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计及曲轴和机体变形的曲轴轴承弹性流体动力润滑分析

作　者: 蔡晓霞
导　师: 孙军
学　校: 合肥工业大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 曲轴变形 机体变形 弹流 润滑 曲轴轴承 内燃机
分类号: TK403
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 129次
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内容摘要


曲轴轴承是内燃机中的主要零件之一。随着内燃机的不断强化,轴承的工作条件愈加苛刻。为了适应内燃机的发展,保证轴承工作可靠、耐久,需要不断改进轴承的设计方法,尤其重要的是要更进一步研究轴承的润滑理论,探求轴承润滑的最优设计。曲轴工作中受载荷作用将产生变形,导致轴颈在轴承中处于倾斜状态。当轴颈倾斜严重时,轴承最小油膜厚度明显减小,最大油膜压力显著增加,将使轴承表面产生变形,影响轴承的性能,为此非常有必要计及曲轴变形和轴承表面变形进行曲轴轴承的流体动力润滑分析。主轴承与机体是连成一体的,轴承表面变形将受机体变形的影响,因而曲轴轴承的弹流润滑分析中有必要计入机体变形影响。本文首先叙述了主轴承表面弹性变形的计算方法。应用有限元方法建立了较为完整的N485柴油机机体三维实体模型和有限元模型。在机体有限元分析的基础上,建立了N485柴油机计入整体机体变形影响时计算五个主轴承表面弹性变形的柔度矩阵和单轴承座的柔度矩阵,并对建立的柔度矩阵进行了验证。然后,以N485柴油机曲轴轴承为研究对象,进行了仅计入机体变形影响的曲轴轴承弹流润滑分析,以及同时计入机体变形和曲轴受载变形导致轴颈倾斜影响的曲轴轴承弹流润滑分析,对比分析了曲轴轴承弹流润滑分析中轴承表面弹性变形分别采用整体机体模型和单个主轴承座模型计算时的差异。结果表明:一、仅计入机体变形影响时:轴承轴心轨迹基本没有变化;在一个工作循环中的某些时刻附近对轴承最大油膜压力略有影响,数值有一定的减少;在一个工作循环中的少量时刻轴承最小油膜厚度略有增加;轴承端泄流量和轴颈摩擦系数变化不大。二、同时计入机体变形及曲轴变形的影响时:轴承中央截面上的轴心轨迹基本没有变化,前端面和后端面上的轴心轨迹有一定的变化;在一个工作循环中的某些时刻附近轴承最大油膜压力有较大影响,数值减少较明显;在一个工作循环中的少量时刻轴承最小油膜厚度略有增加;轴承端泄流量和轴颈摩擦系数变化不明显。三、对比计入整体机体变形和单个轴承座变形的影响时:计入和不计曲轴变形时轴承的轴心轨迹基本没有变化;不计曲轴变形时,整体机体变形对轴承最大油膜压力的影响与仅考虑单个轴承座情况差别较小;计入曲轴变形时,整体机体变形对轴承最大油膜压力的影响在一个工作循环中的某些时刻影响稍大,数值减少较明显;在一个工作循环中的少量时刻,整体机体变形与仅考虑单个轴承座比较,轴承最小油膜厚度略有增加;整体机体变形与仅考虑单个轴承座对比,轴承端泄流量和轴颈摩擦系数影响差别不大。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
致谢  9-18
第一章 绪论  18-26
  1.1 国内外研究现状  18-24
    1.1.1 基本分析方法  18-19
    1.1.2 考虑实际影响因素的研究  19-24
  1.2 本文的研究内容  24-26
第二章 计入机体变形的主轴承表面弹性变形计算  26-39
  2.1 主轴承表面弹性变形的计算方法  26-27
  2.2 实体模型的建立  27-30
    2.2.1 建模软件PRO/ENGINEER介绍  27-28
    2.2.2 整体机体模型建立  28-29
    2.2.3 单轴承座模型建立  29-30
  2.3 有限元计算模型的建立  30-35
    2.3.1 实体模型导入  30-31
    2.3.2 单元类型选择与材料参数确定  31
    2.3.3 网格划分  31-34
    2.3.4 边界条件的确定  34-35
  2.4 柔度矩阵的建立  35
  2.5 主轴承表面变形计算方法的验证  35-38
  2.6 小结  38-39
第三章 N485柴油机曲轴轴承弹性流体动力润滑分析  39-75
  3.1 基本方程和公式  39-44
    3.1.1 轴承的油膜厚度方程  39-41
    3.1.2 Reynolds方程及其边界条件  41
    3.1.3 轴承油膜反力  41-42
    3.1.4 轴承端泄流量  42
    3.1.5 摩擦力与摩擦系数  42
    3.1.6 载荷平衡方程  42-44
  3.2 数值计算方法  44-49
    3.2.1 Reynolds方程的求解  44-48
    3.2.2 轴承轴心轨迹的求解  48-49
    3.2.3 轴承端泄流量和轴颈摩擦系数的计算  49
  3.3 计算结果与分析  49-73
    3.3.1 计入机体变形影响的曲轴轴承弹流润滑性能  49-56
    3.3.2 计入曲轴变形和机体变形影响的曲轴轴承弹流润滑性能  56-62
    3.3.3 计入整体机体变形和单主轴承座变形影响的曲轴轴承弹流润滑性能比较  62-73
  3.5 小结  73-75
第四章 结论和展望  75-77
参考文献  77-82
在学期间发表的论文  82

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 一般性问题 > 构造
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