基于应力云图和有限元的柴油机曲轴疲劳强度分析

柴油机在运转过程中受到剧烈的振动,会使轴系附件损坏,喷油、气阀定时遭到破坏,严重时会影响柴油机的平衡性,加剧柴油机的噪声,甚至会造成曲轴疲劳断裂。本文通过对船舶主机曲轴—轴系进行建模,采用曲轴三维整体模型,并在Ansys Workbench中进行预处理,对曲轴实体模型进行网格化分。再借助有限元软件Ansys进行受力分析,得出曲轴变形量和应力云图。最后对其进行疲劳强度分析,重点研究在气缸力、轴承支撑力以及推进轴系载荷三者作用下的曲轴疲劳强度。     

基于动力学润滑耦合的低速二冲程船用柴油机机座刚度匹配设计

以低速二冲程船用柴油机为研究对象建立多体动力学与弹流润滑理论耦合模型,将主轴承油膜特性、摩擦损失功耗、曲轴弯曲振动特性作为柴油机主轴承安全性与经济性的评价指标,考察机座整体结构刚度改变对主轴承润滑及曲轴振动特性的影响。研究表明：原机飞轮端第7主轴承润滑性能相对较差,整机各主轴承的最小油膜厚度偏差为79.3%。机座刚度对主轴承摩擦润滑及振动性能均有明显的且不同规律的影响。通过调整优化各主轴承座刚度,使危险位置主轴承最小油膜厚度增加7.64%,最大油膜压力降低7.83%,整机主轴承总摩擦功耗和曲轴弯曲振动幅度均有所降低。     

推力轴承刚度对低速柴油机轴系纵向振动影响分析

以76 500 t散货船低速柴油机推进轴系为研究对象,建立运动学模型。在考虑柴油机激励力和螺旋桨激励力作用下,分析推力轴承刚度对纵向振动特性的影响。结果表明,随着推力轴承刚度增加,纵向振动固有频率增大,1 kn频率振型节点向曲轴自由端移动,且共振振幅减小。     

船用柴油机曲轴主轴承润滑性能数值分析

曲轴主轴承工作性能好坏对柴油机性能产生直接影响作用。本文建立某型船用柴油机曲轴主轴承润滑特性数值分析模型,对不同转速工况下主轴承润滑特性进行分析,获得了一个工作循环内的载荷、油膜压力、油膜厚度及轴心轨迹等润滑性能参数。经分析表明,第5主轴承润滑性能相对最差,这主要是由于柴油机曲轴在载荷作用下发生一定程度的弯曲变形,造成第5主轴承下轴瓦中部处的油膜厚度相对较薄,且存在发生过度磨损的隐患。本文研究工作可为船用柴油机曲轴主轴承的设计与优化提供参考。     

曲轴转子动力学仿真分析

活塞的往复运动借助于曲轴曲柄通过连杆传递到曲轴,在时间和空间上迅速多变的力、扭矩和弯矩使曲轴承受高且复杂的载荷。因此,在进行曲轴设计时必须进行仔细、精确的振动特性计算。利用Comsol分析了某型号三缸往复式发动机曲柄销偏心率和平衡质量对曲轴旋转时产生扭转振动的影响;研究了转子的瞬态响应和曲轴上平衡质量的轨道;仿真了曲轴的应力和压力分布、轴承颈中心的轨道以及轴承颈的横向位移分量,为不同曲轴的转子动力分析提供思路及参考。     

基于热弹性流体动压润滑的柴油机曲轴主轴承润滑特性分析

基于平均流量模型和Greenwood/Tripp微凸体接触理论,采用有限元法与多体动力学结合的方法,考虑柴油机曲轴主轴承轴颈和轴瓦表面粗糙度、曲轴和轴承座的变形及热效应等影响因素,建立某四缸四冲程柴油机曲轴实体模型和数学模型,分析了曲轴轴承间隙、供油压力和温度、油槽宽度等参数变化时的主轴承润滑特性,并对主轴承进行了优化.最终结果表明,四缸四冲程柴油机第二道和第四道主轴承润滑情况较差,通过增大油槽宽度、减小滑油压力、增大轴承间隙、增加粗糙度等手段可以保证柴油机主轴承最小油膜厚度增加,最大油膜压力减小,实现良好润滑。     

