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《计入轴瓦变形的曲轴轴承系统动力学摩擦学耦合分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、振动与冲击第27卷第10期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVol.27No.102008计入轴瓦变形的曲轴轴承系统动力学摩擦学耦合分析12何芝仙,桂长林(1.安徽工程科技学院机械系,芜湖241000;2.合肥工业大学机械与汽车学院,合肥)摘要:以一四缸柴油机曲轴-轴承系统为研究对象,建立了计入轴瓦弹性变形时弹性曲轴-轴承系统的动力学摩擦学耦合分析模型;采用ADAMS和Matlab联合仿真,在额定工况下进行了弹性曲轴动力学和主轴承摩擦学耦合分析;着重分析了计入轴瓦弹性变形时,主轴承摩擦学行为和曲轴动力学响应之间的相互影响。计算结果表明:计入轴瓦弹性变形,主轴承最小油膜厚
2、度大幅度下降,最大油膜压力大幅度上升或小幅度下降,曲轴轴承系统动力学特性及响应也发生变化。关键词:弹性曲轴2轴承系统,轴瓦弹性变形,变形矩阵,耦合中图分类号:TH11文献标识码:A曲轴2轴承系统是内燃机中最重要的核心子系统之轴2轴承系统为研究对象,从曲轴2轴承系统的角度出一,它主要由曲轴和轴承组成,其动力学计算还会涉及发,以动力学仿真软件ADAMS为工具,辅以手工编程连杆和活塞。多缸内燃机曲轴2轴承系统相当于多个曲相结合的方法,研究计入轴瓦弹性变形时弹性曲轴2轴柄连杆机构并联在一个曲轴上,因此多缸内燃机曲轴2承系统动力学摩擦学耦合问题。有关轴承摩擦学特轴承系统是多支承的超静定系统,支承曲
3、轴的主轴承性,得到了完全不同的有用结论。润滑油膜还具有非线性的变刚度和变阻尼特性。多缸1耦合分析理论基础内燃机在工作时各汽缸按照一定次序先后发火,且每缸气体爆发压力存在周期性剧烈变化,即曲轴2轴承系图1所示为本文研究的一四缸柴油机曲轴2轴承系统承受复杂的周期性冲击变载荷作用。因此,多缸内统。当考虑主轴承摩擦学耦合作用时,去掉主轴承的燃机曲轴2轴承系统是一个在复杂变载荷作用下具有结约束,用轴承反力Fbx、Fby代替,油膜反力通过求解计入构复杂,多支承变刚度变阻尼的超静定非线性系统,仿轴瓦表面弹性变形的雷诺方程获得。真计算十分复杂。由于问题的复杂性,长期以来曲轴2轴承系统动力学和摩擦学特性分
4、析都是在各自的学科领域分别单独进行。实际上,内燃机运行时,曲轴2轴承系统的摩擦学行为与动力学行为是同时发生,存在着不容忽视的强耦合作用。近年来,随着计算机技术的发展,各种专业软件的开发,为一些多学科行为的耦合研究提供了必要的前提。对于内燃机曲轴2轴承系统机械行为的研究,人们已从单一学科分析进展到多学科[1,2,3,4]耦合分析。已有的国内外耦合分析中,虽然视曲轴为弹性轴,但在轴承润滑分析中未计入轴瓦表面弹图1曲轴2轴承系统性变形。事实上,对于内燃机主轴承,其工作时最大油[7]膜压力高达100MPa以上,轴瓦表面弹性变形与最小111弹性轴的多柔体动力学方程油膜厚度处于同一量级,在进行轴承润
5、滑分析时就必根据拉格朗日动力学方程,用广义坐标表示的弹[7,8]须计入轴瓦表面变形。但有关计入轴瓦变形的滑动轴性曲轴的多柔体动力学控制方程为:T承润滑分析,大多单纯从轴承弹流润滑分析的角度出···ξ·19M·ξ·Mξ+M-ξ+Kξ+发,得到的结论是:计入轴瓦弹性变形轴承最大油膜压29ξT力下降和最小油膜厚度增加。本文以一四缸柴油机曲·9Ψfg+Dξ+λ=Q(1)9ξ···式中:ξ,ξ,ξ是弹性曲轴的广义坐标及其对时间的导基金项目:国家自然科学基金研究项目,项目编号:50175023·收稿日期:2008-01-15修改稿收到日期:2008-02-18数。M,M为弹性曲轴的质量矩阵及其对时间
6、的一阶偏第一作者何芝仙男,博士,副教授,1963年生导数。K是广义刚度矩阵,fg是广义重力,D为阻尼矩通讯作者桂长林男,教授,博士生导师,1936年生阵,Ψ为系统约束方程,λ为拉格朗日乘子,Q为广义力©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net140振动与冲击2008年第27卷ij矩阵。crs—作用在节点ij处的单位油膜压力使节点r,s112考虑轴瓦变形时滑动轴承润滑分析产生的径向变形量,即柔度系数,可以通过有限元分析[6]1.2.1Reynold
7、s方程和轴承反力软件ANSYS进行计算求得。某节点的柔度系数矩滑动轴承的结构如图阵如图3所示。2所示,其中,R为轴瓦的半径,O为其几何中心;r为轴颈的半径,O1为其几何中心。连心线OO1为轴承的偏心距e,φ为轴承的偏位角。对于层流、等温和牛顿型流体,图2所示的滑动轴承,其Reynolds方图2滑动轴承几何结构[10]程为:Reynolds方程:939p2939p图3某一节点的变形矩阵h+Rh=9θ9θ9Z9Z1.2.3膜厚方程2··
