油膜润滑的发动机曲轴疲劳寿命分析

在Virtual lab中建立某型V8发动机曲轴系统的多体动力学模型,考虑曲轴系统的油膜润滑条件,创建主轴颈处润滑的油膜文件,通过多体动力学仿真计算,得到曲轴在弹性支撑下的载荷历程,并将其作为疲劳寿命分析的输入参数;利用Virtual.Lab的Durability模块对曲轴进行疲劳寿命计算,获得精确的曲轴损伤分布和疲劳寿命。仿真结果表明:通过系统多体动力学仿真能够得到部件准确的载荷情况,考虑油膜润滑真实的反映了曲轴受载情况;曲轴寿命最短处为第一曲拐与第二主轴颈过渡处内侧。     

发动机曲柄连杆机构的动力学分析

对曲柄连杆机构中的连杆进行了静力学及动力学特性分析.首先对连杆所受主要载荷进行了计算,其次建立了CATIA的三维模型,最后在ANSYS中进行了静力学及模态分析.研究结果表明:在最大拉伸和压缩两种极限工况下的应力和应变均在允许范围内,连杆工作中并不发生共振.本文结果可为连杆的结构改进提供参考.     

载荷和供油压力对浮环轴承润滑影响的理论研究

针对浮环轴承双层间隙的结构特点,建立了其润滑模型.在考虑供油压力和油膜破裂的情况下,通过求解基于长轴承理论的雷诺方程,得到了内外油膜周向压力分布情况,并推导了油膜力的解析表达式.在给定浮环轴承结构参数的情况下,利用Matlab软件对润滑模型进行了计算和仿真.分析了诸如载荷、供油压力、转子转速等参数对浮环轴承静平衡位置、油膜连续性以及轴承内间隙润滑的影响.得出了较大的外载荷会导致较大的外油膜偏心率和外油膜空穴区扩大,而供油压力主要影响外油膜的偏位角的结论,并指出载荷的加大会使进入内间隙润滑油量在很宽的转速范围内减小,有可能会导致内膜贫油情况的发生,而增大润滑油注油压力会有效缓解这一现象的发生.     

ISG型混合动力系统轴系动力学性能分析

为了探讨ISG型混合动力系统轴系的动力学性能,建立了包括机电耦合轴、滑动轴承和发动机缸体在内的混合动力系统轴系数学模型,依此模型对混合动力系统动力学性能进行分析,计算了机电耦合轴扭振频率和曲拐应力分布,同时计算了一个工作周期内不同混合动力工况下滑动轴承的偏心率和油膜压力.通过对计算结果的分析表明:机电耦合轴的混合动力改造不会在发动机工作转速内出现扭振共振;混合动力改造后的机电耦合轴强度不满足要求,需要优化设计和重新校核;混合动力工况不会明显影响混合动力系统轴承的偏心率和油膜压力;根据机电耦合轴电机端轴承的油膜压力和偏心率可以优化电机轴承以及电机的选型和设计.     

钢板弹簧的非线性接触分析及试验研究

根据接触理论,利用ANSYS软件建立钢板弹簧的计算模型,对之进行非线性接触计算与分析.通过考虑簧片间的摩擦和接触, 得到不同载荷下的应力分布和变形情况,计算了其强度和刚度.并进行了试验分析,结果表明,非线性接触计算值和试验数据比较吻合,钢板弹簧计算模型的精度得到了提高.     

隧道救援吊车机臂的结构分析

为了在设计阶段确定隧道救援吊车在起吊过程中机臂的变形情况和应力分布以及应力集中点位置,使用有限元法对作业状态下的机臂进行数值模拟. 利用ANSYS软件完成了机臂在3种工况下（仅考虑自重;自重和15 t起吊载荷;自重和60 t起吊载荷）的强度及刚度计算,并基于强度分析和刚度分析对机臂进行了安全评定. 结果表明:不同工况下,应力具有相似的分布规律,最大应力出现在机臂与支柱接触点附近以及耳梁与机臂腹板连接处,可以通过加厚耳梁翼板和腹板、增加支撑板数量、使用强度等级更高的材料来提高机臂的强度和刚度.     

极端工况静压支承润滑状态的微间隙油膜形貌表征

极端工况条件下静压支承运行过程中的极易发生摩擦学失效且润滑状态极难获得,为解决此技术难题,设计一种新型油垫可倾式静压支承结构,形成静动压混合推力轴承,提出利用微间隙油膜形貌来表征静压支承润滑状态的想法。针对新型双矩形腔油垫可倾式静压支承,建立温升和功耗、热固耦合变形、流固耦合变形及油膜形状等数学模型。分析极端工况下微间隙油膜温度场和油膜压力场分布特征,求得摩擦副热力耦合变形,获取三维油膜形貌,判断静压支承润滑状态。搭建油膜厚度测量装置,获得油膜厚度状态,验证理论分析和数值模拟所获得的油膜形貌的正确性。结果表明：极端工况下该结构润滑效果大大改善,轻载高速时热变形起主导作用,油膜厚度差异较大。低速重载时力变形占主导地位,油膜较平滑。油腔外侧封油边交角处变形最大,此处油膜最薄,易发生摩擦学失效。     

