计入曲轴倾斜时曲轴-轴承系统动力学摩擦学和弹性力学耦合分析

采用动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS,辅以手工编程相结合的方法,研究了计入曲轴倾斜时某4缸柴油机曲轴-轴承系统动力学、摩擦学和弹性力学(曲轴的刚度和强度)耦合分析问题.根据耦合特点,先解决曲轴-轴承系统动力学、摩擦学和刚度耦合析问题,再解决曲轴动应力计算问题的解耦方法.研究结果表明:计入曲轴颈倾斜,主轴承最小油膜厚度大幅度下降,最大油膜压力大幅度上升,曲轴动力学响应也发生变化,曲轴疲劳寿命下降23.24 %.     

曲轴-轴承系统计入曲轴变形的轴承摩擦学性能分析

内燃机工作中曲轴与轴承之间存在直接的相互作用，而目前曲轴轴承的润滑分析一般都是在摩擦学学科领域内，仅考虑轴承自身因素的影响。以曲轴-轴承系统为研究对象，进行计人曲轴受实际负荷作用产生变形的曲轴轴承润滑分析。分析中采用整体曲轴梁单元法计算曲轴变形和曲轴轴承负荷，采用变形矩阵法计算油膜压力作用下轴瓦表面的变形，采用动力学法计算轴承的轴心轨迹。结果表明，计人曲轴变形的影响时，轴承前后端面上轴心轨迹在局部位置有明显变化，某些时刻附近轴承最大油膜压力增加明显，绝大部分时间轴承最小油膜厚度有不同程度减小，轴承油膜压力的分布状况发生了变化，产生了偏布。     

考虑曲轴倾斜和摩擦接触的主轴承润滑分析

采用有限元、多体动力学和弹性流体动力润滑理论来联合计算16V240ZJB型柴油机主轴承的润滑情况,将曲轴当作弹性体,以考虑曲轴的弹性变形对主轴承润滑状态的影响.曲轴工作过程中受外力的作用,会产生弹性弯曲变形,使主轴颈在主轴承内倾斜,甚至与主轴瓦的边缘发生摩擦接触,本文采用了Greenwood-Tripp粗糙接触模型计算接触摩擦力.根据AVL相关标准评价了润滑计算结果,九个主轴承均润滑良好,其中第8主轴承粗糙接触压力最大、油膜厚度最低,润滑的情况相对最恶劣.     

基于动力学和摩擦学分析的曲轴疲劳强度分析

以某4缸柴油机曲轴为研究对象,根据曲轴的承载特点,提出了基于曲轴一轴承系统动力学和摩擦学分析的曲轴动应力计算方法,即在曲轴有限元分析时通过在曲轴轴颈表面动态施加包含曲轴一轴承系统动力学和摩擦学特性的动态油膜压力计算曲轴动应力,最后把损伤积累理论应用于曲轴疲劳强度计算.计算结果表明:动应力在曲轴轴颈表面的分布主要取决于油膜力对其弯曲和扭转作用以及应力集中效应,动应力随时间的变化与内燃机的发火次序密切相关.与传统方法相比,由损伤积累理论计算的曲轴安全系数下降了5.34%.     

具有裂纹的曲轴-轴承系统动力学与摩擦学耦合分析

以实测示功图为计算依据,以4缸柴油机的曲轴-轴承系统为研究对象,应用动力学仿真软件ADAMS耦合分析了具有裂纹的曲轴-轴承系统动力学行为和摩擦学特性,提出了"等效直径法"建立具有不同深度裂纹的弹性曲轴有限元模型.由于裂纹的扩展是曲轴动力学响应的慢变参数,从启裂到曲轴断裂采用线性插值法,分别建立具有不同深度裂纹的曲轴-轴承系统动力学和摩擦学耦合分析ADAMS模型并求解.结果表明,裂纹对其附近的曲轴轴承的动力学和摩擦学性能影响较大,随着裂纹深度的增加,裂纹附近的主轴承反力、最大油膜压力峰值和最小油膜厚度均减小,但曲轴轴颈中心径向振动响应振幅增加.     

