通大学 2015
[4]发动机曲轴连杆机构动力学仿真及疲劳分析[D]. 王立峰.长安大学 2014
[5]大型压缩机曲轴的疲劳寿命分析[D]. 阳舟.华东理工大学 2014
[6]柴油机曲轴疲劳寿命预测方法研究[D]. 史建祥.中北大学 2013
[7]基于加速退化试验的关节轴承寿命预测方法[D]. 赵元.国防科学技术大学 2012
[8]连杆疲劳试验系统开发与研究[D]. 刘宏瑞.浙江大学 2012
[9]柴油机连杆强度计算分析与实验研究[D]. 王臣臣.哈尔滨工程大学 2013
[10]柴油机连杆衬套磨损试验研究[D]. 董雪飞.中北大学 2011
本文编号：3305809
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
本文研究的大型活塞式压缩机结构简图
（1）模型装配对曲轴部件、连杆部件和十字头部件按实际情况进行装配，如图 3.1 所示。图3.1 曲轴连杆机构装配体模型 图3.2 曲轴连杆机构装配体网格（2）网格划分在模态分析阶段，采用四面体单元对曲轴连杆机构进行网格划分，其中曲轴网格的尺寸为 16mm，连杆体和十字头以及十字头销的网格尺寸为 10mm，螺栓和螺母的网格尺寸为 5mm，轴瓦和小头衬套的网格尺寸为 4mm，十字头瓦网格尺寸为 8mm，并对曲轴销与曲拐过渡圆弧处以及螺栓头下圆角进行局部网格细化，使得应力收敛。曲轴连杆机构装配体的最终网格如图 3.2 所示。（3）载荷施加进行模态分析时
（1）模型装配对曲轴部件、连杆部件和十字头部件按实际情况进行装配，如图 3.1 所示。图3.1 曲轴连杆机构装配体模型 图3.2 曲轴连杆机构装配体网格（2）网格划分在模态分析阶段，采用四面体单元对曲轴连杆机构进行网格划分，其中曲轴网格的尺寸为 16mm，连杆体和十字头以及十字头销的网格尺寸为 10mm，螺栓和螺母的网格尺寸为 5mm，轴瓦和小头衬套的网格尺寸为 4mm，十字头瓦网格尺寸为 8mm，并对曲轴销与曲拐过渡圆弧处以及螺栓头下圆角进行局部网格细化，使得应力收敛。曲轴连杆机构装配体的最终网格如图 3.2 所示。（3）载荷施加进行模态分析时
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于神经网络遗传算法优化的曲轴疲劳寿命预测[J]. 李战芬,韩意,刘彦臣,樊孝仁. 中北大学学报(自然科学版). 2016(04)
[2]连杆螺栓的强度分析[J]. 李笑岩,付冰洋,张建云,张士永. 压缩机技术. 2016(03)
[3]船用低速柴油机轴承磨损监测系统工作原理的研究[J]. 姚晶,王俊英,罗智晟. 柴油机. 2015(03)
[4]大功率柴油机连杆疲劳试验系统的应用与研究[J]. 杨震,王伟,郭勇,顾立海,于昭亮,王双龙. 内燃机工程. 2015(05)
[5]柴油机滑动轴承磨损试验系统的开发与研制[J]. 李建锋,刘震涛,杨建法. 机电工程. 2014(08)
[6]铁谱分析技术判定柴油机内部轴瓦部件故障[J]. 赵电昭,刘新杰,刘文惠,曹晨,邵经峰. 拖拉机与农用运输车. 2014(02)
[7]连杆衬套内表面磨损的正交试验研究[J]. 胥超,冯志刚,周永召,李涛,韩双凤. 机械工程与自动化. 2014(01)
[8]一种偏载动压滑动轴承实验台的研制[J]. 邵琦,张锋,宋宝玉. 润滑与密封. 2013(09)
[9]机械重大装备寿命预测综述[J]. 张小丽,陈雪峰,李兵,何正嘉. 机械工程学报. 2011(11)
[10]疲劳寿命影响因素的试验研究[J]. 李莉,谢里阳,何雪浤,赵晋芳. 中国机械工程. 2010(03)
博士论文
[1]基于加速试验的轴承寿命预测理论与方法研究[D]. 张详坡.国防科学技术大学 2013
硕士论文
[1]基于瞬态动力学的柴油机曲轴疲劳寿命研究[D]. 王子.中北大学 2015
[2]柴油机连杆高周疲劳寿命预测方法研究[D]. 冯志远.中北大学 2015
[3]二冲程低速柴油机轴承磨损监测系统的研究[D]. 姚晶.上海交通大学 2015
[4]发动机曲轴连杆机构动力学仿真及疲劳分析[D]. 王立峰.长安大学 2014
[5]大型压缩机曲轴的疲劳寿命分析[D]. 阳舟.华东理工大学 2014
[6]柴油机曲轴疲劳寿命预测方法研究[D]. 史建祥.中北大学 2013
[7]基于加速退化试验的关节轴承寿命预测方法[D]. 赵元.国防科学技术大学 2012
[8]连杆疲劳试验系统开发与研究[D]. 刘宏瑞.浙江大学 2012
[9]柴油机连杆强度计算分析与实验研究[D]. 王臣臣.哈尔滨工程大学 2013
[10]柴油机连杆衬套磨损试验研究[D]. 董雪飞.中北大学 2011
本文编号：3305809
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