学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

曲轴系多柔体动力学与动力润滑耦合分析

作　者: 李想
导　师: 马星国
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 曲轴系多体动力学刚柔耦合主轴承载荷主轴承润滑
分类号: TK403
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 65次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

曲轴是发动机重要构成部件之一，在工作中承受交变的冲击载荷，工作状况恶劣。曲轴的工作性能直接影响着发动机的使用寿命和工作可靠性，而主轴承受载情况和动力润滑状况对曲轴工作性能的影响尤为显著。因此，对发动机曲轴系进行主轴承载荷和动力润滑研究具有重要意义。采用有限元法和多体动力学相结合的方法创建曲轴系多体模型，然后对曲轴系进行多体仿真研究。首先，本文基于LMS Virtual.LabMotion软件建立曲轴系多刚体动力学模型，进行动力学仿真研究，通过活塞的位移、速度和加速度曲线等仿真结果，证明了多体动力学模型的正确性。运用有限元网格划分软件Hypermesh对曲轴进行网格划分，导出BDF格式的柔性体文件，把刚体模型中的曲轴替换为柔体，通过Motion软件驱动Nastran计算曲轴的Craig-Bampton模态，最后调用模态文件创建曲轴系刚柔混合多体模型。通过刚柔耦合多体模型的仿真结果，对比分析了曲轴系刚性体模型和刚柔混合模型的主轴载荷，找到主轴承载荷的变化特性。其次，对曲轴系进行主轴承润滑仿真计算，提取两个工作循环的最小油膜厚度、最大油膜压力、轴心轨迹和摩擦功耗等仿真数据，进行轴承润滑性能分析。截取连续时间点的油膜压力分布云图，对比不同时间点油膜压力分布的变化，分析曲轴倾斜对油膜润滑性能的影响。通过对比刚性曲轴和柔性曲轴轴承润滑特性的变化，说明进行曲轴系多体动力学与动力润滑耦合仿真分析时考虑曲轴弹性变形是必要的。最后，探讨了不同轴承间隙和润滑油压力对轴承润滑性能的影响，给出提高轴承润滑性能的建议，为工程实际提供参考。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-16
第1章绪论  16-29
  1.1 选题的意义和背景  16-17
  1.2 国内外研究状况及发展趋势  17-26
    1.2.1 主轴承载荷的研究  17-20
    1.2.2 曲轴主轴承润滑的研究  20-26
  1.3 本文的主要研究内容  26-29
第2章多体系统动力学理论  29-45
  2.1 多体系统动力学的发展及现状  29-35
  2.2 多刚体系统动力学理论  35-36
    2.2.1 广义坐标的选择  35
    2.2.2 系统约束  35-36
    2.2.3 动力学方程  36
  2.3 多柔体系统动力学理论  36-43
    2.3.1 柔性体的坐标系  36-37
    2.3.2 相对变形场的描述  37-38
    2.3.3 柔性体的位移、速度和加速度  38-39
    2.3.4 柔性体的动能  39-40
    2.3.5 广义力  40-42
    2.3.6 运动约束方程  42
    2.3.7 多柔体系统的动力学方程  42-43
  2.4 主要的虚拟样机仿真分析软件  43-44
  2.5 本章小结  44-45
第3章曲轴系多体动力学模型的建立  45-54
  3.1 曲轴系动力学模型简介  45
  3.2 曲轴系几何模型的建立  45-48
  3.3 曲轴系多体动力学模型的建立  48-53
    3.3.1 motion 模块中运动副简介  48
    3.3.2 过约束问题的讨论  48-49
    3.3.3 曲轴系多体动力学模型运动副的选用  49-50
    3.3.4 曲轴系主轴承单元的添加  50-52
    3.3.5 曲轴系驱动单元及外载荷的添加  52
    3.3.6 曲轴系各部件初始条件的定义  52-53
  3.4 本章小结  53-54
第4章曲轴系多体动力学仿真分析  54-70
  4.1 子结构模态综合法  54-57
    4.1.1 子结构模态综合法的概念  54-55
    4.1.2 固定界面模态综合法  55
    4.1.3 修正的 Craig-Bampton 方法  55-57
  4.2 曲轴系部件有限元模型的建立  57-62
    4.2.1 有限元网格的划分  57-58
    4.2.2 曲轴系部件连接点的定义  58-60
    4.2.3 曲轴柔体模态的建立  60-62
  4.3 曲轴系多刚体动力学仿真分析  62-65
    4.3.1 活塞运动关系分析  62-63
    4.3.2 主轴承载荷分析  63-65
  4.4 曲轴系刚柔耦合动力学仿真分析  65-69
    4.4.1 仿真条件  65
    4.4.2 刚柔耦合仿真模型的主轴承载荷分析  65-69
  4.5 本章小结  69-70
第5章曲轴系主轴承动力润滑耦合分析  70-96
  5.1 流体动力润滑理论  70-74
    5.1.1 流体动力润滑的概念  70-71
    5.1.2 Reynolds 方程及其边界条件  71-72
    5.1.3 流体动力润滑轴承油膜厚度方程  72
    5.1.4 动力润滑轴承油膜反力  72-73
    5.1.5 动力润滑轴承的端泄流量  73
    5.1.6 动力润滑轴承表面的摩擦力与摩擦系数  73
    5.1.7 动力润滑油膜载荷的平衡方程式  73-74
  5.2 曲轴系动力润滑模型的建立  74-78
    5.2.1 润滑油油膜文件的制作  74-77
    5.2.2 油膜文件的加载  77-78
  5.3 不考虑曲轴弹性变形下的主轴承动力润滑分析  78-85
    5.3.1 润滑油膜最小油膜厚度分析  78-79
    5.3.2 润滑油膜最大油膜压力分析  79
    5.3.3 摩擦功耗分析  79-80
    5.3.4 轴心轨迹分析  80-82
    5.3.5 润滑油膜动态平均压力分布分析  82-85
  5.4 考虑曲轴和轴承座弹性变形下的主轴承动力润滑分析  85-88
  5.5 主轴承动力润滑影响因素的分析  88-93
    5.5.1 轴承间隙对轴承润滑性能的影响  89-91
    5.5.2 润滑油入油压力对轴承润滑性能的影响  91-93
  5.6 本章小结  93-96
结论  96-99
参考文献  99-107
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  107-108
致谢  108-109

曲轴系多柔体动力学与动力润滑耦合分析

内容摘要

全文目录

相似论文