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船用低速柴油机曲轴强度计算研究
| 论文题名： | 船用低速柴油机曲轴强度计算研究 |
| 关键词： | 船用低速柴油机;曲轴强度;应力分布;有限元仿真 |
| 摘要： | 柴油机曲轴将活塞组的直线往复运动通过曲柄-连杆机构转化为旋转运动对外输出功率，是柴油机中最重要、承载最复杂、造价最昂贵的零部件之一。气体压力、惯性力、振动、腐蚀等相互作用使得曲轴工作条件十分恶劣。特别是现代发动机设计对功率密度提出更高要求，使得曲轴的工作条件愈发苛刻。实践证明，柴油机的可靠性和寿命在很大程度上取决于曲轴的强度和刚度。因此，采用合适的方法对设计阶段的曲轴进行准确的强度分析具有重要意义。 本文在广泛研究国内外相关文献的基础上，分析和比较了目前各种曲轴强度的分析方法。针对企业的产品开发需求和研究工作条件，确定了以有限元分析软件ANSYS为主，辅以三维造型软件Pro/Engineer开展研究工作。论文通过采用国际船级社协会推荐的船用柴油机曲轴强度计算规范对该曲轴轴颈圆角安全系数进行计算；严格按照该曲轴二维工程图纸利用Pro/Engineer对其进行三维实体建模；利用ANSYS分别进行有限元静态应力分析和曲轴一个工作循环的有限元瞬态应力分析和应力时间响应分析；分析研究了曲柄臂结构形状以及厚度、主轴颈圆角半径和曲柄销圆角形状对曲轴应力分布的影响；为准确分析曲柄-连杆机构受力，采用MATLAB编写程序依据气缸压力曲线进行了曲轴旋转一周的载荷计算。 由国际船级社协会推荐的船用柴油机曲轴强度计算规范计算的曲轴曲柄销圆角安全系数为1.8906、主轴颈圆角安全系数为1.3564；通过采用有限元法进行了静态应力分析和瞬态应力分析计算，得到了超长行程船用低速柴油机各缸发火时刻的应力分布图以及一个工作循环内曲轴各部位的应力变化情况，并根据计算结果求得该曲轴疲劳安全系数分别为2.3111和2.2004。三种方法计算结果均满足国际船级社协会推荐的船用柴油机曲轴强度计算规范的要求，即该曲轴有足够的强度和刚度。通过将上述三种分析方法计算结果加以比较分析可知，因简支梁法简化计算过程导致计算结果偏于保守，有限元法因所建模型与约束条件更符合实际，所以其计算结果与曲轴实际值应最为接近。本文探讨的计算方法可在设计阶段提供指导性数据，为曲轴的进一步优化设计提供理论依据，对船用柴油机结构和性能优化具有重要意义。 |
| 作者： | 杨晓丽 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 李晓波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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