基于有限元與多體動力學的曲軸系分析

1、碩士學位論文基于有限元與多體動力學的曲軸系分析C r a n k s h a f t S y s t e m A n a l y s i s B a s e d o n t h e F i n i t eE l e m e n t a n dM u l t i - - b o d y D y n a m i c s作者姓名： 樊小歡學科、專業(yè)： 動左扭越區(qū)王猩學 號： 2 1 3 1 0 0 3 4指導教師： 宋益鏖完成日期： 2 0

2、1 6 ．0 4 ．2 8大連理工大學D a l i a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y大連理工大學碩士學位論文摘 要曲軸內(nèi)燃機中最重要的部件之一，在內(nèi)燃機的工作中起著無可替代的作用。同時曲軸具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受力較大且為交變力、容易產(chǎn)生應(yīng)力集中等特點，導致了曲軸在工作時發(fā)生復(fù)雜的變形，產(chǎn)生嚴重的振動。所以曲軸的強度與振動分析也成為了內(nèi)燃機研發(fā)中的一項重點課題。本文主要運用有限元與多

3、體動力學相結(jié)合的方法對某1 2 缸V 型中速柴油機進行曲軸系分析。首先根據(jù)需要建立了相關(guān)的計算模型。運用H y p e r m e s h 軟件進行六面體網(wǎng)格的劃分，并對曲柄銷、主軸頸與曲柄臂的過渡圓角處進行網(wǎng)格細分。根據(jù)該機型的工作原理以及各零件之間的連接關(guān)系，在A V L E X C I T E 中建立軸系的多體動力學模型。然后對該曲軸系進行了多體動力學分析。通過主軸頸受力分析，得到了各主軸頸的受力情況。通過各主軸頸的軸心軌跡分析，

4、得到了軸心偏移較大值以及對應(yīng)的圓周角坐標。對該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速波動進行計算，得到不均勻度萬= O ．0 0 2 4 ，滿足設(shè)計要求。接著對該曲軸系進行了扭振計算與分析。采用編寫的M A T L A B 程序計算得到自由振動的自振頻率與振型。利用多體動力學模型對該軸系進行強制扭轉(zhuǎn)振動分析，得到該曲軸自由端在額定工況以及其它中間工況的扭轉(zhuǎn)角位移與各諧次扭轉(zhuǎn)角振幅。通過觀察對比得知額定工況下的主諧次1 諧次的扭轉(zhuǎn)角振幅最大，單階峰．峰值為0 ．2

5、4 4 。C A ，可知該曲軸軸系扭振情況滿足工程要求。最后進行曲軸的疲勞強度計算與優(yōu)化。通過應(yīng)力恢復(fù)找出該曲軸最大應(yīng)力點位于第六連桿軸頸與最末端曲柄臂的過渡圓角處。應(yīng)用曲軸疲勞強度校核公式對該點進行強度校核，得到綜合安全系數(shù)為1 ．6 4 。根據(jù)該機型結(jié)構(gòu)提出了將止推軸承位置由原來的第六主軸頸處改為末端第七主軸頸處的優(yōu)化方案，再次查找應(yīng)力最大點并對其進行疲勞強度校核，得到該點的綜合安全系數(shù)為1 ．8 4 ，相比原來應(yīng)力最大點的安全系數(shù)