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含正时齿轮的船用柴油机轴系动力学及故障分析研究
| 论文题名： | 含正时齿轮的船用柴油机轴系动力学及故障分析研究 |
| 关键词： | 船用柴油机;正时齿轮;弹性联轴器;故障诊断 |
| 摘要： | 论文以柴油机推进装置中的主柴油机正时齿轮多次使用3-8个月就发生断裂，弹性联轴器撕裂故障为背景，按照现有理论和规范，两类故障是分别分析和处理的，本文拟探索两类故障的关联性，并试图从全系统的角度揭示两类故障的内在耦合关系，进而给出能够根治的措施建议。 首先采用扫描电子显微镜和光学显微镜对正时齿轮处的典型断口进行了齿尖、齿根附近的组织观察，采用维氏硬度计进行了齿轮表面硬度测量，最后使用万能实验机进行了压缩力学性能测试，得到了疲劳是齿轮失效的主要原因。 论文发现采用弹性联轴器设计的扭转刚度计算得到固有频率与测试值偏差较大，提出了基于固有频率修正的联轴器扭转刚度在线识别方法，并得到验证，这一方法提高了论文模型的准确度。 与现有船规要求不同，论文建立含凸轮轴系的柴油机推进系统扭振模型，将正时齿轮与弹性联轴器在扭振中进行了耦合。研究发现系统低阶频率对弹性联轴器扭转刚度敏感，系统高阶固有频率对正时齿轮的连接扭转刚度敏感。在柴油机各缸做功均匀条件下，弹性联轴器扭转刚度对其本身的附加扭矩影响大，可能是弹性联轴器撕裂的原因之一；正时齿轮的附加扭矩对正时齿轮连接扭转刚度敏感，并在部分谐次受弹性联轴器扭转刚度影响。 论文还讨论了做功不均、单缸熄火、扭振减振器失效条件下的弹性联轴器和正时齿轮附加扭矩的变化，发现这些常见的非正常运行条件对故障点的附加扭矩影响较大，提出了应当确保轴系处于正常状态下运行的建议。 论文最后讨论了柴油机控制参数对轴系稳定性及故障点附加扭矩的影响，发现弹性联轴器的刚度对主机工作的稳定性影响较大，如果联轴器刚度与控制参数不匹配会造成主机运行不稳定、正时齿轮处的附加扭矩波动较大。论文给出了常开工况下优化的柴油机控制参数，并调整了弹性联轴器扭转刚度，经过18个月的运行考核，正时齿轮和弹性联轴器运行平稳可靠。 论文通过扭振发现了弹性联轴器与正时齿轮的内在联系，得到了多个工况参数及柴油机控制参数对轴系故障点附加扭矩的影响规律，为柴油机故障诊断与治理提供了新的分析方法。 |
| 作者： | 柴卓野 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 李玩幽 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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