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文檔簡介
1、渦輪增壓器是內燃機的一個重要部件,其安全、平穩(wěn)、可靠地運行是保證內燃機正常工作的重要條件。隨著我國鐵路向高速、重載運輸方向的發(fā)展,對大功率高效節(jié)能柴油機的工作性能也提出了更高的要求。近代渦輪增壓技術大大提高了柴油機的工作效率,但隨著柴油機強化度的提高,要求渦輪增壓器的壓比進一步提高,從而導致壓氣機的線速度增加;在更高的離心慣性力的作用下,壓氣機葉輪的變形也將進一步增大。由此產生的葉輪與軸之間配合松弛,導致了渦輪增壓器轉子的動平衡破壞,軸
2、承磨損加快甚至燒損。對于渦輪增壓器這種高速高溫精密旋轉機械,一旦出現(xiàn)故障,特別是轉子部件發(fā)生故障,將導致整個渦輪增壓器在極短的時間內損壞。為了使壓氣機葉輪在工作轉速下與轉子軸配合牢固又不致使因盈量過大而產生過高的裝配應力,這就要求對增壓器壓氣機整體配合部位的宏觀接觸應力狀態(tài)和渦輪增壓器轉子部分的動態(tài)特性進行研究,將有助于增壓器的設計和加工工藝的改進,從而提高增壓器的使用壽命和工作可靠性。 本論文采用了參變量變分原理及基于此原理的
3、有限元參數二次規(guī)劃法,按三維彈性和彈塑性接觸模型研究了增壓器壓氣機中葉輪、軸套和轉軸相互的力學行為,并將陀螺轉子系統(tǒng)導入哈密頓體系,用辛子空間迭代法對增壓器轉子動力學進行分析。本論文的研究方法與傳統(tǒng)的研究方法不同,從另外一個角度研究了增壓器非線性力學問題,為增壓器非線性力學的研究開辟了一條新路。 本論文的主要研究工作如下: 第一章簡單介紹了增壓器的發(fā)展現(xiàn)狀,對增壓器系統(tǒng)的建模和有限元數值模擬的研究進展等問題進行了詳細的論
4、述,并指出了增壓器非線性力學研究的重要性,詳細論述了接觸力學和轉子動力學的發(fā)展和現(xiàn)狀。在最后的部分概述了本論文的研究內容。 第二章論述了參變量變分原理及基于此原理的有限元參數二次規(guī)劃法對彈塑性接觸問題求解過程,闡述了子結構技術在結構分析方面的應用。 第三章根據增壓器壓氣機葉輪、軸套和軸的真實幾何尺寸,建立三維輪軸彈性和彈塑性接觸的有限元計算模型,并將有限元參數二次規(guī)劃法及子結構技術引入到壓氣機三體接觸問題的研究中,對增壓
5、器壓氣機葉輪、軸套和軸的接觸狀態(tài)、接觸應力和接觸位移進行了詳細的計算,并且在裝配狀態(tài)和工作狀態(tài)下對不同的轉速、過盈值、軸套壁厚和摩擦系數下的計算結果進行了詳細的討論分析和比較,得出了大量三體間接觸狀態(tài)和接觸應力隨這些參數變化而變化的規(guī)律,并為確定合理的接觸參數提供設計依據。 第四章介紹了渦輪增壓器葉輪超速預過載處理技術。應用有限元參數二次規(guī)劃法研究了超速預過載處理后壓氣機葉輪的殘余應力和殘余應變,以及超速轉速與壓氣機葉輪的最大殘
6、余應力和殘余變形量之間的關系;分析了超速處理后的的壓氣機在工作狀態(tài)下的葉輪、軸套與軸之間的接觸應力的大小及相應分布規(guī)律,以及壓氣機葉輪在工作狀態(tài)下的應力和位移情況。確定了壓氣機葉輪的最佳超速轉速,分析了超速預過載技術對壓氣機葉輪安全裕度的影響,表明了超速工藝在壓氣機葉輪制造中的必要性,也為壓氣機葉輪的設計和加工提供了可參考的依據。 第五章借鑒了對稱矩陣的子空間迭代法的思想,將辛子空間迭代法應用于增壓器系統(tǒng),研究其高速旋轉時轉子系
7、統(tǒng)剛度不正定問題的轉子動力學計算。本論文將有限元模型與辛子空間迭代法相結合,以某增壓器轉子為例,充分考慮渦輪增壓器的特殊性,建立了渦輪增壓器轉子的有限元模型,并在計算模型中綜合考慮了輪盤的陀螺力矩,轉動慣量、支承和軸套等因素,分別計算了增壓器轉子在不同支承剛度、支承的位置和軸徑大小下臨界轉速、振型的變化趨勢,詳盡的分析了這些關鍵參數對增壓器轉子動力學特性的影響,進一步完善了計算轉子臨界轉速的有限元程序。 第六章總結了本論文的主要
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