船用低速柴油機曲軸強度計算研究.pdf

1、柴油機曲軸將活塞組的直線往復(fù)運動通過曲柄-連桿機構(gòu)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動對外輸出功率，是柴油機中最重要、承載最復(fù)雜、造價最昂貴的零部件之一。氣體壓力、慣性力、振動、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)動機設(shè)計對功率密度提出更高要求，使得曲軸的工作條件愈發(fā)苛刻。實踐證明，柴油機的可靠性和壽命在很大程度上取決于曲軸的強度和剛度。因此，采用合適的方法對設(shè)計階段的曲軸進行準確的強度分析具有重要意義。
　　本文在廣泛研究國內(nèi)外相關(guān)文

2、獻的基礎(chǔ)上，分析和比較了目前各種曲軸強度的分析方法。針對企業(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。論文通過采用國際船級社協(xié)會推薦的船用柴油機曲軸強度計算規(guī)范對該曲軸軸頸圓角安全系數(shù)進行計算；嚴格按照該曲軸二維工程圖紙利用Pro/Engineer對其進行三維實體建模；利用ANSYS分別進行有限元靜態(tài)應(yīng)力分析和曲軸一個工作循環(huán)的有限元瞬態(tài)應(yīng)力分析和應(yīng)力時間響

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曲軸應(yīng)力分布的影響；為準確分析曲柄-連桿機構(gòu)受力，采用MATLAB編寫程序依據(jù)氣缸壓力曲線進行了曲軸旋轉(zhuǎn)一周的載荷計算。
　　由國際船級社協(xié)會推薦的船用柴油機曲軸強度計算規(guī)范計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；通過采用有限元法進行了靜態(tài)應(yīng)力分析和瞬態(tài)應(yīng)力分析計算，得到了超長行程船用低速柴油機各缸發(fā)火時刻的應(yīng)力分布圖以

4、及一個工作循環(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。三種方法計算結(jié)果均滿足國際船級社協(xié)會推薦的船用柴油機曲軸強度計算規(guī)范的要求，即該曲軸有足夠的強度和剛度。通過將上述三種分析方法計算結(jié)果加以比較分析可知，因簡支梁法簡化計算過程導致計算結(jié)果偏于保守，有限元法因所建模型與約束條件更符合實際，所以其計算結(jié)果與曲軸實際值應(yīng)最為接近。本文探討的計算方法可在設(shè)計階段提供指導性數(shù)據(jù)，為曲軸的