大功率低速船用柴油機曲軸轉子—軸承系統(tǒng)動力學研究.pdf

1、大功率低速船用柴油機是船舶的心臟，曲軸是柴油機最主要的關鍵部件。柴油機性能不僅與曲軸轉子-軸承系統(tǒng)中的摩擦學行為與動力學行為有關，而且與它們之間的耦合作用密切相關。大功率低速半組合式船用柴油機曲軸轉子-軸承系統(tǒng)動力學研究將有助于建立多缸柴油機各設計參數(shù)之間更加準確的相互依賴關系，為進一步提高柴油機性能提供理論指導。具體內容有： (1)建立了圓瓦滑動軸承動靜態(tài)特性參數(shù)數(shù)據庫，把軸瓦的節(jié)點壓力值、軸心偏心距，作為獨立未知量，一次性求

2、得全部未知數(shù)：通過算例，闡述了數(shù)據庫的使用原理； (2)建立了大型低速船用柴油機曲軸轉子-滑動軸承系統(tǒng)的動力學模型，得到由于滑動軸承油膜剛度和阻尼隨載荷、轉速變化，滑動軸承支承的曲軸轉子系統(tǒng)的動力學特性，不同于剛性支承和滾動軸承支承的曲軸轉子系統(tǒng)；曲軸系統(tǒng)徑向不平衡質量不但能激起徑向振動，也會激起軸向振動；由于曲軸結構的各向異性，曲軸轉子-軸承系統(tǒng)的振動多以耦合振動的方式出現(xiàn)；雖然大型船用曲軸的幾何尺寸很大，但其剛度相對較小，因

3、而固有頻率很低，不適宜高速運轉，也不適宜高速加工； (3)利用有限元法求解主軸頸偏移量對曲軸臂距差的影響，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臂距差的影響，對同一型號的曲軸，只需求解一次即可建立臂距差和軸承偏移量的關系，相比較于傳統(tǒng)的經驗公式，更加方便快捷和精確； (4)為了控制曲軸動態(tài)加工誤差(曲軸軸頸、滑動軸承和動壓油膜三者相互作用引起的誤差)

4、，從加工誤差產生的根源出發(fā)，提出了一種刀具轉動的大型曲軸精加工新工藝： a)從加工方式上，改變“曲軸轉動刀具不動”為“曲軸不動刀具轉動”。 由于主軸頸的動態(tài)加工誤差主要是由曲拐偏心質量的離心力引起的，如果曲軸自身處于靜止狀態(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態(tài)加工誤差； b)降低曲軸轉速，以減小曲軸加工誤差： 由于曲拐偏心質量的離心力與曲軸轉動頻率的平方成正比，因此，降低轉速可以有

5、效地降低曲拐離心力，進而減小加工誤差； c)通過對每個曲拐加裝配重以減小曲軸加工誤差。對曲拐加裝配重可以減小曲拐質心的偏心距，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的基礎上，利用APDL工具開發(fā)出具有變參數(shù)自適應功能的專用軟件工具，基于UIDL工具開發(fā)出GuI的軟件界面，實際應用表明，利用ANSYS的前后處理器和求解技術，開發(fā)出專用曲軸有限元分析程序可以有效應用于曲軸精加工的工藝參數(shù)