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原文传递大功率低速船用柴油机曲轴转子—轴承系统动力学研究

论文题名：	大功率低速船用柴油机曲轴转子—轴承系统动力学研究
关键词：	船用柴油机;曲轴转子;轴承系统;柴油机性能;动力学模型;有限元法
摘要：	大功率低速船用柴油机是船舶的心脏，曲轴是柴油机最主要的关键部件。柴油机性能不仅与曲轴转子-轴承系统中的摩擦学行为与动力学行为有关，而且与它们之间的耦合作用密切相关。大功率低速半组合式船用柴油机曲轴转子-轴承系统动力学研究将有助于建立多缸柴油机各设计参数之间更加准确的相互依赖关系，为进一步提高柴油机性能提供理论指导。具体内容有： (1)建立了圆瓦滑动轴承动静态特性参数数据库，把轴瓦的节点压力值、轴心偏心距，作为独立未知量，一次性求得全部未知数：通过算例，阐述了数据库的使用原理； (2)建立了大型低速船用柴油机曲轴转子-滑动轴承系统的动力学模型，得到由于滑动轴承油膜刚度和阻尼随载荷、转速变化，滑动轴承支承的曲轴转子系统的动力学特性，不同于刚性支承和滚动轴承支承的曲轴转子系统；曲轴系统径向不平衡质量不但能激起径向振动，也会激起轴向振动；由于曲轴结构的各向异性，曲轴转子-轴承系统的振动多以耦合振动的方式出现；虽然大型船用曲轴的几何尺寸很大，但其刚度相对较小，因而固有频率很低，不适宜高速运转，也不适宜高速加工； (3)利用有限元法求解主轴颈偏移量对曲轴臂距差的影响，得到臂距差和轴承偏移量近似的线性解析表达式。该方法考虑到了曲轴主轴颈、曲臂和连杆轴颈的变形，并且考虑到了重力对臂距差的影响，对同一型号的曲轴，只需求解一次即可建立臂距差和轴承偏移量的关系，相比较于传统的经验公式，更加方便快捷和精确； (4)为了控制曲轴动态加工误差(曲轴轴颈、滑动轴承和动压油膜三者相互作用引起的误差)，从加工误差产生的根源出发，提出了一种刀具转动的大型曲轴精加工新工艺： a)从加工方式上，改变“曲轴转动刀具不动”为“曲轴不动刀具转动”。由于主轴颈的动态加工误差主要是由曲拐偏心质量的离心力引起的，如果曲轴自身处于静止状态，则这种离心力从根本上得以消除，从而可以在很大程度上减小动态加工误差； b)降低曲轴转速，以减小曲轴加工误差：由于曲拐偏心质量的离心力与曲轴转动频率的平方成正比，因此，降低转速可以有效地降低曲拐离心力，进而减小加工误差； c)通过对每个曲拐加装配重以减小曲轴加工误差。对曲拐加装配重可以减小曲拐质心的偏心距，从而减小曲轴加工误差； (5)在ANSYS软件二次开发工具APDL和UIDL的基础上，利用APDL工具开发出具有变参数自适应功能的专用软件工具，基于UIDL工具开发出GuI的软件界面，实际应用表明，利用ANSYS的前后处理器和求解技术，开发出专用曲轴有限元分析程序可以有效应用于曲轴精加工的工艺参数优化； (6)通过自行设计的曲轴转子-轴承系统实验台，用于研究系统的时间响应、频率响应、轴心轨迹，检测气缸内的压力变化规律，控制曲轴的转速和气缸内的压力等动力学特性。试验结果表明：该试验台能够反映大型船用柴油机曲轴转子-轴承系统的动力学特性。
作者：	张青雷
专业：	机械制造及自动化
导师：	范秀敏
授予学位：	博士后
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文