高速高比压织构滑动轴承热弹流润滑分析

齿轮传动涡扇发动机(geared turbo fan engine,GTF)的星型齿轮传动系统使用滑动轴承作为支承。GTF滑动轴承在高速高比压工况下工作,油膜压力较大,导致轴承会发生弹性变形。考虑滑动轴承的弹性变形以及润滑油温黏效应等的影响,基于计算流体动力学方法建立了高速高比压织构滑动轴承的三维热弹流润滑分析模型,研究了考虑弹性变形影响的织构滑动轴承热流体润滑性能,并对比了织构滑动轴承和无织构滑动轴承的热弹流润滑性能。结果表明:考虑弹性变形的影响后,在相同大偏心率工况下织构滑动轴承的最大油膜压力、承载力和最大油膜温度均会明显降低,周向承载区域明显扩大,且温度和油膜压力在圆周方向上的变化也更加平缓;对比织构滑动轴承和无织构滑动轴承,两者的最大油膜压力、承载力、最大油膜温升和摩擦系数无明显差异,但油膜承载区的弹性变形有明显减小。     

220t矿用自卸车强度有限元分析

建立220 t矿用自卸车有限元模型,通过合理处理模型及外载荷施加方法,对整车在满载静止及极限载荷条件2种工况下的结构强度进行了分析.模拟结果显示,整车结构应力分布较为均匀、合理,具有较充足的安全系数.     

油膜润滑条件下滑动轴承变形与应力数值模拟

针对某汽轮发电机组转子的动压滑动轴承,采用热流耦合方法求解轴瓦及油膜的温度场,应用有限差分法对雷诺方程求解得到开设油槽条件下的油膜压力分布,提出一种离散化的油膜压力载荷与轴瓦内孔表面网格的批量映射匹配方法.在获得能够保证轴承正常工作的合理油膜温度场之后,对轴瓦进行热固耦合求解,得到轴瓦的变形和应力分布.通过分别对不同宽径比与偏心率下轴瓦变形与应力的数值模拟结果比较,得到轴瓦变形及应力分别随宽径比和偏心率的变化规律.结果表明,该方法能够有效地完成动压滑动轴承变形和应力的数值模拟,轴承轴瓦的变形及应力均分别随宽径比和偏心率的增大而增大．     

Wear fault diagnosis of an emulsion pump crank bearing

The total load on a crank bearing was calculated by performing a load analysis of the crank connecting rod mechanism.The Reynolds equation for hydrodynamic lubrication of the crank bearing was established at the Reynolds boundary condition and was then solved using the Holland method. From this the regular track of the bearing axis was obtained. As the crank bearing gradually wears the eccentricity ratio corresponding to the minimum oil film thickness increases gradually. The oil-bound film eventually breaks down, which allows friction and collision between the metal surfaces of the crank pin and the bearing. The rigid impact leads to excitation of high frequency vibrations at the natural frequencies of the connecting rod. The experiments show that the wear condition of the crank bearing can be identified correctly through the vibration signature at the natural frequencies of the connecting rod. The degree of wear can be predicted accurately through the energy content of the high frequency bands.     

具有半球形凹坑表面的滑动轴承润滑分析

具有非光滑表面的滑动轴承具有一些独特的性质,适当的表面凹坑对径向滑动轴承的润滑性能可能有一定的改善作用。为研究球形凹坑对径向滑动轴承润滑特性的影响,本文建立了具有不同形式球形凹坑的径向滑动轴承润滑分析的数学模型。利用有限差分法进行求解,得到径向滑动轴承的油膜压力与承载力,并研究凹坑的个数、尺寸、分布规律及凹坑深度对径向滑动轴承的润滑特性的影响。计算结果表明:与光滑面相比,在充分润滑状态及轴承几何运动参数不变情况下,合理的凹坑个数、尺寸参数、分布形式及凹坑深度对提高径向滑动轴承的油膜压力及承载能力具有一定的改善作用。     

