柴油機曲軸系統(tǒng)動態(tài)特性與沖擊響應(yīng)研究.pdf

1、曲軸的強度設(shè)計是柴油機設(shè)計中的一個重要部分。由于曲軸振動會在很大程度上影響曲軸的強度，所以曲軸的強度設(shè)計需要考慮振動的影響。曲軸振動主要有扭轉(zhuǎn)振動、彎曲振動、縱向振動，曲軸的振動在一定程度上放大了曲軸應(yīng)力，進一步威脅著柴油機正常運行。特別地，當激勵頻率與曲軸固有頻率相等或接近時即發(fā)生共振，對曲軸可靠性構(gòu)成很大的威脅。對于艦船柴油機，其曲軸長，其扭轉(zhuǎn)共振頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速往往在柴油機工作轉(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，惡化進排氣定時效果，重則使曲軸扭斷造成事故損失。特別地，當艦船柴油機曲軸系統(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，所以有必要進行曲軸系統(tǒng)沖擊下動態(tài)響應(yīng)分析。 本文建立了仿真計算模型，在此基礎(chǔ)上進行了正常工況和沖擊工況下的柴油機軸系動力學(xué)分析和曲軸振動強度分析。具體包括如下內(nèi)容： 首先，根據(jù)不同的簡化程度建立了某16V240柴油機軸系幾種有限元模型并進行

3、了有限元模態(tài)分析，并將這幾種計算結(jié)果進行了對比分析；建立了軸系扭振計算的軸盤模型及簡化模型，在此基礎(chǔ)上分別運用了Holzer表格法和能量法進行了軸系的自由振動計算和強迫振動計算，將其結(jié)果與模態(tài)分析結(jié)果及振動測試結(jié)果進行了對比。 其次，根據(jù)下文多體動力學(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力學(xué)分析模型，進行了柴油機額定轉(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)的多體動力學(xué)分析；

4、根據(jù)曲軸動應(yīng)力計算的需要，建立了用于曲軸應(yīng)力恢復(fù)計算的單拐．梁精細模型，并進行了曲軸瞬態(tài)動應(yīng)力計算及疲勞強度分析。 最后，對非接觸水下爆炸沖擊波進行理想化建模，根據(jù)典型沖擊形式將實際沖擊抽象為如下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力學(xué)模型上，進行非接觸水下爆炸沖擊作用下的軸系動力學(xué)分析、曲軸瞬態(tài)動應(yīng)力計算和屈服強度校核，另外，將沖擊計算結(jié)果與正常工況結(jié)