曲轴平衡率对主轴承润滑特性的影响

针对某型柴油机功率提升后主轴承润滑性能恶化的现象,考虑轴颈与轴瓦表面粗糙度、曲轴与轴承座弹性变形的影响,建立了12 V90°柴油机主轴承的润滑分析计算模型.根据弹性流体动力润滑、轴承动力学及平衡率计算理论,分析了不同曲轴平衡率对主轴承的润滑性能的影响.采用正交试验研究了平衡率、轴承宽度及轴承间隙对最小油膜厚度、最大油膜压力、平均摩擦损失功和峰值粗糙接触压力的影响,并提出了改进方案.结果表明:曲轴平衡率对主轴承润滑性能有很大的影响,对最小油膜厚度、最大油膜压力和峰值粗糙接触压力的影响权重与轴承间隙相接近,均低于轴承宽度;平衡率对平均摩擦损失功的影响权重最大;相比轴承宽度、轴承间隙等影响因素,曲轴平衡率在强化柴油机主轴承润滑设计阶段也应重点考虑.     

基于AVL Excite Designer的WD615柴油机曲轴轴承润滑性能研究

在分析柴油机曲柄连杆机构动力学行为和曲轴轴承的动态润滑的基础上,建立该系统的动力学与流体动力润滑耦合的动力学分析模型。利用AVL Excite Designer动力学分析软件,以WD615柴油机八平衡块曲轴为研究对象,通过对其主轴承和连杆轴承油膜压力进行计算分析研究,从而得出这种算法对柴油机曲轴轴承设计具有指导意义。     

曲轴主轴承油膜动力润滑与系统动力学的耦合分析

在分析内燃机活塞-连杆-曲轴系统的系统动力学行为和曲轴主轴承的流体动压润滑基础上，建立了该系统的系统动力学与流体动力润滑耦合作用下的动力学分析模型，并提出了求解此模型的数值解法，利用机械系统动力学分析软件ADAMS的求解器（Solver）和自己编写的计算流体动力润滑程序连接调用进行了系统动力学与流体动力润滑的耦合分析。通过比较不考虑油膜动力润滑时缸体各部分的动态受力和考虑油膜动力润滑后缸体的动态受力表明：润滑油膜的动力耦合具有使缸体各部位受力趋于均匀化的作用，以下不考虑油膜动力耦合作用的零部件最大受力作为设计依据的零部件设计具有过大的安全裕度，在内燃机零部件设计时考虑摩擦学与系统动力学的耦合是非常必要的。     

发动机曲轴主轴承液体动力学分析

以某直列四缸发动机为研究对象,采用AVL_EXCITE Designer软件计算分析曲轴主轴承的液体动力学特性。根据经验公式计算主轴承载荷,建立润滑仿真模型对曲轴主轴承进行动力学仿真及润滑计算。根据对最小油膜厚度和最大油膜压力的仿真结果分析,为轴承优化设计提供了依据。     

计及曲轴强度的曲轴轴承优化设计

以某4冲程4缸内燃机曲轴一轴承系统为研究对象,在计及曲轴强度下进行曲轴轴承优化设计,研究轴承优化设计中考虑曲轴强度的必要性.在建立轴承优化设计模型中,将曲轴强度作为约束条件之一,采用粒子群算法进行优化计算.结果表明,相比于原机轴承设计,在满足曲轴强度要求的情况下,通过曲轴轴承优化设计轴承总平均摩擦功耗降低了14.21%.同时进行了不考虑对曲轴影响的曲轴轴承优化设计计算,此时虽然轴承总平均摩擦功耗有明显降低,但曲轴强度已不能满足使用要求.因此,合理的曲轴轴承优化设计应从曲轴-轴承系统整体出发,计及对曲轴强度的影响,以获得满足系统要求的最优解.     

活塞动力学二阶运动的仿真方法与试验研究

采用多体动力学在时间域内迭代计算活塞、缸套及润滑油膜相互耦合子系统的运动学与动力学方程,在考虑活塞体径向刚度、活塞体及缸套冷热态型面的影响下,得到活塞主、副推力侧实际工况下的热态配缸间隙;动力学仿真方法计算出活塞二阶运动结果,包括:活塞主、副推力面间换向的径向运动和绕活塞销的转动;二阶运动对缸套的动态敲击力作为载荷边界条件施加在有限元模型上,计算出气缸体在活塞敲击下的振动响应;同时,在发动机台架上对气缸体两侧的活塞敲击处布置加速度传感器、以及布置缸内爆压传感器和上止点位置测量得到气缸体结构振动响应,试验结果验证了仿真模型的有效性.     

