发动机曲轴轴承系统弹性流体润滑分析及曲轴强度研究

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1、中北大学学位论文发动机曲轴轴承系统弹性流体润滑分析及曲轴强度研究摘要曲轴是发动机中最重要的零部件之一，承受着连杆传递过来的周期变化的气缸爆发压力与活塞组惯性力以及曲轴的旋转惯性力，其在工作中的润滑状况、振动特性及强度直接关乎到整个发动机的寿命、经济性及可靠性。特别是随着发动机动力性能、经济性能及可靠性要求的不断提高，对曲轴的润滑、振动以及强度提出了更高的要求，对曲轴进行多学科、全方位的弹性流体动力学，多体动力学，动、静强度，疲劳寿命等方面的综合研究迫在眉睫。本文以某四缸发动机为研究对象，基于非线性多体动力学理论与有限元理论，建立了整个曲轴轴系非线性多

2、体动力学系统，对曲轴主轴承弹性流体动力润滑进行了深入研究，并在此基础上，对曲轴的动态特性和模态动应力恢复技术进行了研究。最后完成了曲轴的静强度分析与疲劳强度分析，为后续的优化分析奠定了基础。具体工作如下：1、在建立曲轴轴系基本零件的三维实体模型的基础上，结合非线性多体动力学的要求，对网格划分技术进行了深入研究，利用网格划分软件Hypermesh采用手动和自适应联合划分的方式对曲轴轴系系统进行了基于六面体的网格划分。2、通过对有限元自由度缩减理论和技术的深入研究，设定曲轴、轴承主自由度节点，并利用通用有限元软件ABAQUS进行结构缩减，建立了曲轴轴承系

3、统的缩减模型。3、利用上述有限元模型、缩减模型，基于有限元方法、非线性多体动力学方法及有限差分法，并以真实油膜表征主轴颈与主轴承之间的非线性动力学耦合效应，考虑轴瓦轴颈表面的形貌效应、弹性变形效应、轴颈不对中、供油状况以及空穴效应等因素，同时加入气体爆发压力、输出端反扭矩等基本载荷位移边界条件，对上述模型进行计入油膜润滑的非线性多体动力学仿真分析。4、以曲轴主自由度节点位移为边界条件，进行曲轴动态应力恢复。通过对有限元中北大学学位论文准静态应力恢复方法与模态动应力恢复方法的的比较研究，选择以模态动应力恢复方法进行动态应力恢复，并提取了第二循环内的曲轴

4、应力场谱。通过分析各气缸爆发时刻的最大应力，对曲轴进行了静强度研究。5、以多体动力学分析得到的应力张量谱数据，在fe-safe中，基于疲劳线性积累理论，采用无限寿命设计方法，Goodman平均应力修正，Brown-Miller关键平面算法，考虑表面加工和表面处理的影响，计算曲轴疲劳强度。关键词：曲轴轴承系统，弹性流体润滑，结构缩减，多体动力学，疲劳强度中北大学学位论文ElastohydrodynamicLubricationAnalysisoftheEngineCrankshaftBearingSystemandStrengthResearchoft

5、heCrankshaftAbstractThecrankshaftisoneofthemostimportantpartsinanengine,whichbearsperiodiccylinderexplosionpressure,pistonassemblyinertiaforceanditsrotatinginertiaforcepassedfromtheconnectingrod.Thelubricationstatus,vibrationcharacteristicsandstrengthaffectdirectlythelifetime,e

6、conomyandreliablityofthewholeengine.Especiallyasthedemandstotheenginepowerperformance,economicalperformanceandreliabilityimprovecontinually,higherrequirementsareputforwardtothelubrication,vibrationandstrengthofthecrankshaft.Topreceedmultidisciplinary,all-aroundelastohydrodynami

7、cs,multi-bodydynamics,dynamicandstaticstrength,fatiguelifetimeetcaspectsintegratedresearchofthecrankshaftisextremelyurgent.Thispapertookafourcylinderengineastheresearchobject,establishedthenonlineardynamicsystemofthewholecrankmechanismbasedonthenonlinearmultibodydynamictheoryan

8、dthefiniteelementtheory,thenproceededtheelastohydrodyn