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发动机曲轴减重优化设计与可靠性分析
| 论文题名： | 发动机曲轴减重优化设计与可靠性分析 |
| 关键词： | 发动机曲轴;减重优化;刚柔耦合;疲劳寿命;可靠性分析 |
| 摘要： | 汽车结构的轻量化设计对节约汽车能耗和保护环境具有极其重要的意义，而内燃机结构的轻量化设计是研发人员不懈努力的方向，尤其是运动构件的减重优化设计对改善内燃机振动性能及降低内燃机的油耗具有重要意义。在内燃机结构的优化设计中，曲轴的减重优化设计是其他构件进行轻量化设计的基础。曲轴被称作为内燃机的脊梁骨，承受着循环变化的冲击载荷并向外输出动力，其结构尺寸决定着内燃机自身的结构尺寸和质量，同时曲轴的强度也影响着内燃机的整机性能和使用寿命。因此，对曲轴进行轻量化设计的同时还要求曲轴具有良好的润滑特性、动静态特性以及足够的疲劳强度。 本文以某机型发动机曲轴为设计基础，通过降低曲轴平衡率的方式确定了曲轴的减重优化方案；然后对优化方案曲轴和原方案曲轴进行轴承的润滑特性对比分析，并对优化方案曲轴进行结构静力分析，根据计算结果进一步对优化方案曲轴进行结构改进；最后对改进后的曲轴装配模型进行了刚柔耦合多体动力学仿真和疲劳寿命分析，验证了优化方案曲轴的可靠性。论文主要研究工作如下： ①基于平衡率计算原理，利用PROE软件建立不同平衡率的曲轴方案，应用AVL EXCITE多体动力学软件对不同平衡重曲轴方案进行一维轴系动力学仿真计算。分析不同平衡率对轴承负荷及固有频率的影响，根据分析结果确定最终减重优化方案并对其进行初步的平衡性校核。 ②基于流体动力润滑理论，应用Excite Designer软件对第二章中所设计的优化方案曲轴和原方案曲轴建立仿真计算模型，对比分析它们在不同工况下轴承的润滑特性，验证优化方案曲轴在曲轴平衡率降低后仍然满足润滑性能要求。 ③根据动力学计算公式，得出曲轴运动过程中的受力情况，利用 ANSYS workbench对优化方案进行结构静力分析，计算曲轴最大受力下的应力和位移，根据静力分析结果对优化方案进行进一步的结构改进，提高曲轴静强度。 ④利用Recurdyn建立曲柄连杆机构的刚柔耦合多体动力学仿真模型，仿真获得优化方案曲轴在运动过程中的动力学特性和应力、应变信息，然后利用仿真结果对曲轴进行疲劳寿命分析，得到曲轴疲劳寿命云图，验证减重优化方案的可靠性。 |
| 作者： | 赵军 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 石万凯;张小涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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