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发动机曲轴系动力学分析与动态性能优化

作　者: 李梅
导　师: 吴训成
学　校: 上海交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 曲轴系多体动力学振动轴承润滑耦合
分类号: TK401
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 213次
引　用: 3次
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内容摘要

曲轴的工作可靠性直接关系到整个发动机的工作性能和使用寿命。发动机曲轴系的计算分析一直受到人们的关注,已经成为设计和试制阶段的重要参考依据。曲轴系包括发动机曲轴以及与之相连的各运动部件组成的总成,是典型的弹性轴系统。本文以某四缸柴油机曲轴系为分析对象,采用当前的先进分析技术和工具,全面分析了曲轴系的动态振动响应与轴承润滑状态,对减振器设计和轴承润滑提出了改进方案,旨在为发动机曲轴的设计开发提供参考,并对关键计算参数与计算模型的处理等相关问题进行了深入探讨。首先,采用集中质量模型,分析了某四缸发动机该曲轴系的扭转振动特性。采用有限元法计算了曲拐刚度,并与传统经验公式进行了比较;推导了橡胶减振器的刚度估算公式,用试验测量结果检验了计算误差;建立了集中质量的动力学模型,应用EXCITE DESIGNER软件分析了曲轴系自由振动和受迫振动;为优化曲轴系扭振特性,重新匹配了减振器;分析了扭振强度;试验测量了曲轴系扭振响应。第二,在EXCITE软件环境下,建立了多体动力学模型,进行了动力学求解。应用Hypermesh软件创建了曲轴、轴承、机体的有限元模型;利用Ansys软件进行自由度缩减获得超单元;在EXCITE软件环境中建立多柔体动力学模型,求解了曲轴的动态振动响应、轴承载荷等结果;将集中质量模型和分布质量模型的扭振响应与试验结果对比;本文比较了液动润滑轴承与弹簧阻尼轴承两种计算模型,探讨了不同的轴承计算参数和分析方法对曲轴系振动计算结果的影响规律。第三,对本四缸发动机曲轴系进行了轴承润滑分析。计算了两种供油温度下的摩擦功、不同状态下的最小油膜厚度;探讨了不同油槽宽度对油膜厚度的影响规律,并给出了改进设计的建议。本文对某发动机曲轴系动力学进行了较为全面的分析,探讨了分析过程和设计参数中的相关问题,为发动机曲轴系设计和分析提供了参考。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
符号说明  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题背景与研究意义  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
    1.2.1 曲轴三维振动分析基本现状  12
    1.2.2 曲轴振动分析模型与算法  12-13
    1.2.3 基于多学科耦合的曲轴系动力学分析  13-14
    1.2.4 发动机曲轴系分析的研究发展方向  14
  1.3 本文研究内容与目标  14-16
第二章基于集中质量模型的曲轴扭转振动分析  16-40
  2.1 引言  16-17
  2.2 扭振计算参数确定及相关问题探讨  17-23
    2.2.1 曲拐刚度的计算  17-20
    2.2.2 减振器刚度计算公式推导  20-22
    2.2.3 气缸阻尼参数的计算  22-23
    2.2.4 转动惯量参数的计算  23
  2.3 基于集中质量模型曲轴系扭振分析  23-27
    2.3.1 EXCITEdesigner 模型的建立  23-25
    2.3.2 曲轴系扭转振动分析  25-27
  2.4 减振器匹配优化  27-34
    2.4.1 减振器定调比与柔度ED  27-28
    2.4.2 减振器参数优化  28-34
  2.5 装配减振器的曲轴扭转强度计算  34-35
  2.6 转速的不规则性分析  35-36
  2.7 扭振试验  36-38
    2.7.1 试验仪器设备简介  36
    2.7.2 试验原理  36-38
    2.7.3 试验结果与分析  38
  2.8 本章小结  38-40
第三章耦合轴承润滑的曲轴系多体动力学分析  40-70
  3.1 引言  40-42
  3.2 曲轴系多体动力学模型的建立  42-46
    3.2.1 有限元模型前处理  42-44
    3.2.2 基于EXCITE 的曲轴系多体动力学模型  44-45
    3.2.3 多体动力学模型的参数设定  45-46
  3.3 曲轴系动力学分析结果  46-57
    3.3.1 曲轴轴承载荷  46-51
    3.3.2 曲轴系动态振动响应  51-57
  3.4 集中质量模型与多体分布模型扭振计算结果比较  57-59
  3.5 弹簧阻尼主轴承支撑刚度对曲轴振动位移响应的影响分析  59-65
  3.6 不同主轴承模拟方法对曲轴振动响应的影响  65-68
  3.7 本章小结  68-70
第四章液动轴承润滑分析与结构优化  70-85
  4.1 引言  70-71
  4.2 轴承润滑分析  71-79
    4.2.1 摩擦功损失  71-73
    4.2.2 主轴承位移  73-74
    4.2.3 最大油膜压力  74-75
    4.2.4 第五主轴承润滑详细分析  75-79
  4.3 轴承结构改进方案分析  79-80
  4.4 改进方案计算结果分析  80-83
    4.4.1 供油温度为90℃时不同油槽宽度下的最小油膜厚度曲线  80-82
    4.4.2 供油温度为130℃时不同油槽宽度下的最小油膜厚度曲线  82-83
  4.5 本章小结  83-85
第五章总结与展望  85-87
  5.1 主要结论  85
  5.2 研究展望  85-87
参考文献  87-91
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  91-92
致谢  92-94

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