柴油机曲轴易损部位分布规律的研究.pdf

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1、第30卷第3期2017年6月中国修船CHINASHIPREPAIRV01．30No．3Jun．2017柴油机曲轴易损部位分布规律的研究王攀华，姜韧，陈勇(91630部队，广东广州510000)摘要：文章以某型柴油机曲轴为例进行分析，首先对柴油机工作过程进行估算，然后运用有限元分析法，得出柴油机曲轴在4个冲程工作过程中的受力情况和曲轴动力数据，进而研究柴油机曲轴发生裂纹或者断裂失效的位置分布规律，用以指导曲轴设计者对关键部位、油孔位置、倒角要求等方面进行优化，指导柴油机维修人员对曲轴的关键部位进行重点维修保养。关键词：柴油机；曲轴；有限元法中图分类号：U672doi：10．13352／j．is

2、sn．1001—8328．2017．03．010Abstract：7rakingamilitarydieselen舀necraIlkshaftasexample，thedistribution11lleforc砌ksh出考fhctureisresearchedbygettingtheforceconditionintheworkingcourseofthefourstrokesandcaralIlksh撕台dynamicd砒awithestima上ion肌dfiniteelementanalysis，withwhichthekeyposition，oil—porelocationandang

3、legrindingareoptimizedandthekeypansaremaintained．KeywOrds：dieselengine；crankshaft；finiteelementanalysis1柴油机工作过程的模拟计算舰艇柴油机的曲轴受到的力十分复杂，一般包括：汽缸里柴油燃烧后，由于气体膨胀作用在活塞上的力F。；活塞及连杆在做直线运动和转动时，生成的往复惯性力F，和旋转惯性力F，。转速恒定，则旋转惯性力大小不变，方向一直沿曲柄半径向外，可忽略。曲轴所受合力¨。21为F。与Fi之和。F，为柴油机活塞上、下面的压力差(即燃烧室与曲轴箱之间的压力差)，与活塞面积的乘积¨1，即一n2F

4、g=半(P。一P0)，(1)一式中：D为柴油机汽缸直径；P0为柴油机曲轴箱内气体的绝对压力，一般取0．1MPa；P。为汽缸内混合气体的绝对压力，为待求项，在下文中由工作过程估算求得的示功图获得。在曲柄连杆机构中，作用在曲轴上的往复惯性力E与活塞连杆机构中参与往复运动的等效质量相关，且和机构的加速度相关，方向相反M1。‘=一，nj口=一mj尺∞2(cosa+Acos2a)，(2)式中：m；为活塞连杆机构参与往复运动的等效质量；R为曲柄半径(等于活塞行程的一半)；o为活塞的加速度；∞为曲柄旋转角速度；A为曲柄半径与连杆长度的比值；d为曲柄转角。运用热力学的相关经验公式，曲轴每转动15。取一个工况

5、点，分别计算出48个工况点的汽缸内的气体压力，将计算结果导入至MATLAB软件，稍微修正后得出柴油机示功图，如图1。最后得到这48个工况点的活塞连杆组件所作用在曲轴上的合力的大小。2有限元仿真2．1三维模型用Pro／E软件画出瞳轴的三维模型图，考虑到研究目的、计算量及精度，在建立模型时，对一些非关键的部位进行了一些简化处理。作者简介：王攀华(1978．)，男，江西乐平人，工程师，大学本科，主要从事舰船维修管理工作。·28·2017年第3期王攀华，等：柴油机曲轴易损部位分布规律的研究第30卷U6U12U1802403()03604204805406()0660720曲轴转角“。图1柴油机示功图

6、2．2网格划分网格划分时，第一步使用较大尺寸的网格对曲轴整体进行网格划分，第二步对关键部位和本文重点研究的部位(应力集中位置及各圆角处)的网格进行优化处理，得到较细的网格。该曲轴网格模型一共有637152个节点和425081个单元。2．3载荷处理要得到柴油机曲轴在4个冲程的周期中的受力变形情况，得到较准确的静强度数据。从柴油机第1个汽缸进气冲程开始时，每隔15。选取1个工况进行计算，总共计算了柴油机在1个周期中总共48个工况的曲轴受力变形情况。该柴油机为并列式连杆，从输出端开始数，左侧先后为B1～B8缸，右侧为A1～A8缸，柴油机点火顺序：A1一B1一A5一B5一A2一B2一A3一B3一A8

7、一B8一A4一B4一A7一B7一A6一B6一A1。1)连杆作用力。施加方法：曲轴连杆机构对曲轴的作用力，沿连杆轴线的方向，按照二次抛物线的方式沿轴颈圆周方向120。的范围内，依据余弦规律施加在曲轴轴颈上。2)输出端的反作用转矩。柴油机由飞轮对外做功，所以会有～个反作用力的转矩r：丁=9550卫，其中：p为发动机额定功率；n为发动机额定，6转速。施加方法：反作用转矩与输出转矩大小相等，方向相反，用切向压力的方式