基于宏观空穴理论的主轴承多目标优化设计

为有效地降低内燃机轴承的润滑油泄流量,提高其油膜支撑能力,建立考虑宏观空穴效应的曲轴-主轴承系统的流体动力润滑模型,并根据不对中角度下最大油膜压力验证了宏观空穴模型的正确性;采用宏观空穴模型对内燃机轴颈-轴承系统的空穴区域及空穴区域密度进行预测;基于正交试验设计和最优拉丁超立方试验设计,研究不同参数及参数耦合对轴承润滑性能的影响;结合带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II),以润滑油泄流量和油膜支撑力矩为优化目标,对内燃机主轴承性能进行优化设计。研究结果表明:仅仅结合正交试验分析单因素影响权重是不够的,参数的交互影响权重较大,在进行参数权重影响分析时应综合考虑参数间的交互影响;在润滑油泄流量最小和油膜支撑力矩最大多目标优化中形成了一个最优解前沿,得到了一个关于多目标优化的解集。     

最近相似距离延拓法耦合平行延拓法抑制EMD端点效应

在经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)中,综合考虑信号内部的规律性,在深入研究最近相似距离延拓法和平行延拓法的基础上,对EMD端点延拓方法进行了改进,通过计算信号内部波段与端点波段的相似距离,确定信号内部规律性的强弱。在信号内部规律性较强的情况下,采用最近相似距离延拓法,使信号两端最大程度地反应信号内在信息;在信号内部规律较弱的情况下,考虑到端点信号发生异常的情况,采用平行延拓法在信号端点进行预测延拓。为验证该方法,本研究通过仿真分析和滚动轴承故障进行研究,研究结果表明,改进后的EMD分解得到的IMF分量与原模拟信号分量的匹配距离分别为3.378 7、7.240 4、7.390 7,波形相似系数分别为0.999 9、0.997 7、0.903 4,边际谱频率在f_1=5 Hz的误差为6.2%,与直接延拓法、平行延拓法相比更准确,能有效地抑制EMD端点效应。该方法能提高信号分解精度,实现对故障特征的有效提取,为机械故障诊断提供参考依据。     

线性外推法和相似极值法耦合抑制EMD端点效应

在应用经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)进行机械故障诊断过程中,存在上下包络线拟合时产生端点效应的现象。在线性外推法和相似极值法的基础上,考虑信号内部的极值变化稳定性的情况,对EMD端点延拓进行了改进。通过计算信号内部的方差,确定信号内部稳定性的强弱。在信号内部变化平稳但稳定性较弱的情况下,采用相似极值延拓法,最大程度地保护信号内部的平稳性;在信号内部波动性较强的情况下,考虑到信号内部发生异常,采用线性外推法对信号两端进行预测延拓。模拟信号仿真和滚动轴承滚动体故障的实例分析。结果表明,该方法能有效地抑制EMD方法的端点效应。     

轴瓦变形计算模型对不对中滑动轴承润滑特性的影响

以发动机滑动轴承为研究对象,综合考虑轴颈倾斜问题和实际轴承安装过程中部分轴承悬置在曲轴箱,建立发动机主轴承全约束和局部约束模型,综合考虑实际轴瓦与轴承机座之间关系,建立全约束和安装接触2种工况,采用变形矩阵法计算轴瓦的径向变形量,考虑到有限元网格和有限差分网格密度不一致,采用二维插值法将各节点的径向变形量代入到对应的有限差分网格节点上,分析弹性变形对滑动轴承润滑性能参数的影响。结果表明,考虑轴瓦弹性变后轴承最大油膜压力有所减小,最小油膜厚度增幅较小;随着偏心率增加,计及弹性变形的轴承端泄流量、承载力、工作力矩均变大;随着转速的增加,计及弹性变形的油膜压力、端泄流量、承载力、工作力矩均减小。     

基于摩擦学和结构动力学的内燃机曲轴结构可靠性研究

为研究内燃机曲轴的应力大小对曲轴的可靠性设计的影响,以某直列6缸内燃机曲轴-轴承耦合系统为研究对象,采用有限元技术建立曲轴和轴承有限元模型,基于结构动力学、摩擦学、模态缩减理论构建曲轴-轴承系统动力学模型,综合考虑曲轴、轴承工作过程中的结构弹性变形,建立内燃机曲轴-轴承弹性流体动力润滑分析模型,对比分析不同负荷特征、轴承间隙下曲轴的应力、扭转角。研究结果表明:随着负荷的减小,扭转峰值减小,但扭转峰值出现时刻滞后;曲轴的第2、3、4曲柄销位置的各个转角扭转对应力贡献度大于弯曲的贡献度,第6曲柄销在爆发压力时刻弯曲引起的最大应力大于扭转引起的应力,但扭转引起的应力波动次数大于弯曲引起的应力波动;当轴承间隙减小时,对应某些转角下扭转角增加,扭转引起的应力增加。     

表面粗糙度对不对中滑动轴承润滑特性的影响

以活塞式航空发动机滑动轴承为研究对象,综合考虑轴颈倾斜和轴瓦表面形貌等因素对轴承润滑特性的影响,建立滑动轴承润滑分析模型;以高斯随机表面、分形曲面、非高斯随机表面分别模拟轴瓦表面的粗糙程度,分析轴颈不对中和表面粗糙度耦合作用下油膜压力、端泄流量、承载力和轴承力矩等参数随偏心率和转速的变化规律。研究结果表明:考虑轴瓦表面形貌后轴承最大油膜压力变大,最小油膜厚度有小幅度减小;随着偏心率和转速增加,最大油膜压力、端泄流量、轴承承载力、工作力矩均增加;随着偏心率增加,考虑表面形貌时(高斯表面、分形表面、非高斯表面)的轴承油膜压力、承载力、工作力矩均变大;随着转速的增加,考虑表面形貌时的轴承润滑特性均变大,尤其是高斯表面,润滑特性变化较明显。