自由抛落式救生艇推进系统落水冲击响应计算分析

运用非线性多体动力学方法,建立某抛落式救生艇在主机怠速运转时推进系统的多体动力学模型,计算分析该救生艇落水时产生的冲击载荷对其推进系统主要轴承及艉轴的动态响应。结果表明：主轴承受力明显增大,轴心偏移增加6倍;艉轴承水平方向最大受力增大263%,垂直方向最大受力增大292%;艉轴水平方向弯曲振动偏移量增加190%,螺旋桨径向位移增大147%。曲轴和艉轴最大受力均在许用范围内,且有较大安全裕度,原来的设计方案不会对入水冲击带来不安全。这项研究为自由抛落式救生艇的可靠性设计提供了重要参考。     

船用螺杆压缩机转子受力有限元分析

综合考虑转子气体力、端面轴向力,建立了完整的螺杆压缩机转子受力的三维模型,并利用有限元分析软件对转子受力进行了计算,特别对转子端面受力的几种计算模型进行了分析对比。计算结果可为螺杆压缩机轴承和平衡活塞的选型设计提供参考。     

Alford力作用下计及叶片振动的转子-轴承系统动力学特性分析

为了分析非线性耦合因素与叶片振动对转子-轴承系统动力学特性影响,文章将叶片模化为悬臂梁结构并利用假设模态法离散简化,建立了阿尔福德(Alford)力作用下计及叶片弯曲振动的系统动力学模型。采用Runge-Kutta法对非线性振动微分方程进行数值求解,通过系统响应的分岔图、时间历程图与频谱图、轴心轨迹图、Poincaré映射图和相图研究了叶片弯曲变形以及Alford力对系统的非线性动力学行为的影响。结果表明:叶片振动使系统的不稳定区域提前,转子发生混沌运动的转速范围增大;叶尖气隙引起的Alford力使系统的运动状态变得更为复杂,油膜非线性更加明显。     

多缸柴油机曲轴-轴承弹流润滑及动力学特性研究

论文进行了曲轴的瞬态振动和轴承润滑的耦合特性研究，基于有限梁单元的方法构造了曲轴的整体有限元模型，基于有限差分法求解计入轴颈受载倾斜效应的动载滑动轴承的润滑特性，并实现了活塞-连杆-曲轴-油膜-轴承的整体系统的参数化建模，提出了一种通用、快速的建模计算方法。以4102柴油机为研究对象，进行了曲轴的动力学和主轴承的润滑特性研究，并采用不同于柔度矩阵法的动力学变形计算方法进行了曲轴-轴承系统的弹流润滑计算分析，进一步考虑了轴承座的瞬态动力学效应对轴瓦表面变形的影响，完善了曲轴-轴承系统的动力学和润滑耦合计算的研究方法。     

负荷突降工况柴油机曲轴应力多柔体动力学分析

通过仿真试验对负荷突降和转速上升2种工况下曲柄销中心和主轴颈中心处的应力情况进行定量分析,并对应力图谱进行分析。利用Pro E软件对柴油机运动部件进行三维建模,并对其进行组装配置。基于有限元软件ANSYS建立曲轴的三维模型,对曲轴的模态进行分析,进而形成曲轴的多体动力学模型。利用ADAMS平台建立柴油机运动模型,通过施加约束、运动和载荷,最终形成柴油机的虚拟样机试验平台,得到相应工况下的应力图谱,并加以分析。     

船舶柴油机曲轴动态强度分析

为准确分析二冲程船舶柴油机工作时曲轴的动态特性,结合Pro/E 3D软件和ANSYS软件对船舶柴油机曲轴、轴承、活塞、连杆等部件进行三维实体有限元建模,采用子结构法对其进行结构缩减,并将结果文件导入EXCITE软件中,建立整个船舶柴油机的轴系非线性多体动力学模型。采用该模型对曲轴进行一个循环的多体动力学计算。将计算结果恢复到曲轴实体有限元精细模型,进行正常工况下曲轴在一个循环内的动应力计算。结果表明,与单体曲轴强度分析方法相比,采用非线性多体动力学方法可获得更接近实际的曲轴载荷的边界条件,提高了船舶柴油机曲轴动态特性计算精度。     

