本文關鍵詞：發(fā)動機曲軸系動力學分析與動態(tài)性能優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《上海交通大學》 2009年

發(fā)動機曲軸系動力學分析與動態(tài)性能優(yōu)化

李梅  

【摘要】： 曲軸的工作可靠性直接關系到整個發(fā)動機的工作性能和使用壽命。發(fā)動機曲軸系的計算分析一直受到人們的關注,已經(jīng)成為設計和試制階段的重要參考依據(jù)。曲軸系包括發(fā)動機曲軸以及與之相連的各運動部件組成的總成,是典型的彈性軸系統(tǒng)。 本文以某四缸柴油機曲軸系為分析對象,采用當前的先進分析技術和工具,全面分析了曲軸系的動態(tài)振動響應與軸承潤滑狀態(tài),對減振器設計和軸承潤滑提出了改進方案,旨在為發(fā)動機曲軸的設計開發(fā)提供參考,并對關鍵計算參數(shù)與計算模型的處理等相關問題進行了深入探討。 首先,采用集中質(zhì)量模型,分析了某四缸發(fā)動機該曲軸系的扭轉(zhuǎn)振動特性。采用有限元法計算了曲拐剛度,并與傳統(tǒng)經(jīng)驗公式進行了比較;推導了橡膠減振器的剛度估算公式,用試驗測量結果檢驗了計算誤差;建立了集中質(zhì)量的動力學模型,應用EXCITE DESIGNER軟件分析了曲軸系自由振動和受迫振動;為優(yōu)化曲軸系扭振特性,重新匹配了減振器;分析了扭振強度;試驗測量了曲軸系扭振響應。 第二,在EXCITE軟件環(huán)境下,建立了多體動力學模型,進行了動力學求解。應用Hypermesh軟件創(chuàng)建了曲軸、軸承、機體的有限元模型;利用Ansys軟件進行自由度縮減獲得超單元;在EXCITE軟件環(huán)境中建立多柔體動力學模型,求解了曲軸的動態(tài)振動響應、軸承載荷等結果;將集中質(zhì)量模型和分布質(zhì)量模型的扭振響應與試驗結果對比;本文比較了液動潤滑軸承與彈簧阻尼軸承兩種計算模型,探討了不同的軸承計算參數(shù)和分析方法對曲軸系振動計算結果的影響規(guī)律。 第三,對本四缸發(fā)動機曲軸系進行了軸承潤滑分析。計算了兩種供油溫度下的摩擦功、不同狀態(tài)下的最小油膜厚度;探討了不同油槽寬度對油膜厚度的影響規(guī)律,并給出了改進設計的建議。 本文對某發(fā)動機曲軸系動力學進行了較為全面的分析,探討了分析過程和設計參數(shù)中的相關問題,為發(fā)動機曲軸系設計和分析提供了參考。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TK401
【目錄】：

摘要3-4

ABSTRACT4-6

符號說明6-10

第一章 緒論10-16

1.1 課題背景與研究意義10-12

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14

1.2.1 曲軸三維振動分析基本現(xiàn)狀12

1.2.2 曲軸振動分析模型與算法12-13

1.2.3 基于多學科耦合的曲軸系動力學分析13-14

1.2.4 發(fā)動機曲軸系分析的研究發(fā)展方向14

1.3 本文研究內(nèi)容與目標14-16

第二章 基于集中質(zhì)量模型的曲軸扭轉(zhuǎn)振動分析16-40

2.1 引言16-17

2.2 扭振計算參數(shù)確定及相關問題探討17-23

2.2.1 曲拐剛度的計算17-20

2.2.2 減振器剛度計算公式推導20-22

2.2.3 氣缸阻尼參數(shù)的計算22-23

2.2.4 轉(zhuǎn)動慣量參數(shù)的計算23

2.3 基于集中質(zhì)量模型曲軸系扭振分析23-27

2.3.1 EXCITEdesigner 模型的建立23-25

2.3.2 曲軸系扭轉(zhuǎn)振動分析25-27

2.4 減振器匹配優(yōu)化27-34

2.4.1 減振器定調(diào)比與柔度ED27-28

2.4.2 減振器參數(shù)優(yōu)化28-34

2.5 裝配減振器的曲軸扭轉(zhuǎn)強度計算34-35

2.6 轉(zhuǎn)速的不規(guī)則性分析35-36

2.7 扭振試驗36-38

2.7.1 試驗儀器設備簡介36

2.7.2 試驗原理36-38

2.7.3 試驗結果與分析38

2.8 本章小結38-40

第三章 耦合軸承潤滑的曲軸系多體動力學分析40-70

3.1 引言40-42

3.2 曲軸系多體動力學模型的建立42-46

3.2.1 有限元模型前處理42-44

3.2.2 基于EXCITE 的曲軸系多體動力學模型44-45

3.2.3 多體動力學模型的參數(shù)設定45-46

3.3 曲軸系動力學分析結果46-57

3.3.1 曲軸軸承載荷46-51

3.3.2 曲軸系動態(tài)振動響應51-57

3.4 集中質(zhì)量模型與多體分布模型扭振計算結果比較57-59

3.5 彈簧阻尼主軸承支撐剛度對曲軸振動位移響應的影響分析59-65

3.6 不同主軸承模擬方法對曲軸振動響應的影響65-68

3.7 本章小結68-70

第四章 液動軸承潤滑分析與結構優(yōu)化70-85

4.1 引言70-71

4.2 軸承潤滑分析71-79

4.2.1 摩擦功損失71-73

4.2.2 主軸承位移73-74

4.2.3 最大油膜壓力74-75

4.2.4 第五主軸承潤滑詳細分析75-79

4.3 軸承結構改進方案分析79-80

4.4 改進方案計算結果分析80-83

4.4.1 供油溫度為90℃時不同油槽寬度下的最小油膜厚度曲線80-82

4.4.2 供油溫度為130℃時不同油槽寬度下的最小油膜厚度曲線82-83

4.5 本章小結83-85

第五章 總結與展望85-87

5.1 主要結論85

5.2 研究展望85-87

參考文獻87-91

攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文91-92

致謝92-94

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