基于有限元與多體動(dòng)力學(xué)的曲軸系分析

1、碩士學(xué)位論文基于有限元與多體動(dòng)力學(xué)的曲軸系分析C r a n k s h a f t S y s t e m A n a l y s i s B a s e d o n t h e F i n i t eE l e m e n t a n dM u l t i - - b o d y D y n a m i c s作者姓名： 樊小歡學(xué)科、專業(yè)： 動(dòng)左扭越區(qū)王猩學(xué) 號(hào)： 2 1 3 1 0 0 3 4指導(dǎo)教師： 宋益鏖完成日期： 2 0

2、1 6 ．0 4 ．2 8大連理工大學(xué)D a l i a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要曲軸內(nèi)燃機(jī)中最重要的部件之一，在內(nèi)燃機(jī)的工作中起著無(wú)可替代的作用。同時(shí)曲軸具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受力較大且為交變力、容易產(chǎn)生應(yīng)力集中等特點(diǎn)，導(dǎo)致了曲軸在工作時(shí)發(fā)生復(fù)雜的變形，產(chǎn)生嚴(yán)重的振動(dòng)。所以曲軸的強(qiáng)度與振動(dòng)分析也成為了內(nèi)燃機(jī)研發(fā)中的一項(xiàng)重點(diǎn)課題。本文主要運(yùn)用有限元與多

3、體動(dòng)力學(xué)相結(jié)合的方法對(duì)某1 2 缸V 型中速柴油機(jī)進(jìn)行曲軸系分析。首先根據(jù)需要建立了相關(guān)的計(jì)算模型。運(yùn)用H y p e r m e s h 軟件進(jìn)行六面體網(wǎng)格的劃分，并對(duì)曲柄銷、主軸頸與曲柄臂的過(guò)渡圓角處進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)分。根據(jù)該機(jī)型的工作原理以及各零件之間的連接關(guān)系，在A V L E X C I T E 中建立軸系的多體動(dòng)力學(xué)模型。然后對(duì)該曲軸系進(jìn)行了多體動(dòng)力學(xué)分析。通過(guò)主軸頸受力分析，得到了各主軸頸的受力情況。通過(guò)各主軸頸的軸心軌跡分析，

4、得到了軸心偏移較大值以及對(duì)應(yīng)的圓周角坐標(biāo)。對(duì)該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速波動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，得到不均勻度萬(wàn)= O ．0 0 2 4 ，滿足設(shè)計(jì)要求。接著對(duì)該曲軸系進(jìn)行了扭振計(jì)算與分析。采用編寫的M A T L A B 程序計(jì)算得到自由振動(dòng)的自振頻率與振型。利用多體動(dòng)力學(xué)模型對(duì)該軸系進(jìn)行強(qiáng)制扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析，得到該曲軸自由端在額定工況以及其它中間工況的扭轉(zhuǎn)角位移與各諧次扭轉(zhuǎn)角振幅。通過(guò)觀察對(duì)比得知額定工況下的主諧次1 諧次的扭轉(zhuǎn)角振幅最大，單階峰．峰值為0 ．2

5、4 4 。C A ，可知該曲軸軸系扭振情況滿足工程要求。最后進(jìn)行曲軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算與優(yōu)化。通過(guò)應(yīng)力恢復(fù)找出該曲軸最大應(yīng)力點(diǎn)位于第六連桿軸頸與最末端曲柄臂的過(guò)渡圓角處。應(yīng)用曲軸疲勞強(qiáng)度校核公式對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)度校核，得到綜合安全系數(shù)為1 ．6 4 。根據(jù)該機(jī)型結(jié)構(gòu)提出了將止推軸承位置由原來(lái)的第六主軸頸處改為末端第七主軸頸處的優(yōu)化方案，再次查找應(yīng)力最大點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核，得到該點(diǎn)的綜合安全系數(shù)為1 ．8 4 ，相比原來(lái)應(yīng)力最大點(diǎn)的安全系數(shù)