大功率低速船用柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、大功率低速船用柴油機(jī)是船舶的心臟，曲軸是柴油機(jī)最主要的關(guān)鍵部件。柴油機(jī)性能不僅與曲軸轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)中的摩擦學(xué)行為與動(dòng)力學(xué)行為有關(guān)，而且與它們之間的耦合作用密切相關(guān)。大功率低速半組合式船用柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究將有助于建立多缸柴油機(jī)各設(shè)計(jì)參數(shù)之間更加準(zhǔn)確的相互依賴關(guān)系，為進(jìn)一步提高柴油機(jī)性能提供理論指導(dǎo)。具體內(nèi)容有： (1)建立了圓瓦滑動(dòng)軸承動(dòng)靜態(tài)特性參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，把軸瓦的節(jié)點(diǎn)壓力值、軸心偏心距，作為獨(dú)立未知量，一次性求

2、得全部未知數(shù)：通過(guò)算例，闡述了數(shù)據(jù)庫(kù)的使用原理； (2)建立了大型低速船用柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)子-滑動(dòng)軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，得到由于滑動(dòng)軸承油膜剛度和阻尼隨載荷、轉(zhuǎn)速變化，滑動(dòng)軸承支承的曲軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，不同于剛性支承和滾動(dòng)軸承支承的曲軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；曲軸系統(tǒng)徑向不平衡質(zhì)量不但能激起徑向振動(dòng)，也會(huì)激起軸向振動(dòng)；由于曲軸結(jié)構(gòu)的各向異性，曲軸轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的振動(dòng)多以耦合振動(dòng)的方式出現(xiàn)；雖然大型船用曲軸的幾何尺寸很大，但其剛度相對(duì)較小，因

3、而固有頻率很低，不適宜高速運(yùn)轉(zhuǎn)，也不適宜高速加工； (3)利用有限元法求解主軸頸偏移量對(duì)曲軸臂距差的影響，得到臂距差和軸承偏移量近似的線性解析表達(dá)式。該方法考慮到了曲軸主軸頸、曲臂和連桿軸頸的變形，并且考慮到了重力對(duì)臂距差的影響，對(duì)同一型號(hào)的曲軸，只需求解一次即可建立臂距差和軸承偏移量的關(guān)系，相比較于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式，更加方便快捷和精確； (4)為了控制曲軸動(dòng)態(tài)加工誤差(曲軸軸頸、滑動(dòng)軸承和動(dòng)壓油膜三者相互作用引起的誤差)

4、，從加工誤差產(chǎn)生的根源出發(fā)，提出了一種刀具轉(zhuǎn)動(dòng)的大型曲軸精加工新工藝： a)從加工方式上，改變“曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)刀具不動(dòng)”為“曲軸不動(dòng)刀具轉(zhuǎn)動(dòng)”。 由于主軸頸的動(dòng)態(tài)加工誤差主要是由曲拐偏心質(zhì)量的離心力引起的，如果曲軸自身處于靜止?fàn)顟B(tài)，則這種離心力從根本上得以消除，從而可以在很大程度上減小動(dòng)態(tài)加工誤差； b)降低曲軸轉(zhuǎn)速，以減小曲軸加工誤差： 由于曲拐偏心質(zhì)量的離心力與曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的平方成正比，因此，降低轉(zhuǎn)速可以有

5、效地降低曲拐離心力，進(jìn)而減小加工誤差； c)通過(guò)對(duì)每個(gè)曲拐加裝配重以減小曲軸加工誤差。對(duì)曲拐加裝配重可以減小曲拐質(zhì)心的偏心距，從而減小曲軸加工誤差； (5)在ANSYS軟件二次開發(fā)工具APDL和UIDL的基礎(chǔ)上，利用APDL工具開發(fā)出具有變參數(shù)自適應(yīng)功能的專用軟件工具，基于UIDL工具開發(fā)出GuI的軟件界面，實(shí)際應(yīng)用表明，利用ANSYS的前后處理器和求解技術(shù)，開發(fā)出專用曲軸有限元分析程序可以有效應(yīng)用于曲軸精加工的工藝參數(shù)