船用低速柴油機(jī)曲軸強(qiáng)度計(jì)算研究.pdf

1、柴油機(jī)曲軸將活塞組的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)曲柄-連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)外輸出功率，是柴油機(jī)中最重要、承載最復(fù)雜、造價(jià)最昂貴的零部件之一。氣體壓力、慣性力、振動(dòng)、腐蝕等相互作用使得曲軸工作條件十分惡劣。特別是現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)對(duì)功率密度提出更高要求，使得曲軸的工作條件愈發(fā)苛刻。實(shí)踐證明，柴油機(jī)的可靠性和壽命在很大程度上取決于曲軸的強(qiáng)度和剛度。因此，采用合適的方法對(duì)設(shè)計(jì)階段的曲軸進(jìn)行準(zhǔn)確的強(qiáng)度分析具有重要意義。
　　本文在廣泛研究國(guó)內(nèi)外相關(guān)文

2、獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析和比較了目前各種曲軸強(qiáng)度的分析方法。針對(duì)企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)需求和研究工作條件，確定了以有限元分析軟件ANSYS為主，輔以三維造型軟件Pro/Engineer開展研究工作。論文通過(guò)采用國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)推薦的船用柴油機(jī)曲軸強(qiáng)度計(jì)算規(guī)范對(duì)該曲軸軸頸圓角安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算；嚴(yán)格按照該曲軸二維工程圖紙利用Pro/Engineer對(duì)其進(jìn)行三維實(shí)體建模；利用ANSYS分別進(jìn)行有限元靜態(tài)應(yīng)力分析和曲軸一個(gè)工作循環(huán)的有限元瞬態(tài)應(yīng)力分析和應(yīng)力時(shí)間響

3、應(yīng)分析；分析研究了曲柄臂結(jié)構(gòu)形狀以及厚度、主軸頸圓角半徑和曲柄銷圓角形狀對(duì)曲軸應(yīng)力分布的影響；為準(zhǔn)確分析曲柄-連桿機(jī)構(gòu)受力，采用MATLAB編寫程序依據(jù)氣缸壓力曲線進(jìn)行了曲軸旋轉(zhuǎn)一周的載荷計(jì)算。
　　由國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)推薦的船用柴油機(jī)曲軸強(qiáng)度計(jì)算規(guī)范計(jì)算的曲軸曲柄銷圓角安全系數(shù)為1.8906、主軸頸圓角安全系數(shù)為1.3564；通過(guò)采用有限元法進(jìn)行了靜態(tài)應(yīng)力分析和瞬態(tài)應(yīng)力分析計(jì)算，得到了超長(zhǎng)行程船用低速柴油機(jī)各缸發(fā)火時(shí)刻的應(yīng)力分布圖以

4、及一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)曲軸各部位的應(yīng)力變化情況，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果求得該曲軸疲勞安全系數(shù)分別為2.3111和2.2004。三種方法計(jì)算結(jié)果均滿足國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)推薦的船用柴油機(jī)曲軸強(qiáng)度計(jì)算規(guī)范的要求，即該曲軸有足夠的強(qiáng)度和剛度。通過(guò)將上述三種分析方法計(jì)算結(jié)果加以比較分析可知，因簡(jiǎn)支梁法簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏于保守，有限元法因所建模型與約束條件更符合實(shí)際，所以其計(jì)算結(jié)果與曲軸實(shí)際值應(yīng)最為接近。本文探討的計(jì)算方法可在設(shè)計(jì)階段提供指導(dǎo)性數(shù)據(jù)，為曲軸的