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曲轴转子-滑动轴承系统有限元模型的研究
| 论文题名： | 曲轴转子-滑动轴承系统有限元模型的研究 |
| 关键词： | 曲轴结构;滑动轴承;模态分析;不平衡响应;曲臂差;有限元模型;船用柴油机 |
| 摘要： | 本论文建立了曲轴转子一滑动轴承系统有限元模型，利用该模型对曲轴转子一滑动轴承系统的固有特性、不平衡质量响应、曲臂差和轴承偏移量的关系等问题进行了研究，并对ANSYS进行了二次开发，开发了一套大型船用柴油机曲轴动力学分析软件。 曲轴是船用柴油机中的关键零件，采用动压滑动轴承支承。滑动轴承支承的曲轴转子不同于滚动轴承支承的曲轴转子。本文运用有限元的分析方法，利用ANSYS软件建立曲轴的有限元模型。考虑到不同支承情况下的曲轴系统的固有特性有很大的不同，研究基于滑动轴承动压油膜的八个刚度和阻尼系数，采用Matrix27单元对滑动轴承进行模拟，达到了理想的效果。滑动轴承的动静态特性系数使用Newton-Raphson数值方法求解，并根据曲轴使用和加工的要求，建立了圆瓦滑动轴承动静态特性参数数值解的数据库以供分析计算调用。 利用该模型，研究了曲轴转子-滑动轴承系统的固有特性和不平衡响应。结论如下：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；船用柴油机4-6S60MC-C(8030)曲轴的工作转速为105r/min，远离系统的固有频率，对应的各个方向的振幅很小，所以，其设计是合理的。 利用有限元模型，研究改进了传统的利用测量曲臂差调整曲轴中心轴线的方法。该方法利用ANSYS软件对单个曲拐进行静力分析从而建立主轴颈偏移量和曲臂差之间关系的数据库，通过对该数据库插值即能得到主轴承的调整量，从而具有更好的精度。 文章的最后，根据实际使用的需要，利用APDL和UIDL开发出基于ANSYS的动力学分析软件。该软件具有菜单式操作界面、参数化数据输入方式、人机对话功能。曲轴结构按照曲柄、轴颈、联轴器、推理盘等单元划分，曲轴结构参数采用图表结合的方式输入后，由软件自动生成曲轴总体结构；并且能够对曲轴系统进行不同支承下的模态分析和不平衡响应计算。 |
| 作者： | 李磊 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 张锁怀 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 陕西科技大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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