MLX系列减速机用扇形可倾瓦滑动推力轴承润滑性能分析

以MLX系列减速机用扇形可倾瓦滑动推力轴承为研究对象,建立基于计算流体动力学(CFD)的有限元仿真分析模型和基于数值分析方法的数值分析模型分析流体润滑性能,利用有限元分析模型研究分析了轴承中润滑油膜压力场和温度场的分布及其随轴承转速、润滑油粘度的变化情况。利用数值分析方法建立轴承油膜厚度模型,分析了轴承扇形瓦块倾角的变化对轴承润滑性能的影响。结果表明：随着轴承转速和润滑油粘度的增加,油膜最高压力和最高温度持续线性增大;扇形瓦块的周向、径向倾角对轴承油膜压力和厚度会造成影响,且径向倾角的影响更大。     

柴油机曲轴-轴瓦磨合磨损性能研究

为研究柴油机曲轴-轴瓦的磨合磨损性能,在环-盘摩擦磨损试验机上进行了曲轴主轴颈-轴瓦材料配副磨合磨损试验,通过润滑油的光谱分析和铁谱分析研究了不同载荷下曲轴-轴瓦的磨合磨损性能。结果表明,在不同载荷下,曲轴-轴瓦磨合磨损性能存在一定差异。当试验载荷小于40N或大于60N时,其磨合磨损性能均较差：当试验载荷在40～60N时,其磨合磨损性能最佳。因此,曲轴-轴瓦在中等载荷下可获得良好的磨合磨损性能。     

某汽油机连杆大头轴承润滑特性分析

本文采用多体动力学方法,建立了某汽油机连杆大头轴承润滑特性分析的弹性液体动力学(EHD)模型。着重进行了峰值油膜总压、最大粗暴接触压力、最小油膜厚度及平均摩擦功率损失等参数的计算与分析。结果表明,该连杆的大头轴承润滑特性指标均满足要求,润滑特性较好。     

增压内燃机主轴承载荷计算方法及其对轴心轨迹的影响

介绍了多缸增压内燃机主轴承载荷的简支梁和连续梁计算方法,分别用两种载荷计算了某4缸涡轮增压内燃机的轴心轨迹、最小油膜厚度和最大油膜压力。连续梁法计算出的主轴承载荷与简支梁法算出的结果相比,其最大值较大,最小值较小;两种方法计算出的轴心轨迹不同,最小油膜厚度和最大油膜压力也不同。连续梁法算出的最大油膜压力和最小油膜厚度比较接近于实际测量值。精确的润滑计算应采用连续梁轴承载荷计算方法。     

曲柄连杆机构多体系统动力学与油膜动力润滑耦合仿真研究

笔者针对某柴油发动机的曲柄连杆机构系统,使用adams中的engine模块,引入柔性的液压轴承,建立了曲柄连杆机构柔性多体系统动力学与油膜动力润滑的耦合模型,进行了忽略油膜动力润滑和考虑系统动力学与油膜动力润滑耦合两种情况下的仿真分析,并对仿真结果进行了比较。而且进一步得到了曲轴轴心轨迹曲线,最小油膜厚度等参数,为后续内燃机整机噪声分析和预测,提供更为准确的边界条件。     

不同开槽方式的椭圆瓦轴承润滑性能对比研究

为解决某电厂开槽椭圆瓦轴承在运行过程中存在温度过高的问题,考虑紊流、质量守恒边界等效应建立了轴承的热流体动力学润滑分析模型,采用有限元法求解了轴承性能,对比得出了四种不同开槽方式的椭圆瓦轴承对润滑性能(膜厚、膜压、膜温、功耗和流量等)的影响规律。结果表明:相对于上下瓦均不开槽(光滑表面)轴承,下瓦开中心槽导致油膜承载面积减小,油膜厚度大幅降低,油膜压力和油膜温度均显著升高;上瓦开槽对轴承性能影响较小,整体上降低了摩擦功耗,但略微增加油膜温度。     

有限宽轴承-转子系统非线性动力学行为的若干问题研究

利用对非定常短轴承的油膜压力分布公式进行了变分修正所得出的具有足够精度，适合轴径大扰动情况下的有限宽圆轴承非定常油膜力的解析公式，采用数值模拟，对有限宽轴承-刚性Jeffeott转子的非线性动力学行为进行了研究，得出了与已有文献结论相近似的分岔与混沌特性。