基于热弹流的滤波减速器转臂轴承润滑性能分析

由于载荷、接触几何、粗糙表面、热效应等因素的影响,分析不同工作条件下滤波减速器转臂轴承工作界面润滑状态较为困难,为了研究转臂轴承润滑性能,本文建立了转臂轴承的热弹流混合润滑模型。以静力学和运动学建立滤波减速器转臂轴承(球滚动体-滚动轴承）力学模型,结合点接触热弹流混合润滑理论建立轴承热弹流润滑模型,使用离散卷积快速傅里叶变换方法求解弹性变形和表面温升,使用有限差分法求解雷诺方程和能量方程,分析轴承接触副物理尺寸、载荷、卷吸速度和接触副粗糙表面等外部工况对轴承润滑特性以及表面下应力的影响。从数值模拟结果中可以看出：较大滚动体半径有益于轴承润滑油膜形成,提高轴承的承载能力;不同的机械加工表面下接触副平均膜厚和温度随转速和滑滚比变化趋势相同;轴承接触副润滑状态从混合润滑进入全膜润滑状态,油膜内最大温升先减小后增大;提高机械加工表面光洁度有利于提高转臂轴承润滑状态,减小最大表面下应力,提高表面接触强度。本文建立的转臂轴承热弹流混合润滑模型可以模拟接触和流体动压润滑同时存在的混合润滑状态,可以反映转臂轴承在各种工作条件下润滑性能,可以进一步判断其工作效率和使用寿命。     

圆锥滚子轴承滚子/滚道副的脂润滑热成膜性能

考虑圆锥滚子轴承的非等截面属性和脂润滑状态,基于润滑脂Power-law流变模型,结合脂膜能量方程和固体热传导方程,建立轴承滚子与滚道接触的非等温脂润滑模型,分析滚子修形、打滑、歪斜和倾斜等对接触副脂润滑热成膜性能和拖动性能的影响. 结果表明：在未发生倾斜或歪斜时,Lundberg对数母线修形滚子的最小膜厚略大于切交母线修形滚子,而压力峰值略小于切交母线修形滚子. 在考虑温度效应后,脂膜厚度减小,压力峰值增大. 倾斜运动导致滚子主要承载端的脂膜压力和颈缩量增加,膜厚减小,因此滚子修形应考虑倾斜运动的影响;歪斜运动对膜厚和压力分布的影响则相对较小. 滚子/滚道副的脂润滑拖动系数随打滑加剧呈现先增大后减小的趋势.     

曲轴强度多体动力学与有限元子模型法仿真

建立以曲轴系为核心的多柔性体动力学仿真系统,曲轴系及气缸体组件模型采用AVL Excite软件进行刚度与质量矩阵装配.在考虑轴承弹性流体动力学特性的条件下得到各轴颈轴心轨迹和油膜压力分布,利用有限元（FEA）子模型方法先求解曲柄臂整体模型的结果并驱动圆角子模型,得到危险工况下圆角精细有限元模型的各处动态应力历程及分布,最终使用高周疲劳应变寿命模型校核了圆角动态疲劳安全系数满足设计要求.对曲轴结构模态和运转条件下扭振响应的计算结果与实验值进行了对比,说明柔性体多体动力学结合有限元子模型方法进行曲轴动态疲劳强度的计算和校核是精度和效率均较高的一种计算方法.     

表面织构化径向轴承的弹流润滑研究

为研究表面织构和轴承表面弹性变形对径向滑动轴承润滑性能的影响,利用Winkler弹性基础模型计算轴承表面的变形量,采用有限差分法求解经典雷诺方程,最终计算并对比含表面织构和无织构情况以及柔性和刚性条件下的轴承润滑性能。数值模拟结果表明:与轴承表面的弹性变形相比,表面织构对径向轴承静特性的影响更加显著,且织构可以明显改变油膜压力的分布情况;此外,织构在轴承上的分布位置对轴承性能也有不同的影响作用,分布在压力上升区域的织构对轴承特性有正面的影响,分布在压力下降区域的织构对轴承特性有负面影响。     

小支柱簇双层瓦推力轴承热弹流润滑性能分析

对Alstom公司三峡小支柱簇双层瓦试验推力轴承进行了热弹性流体动力润滑性能有限元分析。采用推力轴承润滑计算的有限元程序，并借助结构有限元程序ADINAT、ADINA的热传导和热弹变形分析功能，形成了一套完整的推力轴承热弹流动力润滑性能分析软件。物理模型包括润滑油膜、推力轴承和镜板推力头。对三峡试验推力轴承性能的计算结果和测量结果进行了对比分析。分析结果表明，计算结果和实测的结果吻合，试验模型使用的小支柱簇双层瓦可有效地控制瓦的热弹变形，进一步优化小支柱的弹性，还可补偿镜板的大部分变形。     

System modeling and dynamic analysis of ISG hybrid power shafting

A system model is established to analyze the dynamic performance of an integrated starter and generator (ISG) hybrid power shafting. The model couples the electromechanical coupling shaft dynamics, the bearing hydrodynamic lubrication and the engine block stiffness. The model is compared with the model based on ADAMS or the model neglecting the bearing hydrodynamics. The bearing eccentricity and the oil film pressure have been calculated under different hybrid conditions or at the different motor power levels. It’s found that the bearing hydrodynamics decreases the calculation results of the bearing peak load. Changes of the hybrid conditions or the motor power have no significant effect on the main bearing, but have impact on the motor bearing. A hybrid power system composed of a 1.6L engine and a 45kW ISG motor can operate safely.