某型16V柴油机曲轴的强度计算及性能分析

论文摘要

曲轴是柴油机的主要零件之一,也是造价最昂贵的构件,它的价格约为整机的三分之一。并且它形状复杂、刚性差,又存在严重的应力集中现象,容易产生疲劳破坏。整台发动机的可靠性,在很大程度上取决于曲轴的可靠性,因此曲轴的设计和疲劳强度校核是十分必要的。本文主要是利用有限元法对某型中高速柴油机的整体曲轴和单拐曲轴分别进行强度计算分析。计算了整体曲轴在不同气缸发火时,曲轴的应变、应力的变化情况。同时利用单拐曲轴的计算方便,计算量小的特征,分析了曲轴的结构尺寸变化对应力的影响。本文还利用了AVL-Excite软件对单缸曲轴进行了动力响应的分析计算,分析了曲轴定义节点上的位移速度加速度并描述了曲轴的工作情况,同时分析了曲轴的振动和变形情况。最后利用AVL-Designer对16V柴油机整体曲轴进行了计算分析。分析了各主轴承的受力状态;各主轴承最大油膜压力及最小油膜厚度的实际变化情况,并对主轴承的轴心轨迹图进行了分析。同时得出曲轴各个轴承曲拐的应力应变状态,并分析了曲轴在不同工况下的受力情况。最后比较了圆角结构尺寸形状的不同对曲轴应力的影响并校核了曲轴的疲劳强度系数,得出安全系数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 曲轴强度计算概述
• 1.1.1 曲轴强度计算的发展和展望
• 1.1.2 曲轴应力计算的分类
• 1.2 有限元方法在曲轴性能分析中的应用
• 1.2.1 有限元方法的基本理论
• 1.2.2 曲轴强度计算的有限元方法概述
• 1.2.3 柴油机有限元技术存在的主要问题
• 1.3 论文的主要内容
• 第2章 柴油机单拐曲轴的静态强度计算
• 2.1 有限元法和ANSYS软件
• 2.1.1 有限元法
• 2.1.2 有限元法的发展趋势
• 2.1.3 有限元分析软件ANSYS
• 2.2 柴油机曲轴模型的建立
• 2.2.1 Pro/ENGINEER软件介绍
• 2.2.2 曲轴三维实体模型的建立
• 2.2.3 曲轴模型的网格划分
• 2.3 边界条件的确定
• 2.3.1 位移边界条件
• 2.3.2 力边界条件
• 2.4 计算结果分析
• 2.5 载荷及曲臂厚度的变化对应力的影响
• 2.5.1 总载荷变化对曲轴应力的影响分析
• 2.5.2 曲柄臂厚度的变化对曲轴应力的影响分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 柴油机整体曲轴的静强度分析计算
• 3.1 有限元模型的建立
• 3.1.1 几何模型的建立
• 3.2.2 ANSYS中有限元模型的建立
• 3.2 整体曲轴静态下的受力及边界条件的设定
• 3.2.1 边界条件的设定
• 3.2.2 载荷状态的确定
• 3.3 整体曲轴计算分析
• 3.3.1 整体曲轴的应变分析
• 3.3.2 整体曲轴的应力分析
• 3.3.3 考虑扭矩情况下对曲轴应力的影响
• 3.4 曲轴疲劳强度校核
• 3.4.1 疲劳强度基本理论
• 3.4.2 疲劳强度校核
• 3.5 本章小结
• 第4章 单缸柴油机曲轴的动态分析
• 4.1 AVL-EXCITE计算理论概述
• 4.2 有限元模型的建立
• 4.2.1 曲轴有限元模型的建立
• 4.2.2 主轴承壁及连杆活塞有限元模型的建立
• 4.3 有限元模型的后处理
• 4.3.1 定义主自由度节点
• 4.3.2 有限元模型的动/静态缩减
• 4.4 建立AVL-EXCITE计算模型
• 4.4.1 体单元的定义
• 4.4.2 连接体单元的定义
• 4.4.3 模型的建立与全局参数的输入
• 4.5 计算结果分析
• 4.5.1 曲轴节点的运动学分析
• 4.5.2 轴颈受力分析
• 4.5.3 主轴承分析
• 4.5.4 止推轴承的结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 利用AVL-Designer对16V柴油机整体曲轴计算分析
• 5.1 AVL-EXCITE-Designer计算模型的建立
• 5.1.1 AVL-EXCITE-Designer软件介绍
• 5.1.2 AVL-EXCITE-Designer软件曲轴强度计算理论
• 5.1.3 16V柴油机曲轴计算模型的建立
• 5.2 柴油机相关参数及数据处理
• 5.2.1 16V柴油机的实验数据
• 5.2.2 参数选择计算
• 5.3 AVL-Designer的计算结果
• 5.3.1 轴承计算结果分析
• 5.3.2 曲轴扭振计算结果分析
• 5.3.3 曲轴疲劳强度计算结果分析
• 5.3.4 曲轴圆角几何结构的变化对应力的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录