柴油機(jī)曲軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與沖擊響應(yīng)研究.pdf

1、曲軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)是柴油機(jī)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要部分。由于曲軸振動(dòng)會(huì)在很大程度上影響曲軸的強(qiáng)度，所以曲軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)需要考慮振動(dòng)的影響。曲軸振動(dòng)主要有扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、彎曲振動(dòng)、縱向振動(dòng)，曲軸的振動(dòng)在一定程度上放大了曲軸應(yīng)力，進(jìn)一步威脅著柴油機(jī)正常運(yùn)行。特別地，當(dāng)激勵(lì)頻率與曲軸固有頻率相等或接近時(shí)即發(fā)生共振，對(duì)曲軸可靠性構(gòu)成很大的威脅。對(duì)于艦船柴油機(jī)，其曲軸長(zhǎng)，其扭轉(zhuǎn)共振頻率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速往往在柴油機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)，所以發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振可能性比較大。扭轉(zhuǎn)共振引起

2、大的扭轉(zhuǎn)振幅，輕則影響凸輪軸的正常工作，惡化進(jìn)排氣定時(shí)效果，重則使曲軸扭斷造成事故損失。特別地，當(dāng)艦船柴油機(jī)曲軸系統(tǒng)在非接觸水下爆炸沖擊的特殊情況下，瞬間受到極大沖荷，很可能遭到破壞，所以有必要進(jìn)行曲軸系統(tǒng)沖擊下動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析。 本文建立了仿真計(jì)算模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了正常工況和沖擊工況下的柴油機(jī)軸系動(dòng)力學(xué)分析和曲軸振動(dòng)強(qiáng)度分析。具體包括如下內(nèi)容： 首先，根據(jù)不同的簡(jiǎn)化程度建立了某16V240柴油機(jī)軸系幾種有限元模型并進(jìn)行

3、了有限元模態(tài)分析，并將這幾種計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析；建立了軸系扭振計(jì)算的軸盤模型及簡(jiǎn)化模型，在此基礎(chǔ)上分別運(yùn)用了Holzer表格法和能量法進(jìn)行了軸系的自由振動(dòng)計(jì)算和強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算，將其結(jié)果與模態(tài)分析結(jié)果及振動(dòng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。 其次，根據(jù)下文多體動(dòng)力學(xué)模型的需要建立了軸系縮減有限元模型，在此基礎(chǔ)上建立了軸系多體動(dòng)力學(xué)分析模型，進(jìn)行了柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速下的正常工況下包括軸承力、軸系自由端扭轉(zhuǎn)位移、主軸承軸心軌跡等參數(shù)的多體動(dòng)力學(xué)分析；

4、根據(jù)曲軸動(dòng)應(yīng)力計(jì)算的需要，建立了用于曲軸應(yīng)力恢復(fù)計(jì)算的單拐．梁精細(xì)模型，并進(jìn)行了曲軸瞬態(tài)動(dòng)應(yīng)力計(jì)算及疲勞強(qiáng)度分析。 最后，對(duì)非接觸水下爆炸沖擊波進(jìn)行理想化建模，根據(jù)典型沖擊形式將實(shí)際沖擊抽象為如下3種具有特定波形的沖擊波：半正弦脈沖、鋸齒波脈沖和對(duì)稱式梯形脈沖，并將這3種沖擊形式作為沖擊載荷加載到上文軸系動(dòng)力學(xué)模型上，進(jìn)行非接觸水下爆炸沖擊作用下的軸系動(dòng)力學(xué)分析、曲軸瞬態(tài)動(dòng)應(yīng)力計(jì)算和屈服強(qiáng)度校核，另外，將沖擊計(jì)算結(jié)果與正常工況結(jié)