船用低速柴油机曲轴轴向振动研究

以船用大功率低速柴油机柔性体曲轴为对象,在考虑气体力、运动部件惯性力、扭纵耦合效应等因素的情况下,建立曲轴、连杆、活塞的刚柔混合动力学模型。通过数值仿真,分别对连杆推力、连杆法向力和切向力对曲轴轴向振动的影响进行分析。分析结果表明：法向力是曲轴轴向振动的直接激励源,切向力是曲轴轴向振动的间接激励源-切向力引起曲轴扭振,进而引起曲轴纵振;同时法向力和切向力对曲轴轴向振动的影响非常相近;而连杆推力(法向力和切向力合力)引起的曲轴轴向振动是扭纵耦合振动的结果,并非两种分力作用结果的简单叠加。     

基于MATLAB的船用柴油机轴承负荷计算分析

船用柴油机轴承受力复杂,工作条件恶劣。研究船用柴油机轴承负荷的计算方法,对主机的日常维护有一定指导意义。通过对柴油机曲柄—连杆机构的运动学与受力学分析,得出轴承受力的计算方法。运用MATLAB语言编程,以潍坊柴油机厂生产的六缸船用柴油机——6200ZC柴油机为例,通过船员所读取的示功图,把曲柄转角和示功图上读出的气体压力作为初始值初始条件输入,计算出不同的曲柄转角下其连杆大端轴承和主轴承的负荷,运用MATLAB语言生成各轴承的负荷图,并对计算结果进行了分析。     

620V16柴油机曲轴平衡性分析

柴油机的平衡性能是影响柴油机使用性能的重要因素之一．为了找到贴合实际的620V16柴油机曲轴平衡性计算方法,根据620V16柴油机曲轴图纸,建立了曲轴简化模型,运用内燃机动力学的平衡理论,用数学分析法进行计算,得到了平衡块布置位置角度和重径积的计算值为16．59°和13840．247N·mm,实际值分别是16．5°和14961．836,15022．638,13286．404,14635．476N·mm．在与实际值的比较中,角度值贴合实际,重径积值平均差异为4．5％,证明了所采用的方法具有理论指导意义．     

某型柴油机振动异常故障排除

文章针对某型柴油机异常振动的问题,在故障分析的基础上,制定了异常振动排查方案,在对曲轴轴瓦和摆式减振器修复后,有效地解决了异常振动故障。     

船用发电机隔振系统传递力估算方法

提出一种通用、简便的柴油发动机激励力和力偶估算方法。利用振动频响（即加速度传感器）获取柴油发动机的振动频谱和相位,运用MATLAB数学软件建立基座激励力和力偶的数学模型,从而估算出隔振系统中发动机组的横向、纵向和垂向激励力或传递力和力偶。通过试验发现,测量过程中的信噪比对发动机的激励力和传递力估算有重要影响,低频信噪比是测量误差的主要来源。该简易估算激励力和力偶的方法可供柴油发动机的多维多向耦合振动研究参考。     

基于有限元分析和动力学仿真的曲轴疲劳寿命计算

基于某型十二缸内燃机曲轴的有限元模型,建立了包括曲轴、活塞组、连杆组及飞轮在内的三维实体动力学仿真模型,并考虑惯性力、气缸压力和相邻拐的影响.通过曲轴刚柔混合动力学仿真,计算了标准工况下曲轴的载荷历程曲线及最大应力,并利用全寿命方法(S-N法)得出了该曲轴的疲劳寿命.在此基础上,对内燃机负荷与曲轴疲劳寿命关系进行了分析,表明内燃机负荷对曲轴疲劳寿命有显著的影响.     

柴油机配气机构动力学仿真与分析

利用ADAMS／Engine建立4120SG柴油机配气系统动力学模型,对模型进行运动学仿真,分析配气机构主要运动件间的作用力,凸轮形线在过渡阶段的加速度特性对整个配气机构的受力影响较大,配气机构中各种接触力具有冲击力特征,对柴油机振动影响较大,通过对比摇臂座处的实测振动数据与仿真作用力的频谱图,验证了仿真结果的正确性,说明了配气机构是柴油机0．5谐次振动分量的主要激励源之一,为预测柴油机振动提供精确的边界条件。     

基于最小二乘法的曲轴振动不平衡信号分析

曲轴机构振动是柴油机整体振动的核心,加强柴油机曲轴机构的动态特性分析是研究柴油机振动机理和实施振动监测与故障诊断工作的重要内容。文章首先对曲轴机构的不平衡原因进行综合分析,然后设定曲轴振动信号,并结合最小二乘法原理对曲轴振动信号进行拟合,最后利用实验数据进行曲轴振动信号的不平衡量分析,并验证了本课题研究方法的可行性,为异常不平衡信号测取与分析提供方法与依据。