某直列四缸柴油机曲轴模态分析

本文利用Pro/E软件建立直列四缸柴油机曲轴的三维实体模型,然后再利用ANSYS软件对曲轴分别进行无约束模态分析和有约束模态分析并比较,得出前者的模态振型既包含简单的弯曲或扭转振动,也包含复杂的弯扭振动,后者模态振型主要是弯曲振动,并且后者在各阶模态的频率比前者大,这可为曲轴的优化设计和技术改进提供重要的参考依据。     

基于Pro/E和ANSYS的某型柴油机曲轴模态分析

曲轴是柴油机的重要组成部分,其固有频率特性直接影响柴油机整体的运转和振动情况。利用三维建模软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS对曲轴进行模态分析,得到各阶固有频率和振型,其自由模态振动形式有弯曲振动、扭转振动以及弯曲与扭转叠加振动;约束模态则以弯曲振动形式为主。分析结果不但给曲轴的优化设计工作提供依据,而且为后续曲轴的动力学分析研究奠定基础。     

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。     

变刚度曲轴弯扭耦合振动分析

曲轴作为压缩机的关键部件,其振动形式复杂且相互耦合。针对曲轴旋转时弯曲刚度不断变化的特性,给出了变刚度的曲轴振动模型,推导了弯扭耦合振动的非线性微分方程组并应用多尺度法求解。求解结果和曲轴实例分析表明,由于变刚度的影响,曲轴的弯曲、扭转振动发生更大振幅的耦合振动。相比定刚度解,变刚度曲轴的轴心轨迹波动、弯曲振动振幅明显增大。在扭转振动主共振时,弯曲振动也出现较大振幅,忽略变刚度因素,将造成较大的误差。     

高功率密度柴油机曲轴三维耦合振动特性研究

针对柴油机强化过程中曲轴三维振动的耦合现象难以准确预测的问题,根据曲轴动力学和简谐分析理论,建立12V150柴油机曲轴振动模型,分析三维耦合现象与机理,并探究安装扭转减振器对三维耦合振动的影响。结果表明:在较强谐次3、4.5次时扭振幅值较大,弯曲振动在较宽频率范围内出现峰值,多个谐次的扭振和弯振会引起同频或倍频轴振;相邻轴颈间的三维振动存在耦合关系;安装扭转减振器对扭转振动控制作用明显,多个主要谐次的弯曲、轴向振动幅值降低,低转速时竖直弯振和轴振反而增大。主要工作转速范围和三维振动耦合作用在柴油机强化设计阶段时应重点考虑。     

基于弯扭轴综合振动混合模型的汽车传动系复模态分析及仿真研究

基于系统动力学与结构动力学相结合的建模思想,介绍汽车传动系扭转、弯曲、轴向综合振动混合模型的建模特点,并从轴类部件的结构动力学建模、斜齿轮副、轴承和轴系附属质量(惯量)的系统动力学建模和基于坐标变换的部件间联接三个方面,对汽车传动系扭转、弯曲、轴向综合振动混合模型的建模方法进行探讨,在该模型的基础上对传动系进行复模态分析,发现混合模型计算的前4阶模态的主要振动形式为扭振,且与系统动力学分支扭振模型计算的前4阶结果相差不大,从第5阶模态之后都是两种或三种振动形式的耦合;以起步颤振为对象进行仿真研究,发现传动系混合模型的仿真结果较分支扭振模型在颤振程度上稍有增强且特征频率近似相等,说明弯曲和轴向振动对起步颤振现象影响不大。     

柴油机曲轴扭振多体动力学分析与研究

为分析4100QBZL型柴油机曲轴的扭转振动,建立该柴油机曲轴的有限元模型,对曲轴进行模态分析,并在模态分析的基础上获得曲轴的柔性体中性文件,建立曲轴系的刚柔耦合多体动力学模型,通过多组试验测量的缸内压力数据作为驱动力,进行耦合仿真,得到曲轴系各部件运动规律以及曲轴在柔性体模型下的主轴颈、连杆轴颈负荷仿真结果,并对曲轴进行扭振分析,获得发动机在稳定运转时曲轴扭转振动幅值随负荷和转速的关系。结果表明:随发动机转速以及负载的提高,曲轴的扭转振动均存在变大的趋势,且转速对扭振幅值影响更为显著。曲轴系的振动幅值在各工况下满足工程要求。研究结果对提高柴油机的噪声、振动、行驶平顺性(Noise、Vibration、Harshness,NVH)具有参考意义。     

转子弯扭耦合振动非线性动力学特性研究

对Jeffcott转子的非线性弯扭耦合振动微分方程进行了理论分析，得出了在弯扭组合共振区内弯曲振动和扭转振动的频率特征，利用数值方法对转子系统在较宽的参数域内进行分岔研究，得出了弯扭组合共振为概周期运动的结论，求出了弯扭组合共振区与不平衡量之间的关系，分析结果为转子的安全运行和弯扭组合共振故障的判别提供了理论依据。     

摩擦激励下螺旋桨推进轴系弯扭耦合振动研究

螺旋桨推进轴系中水润滑轴承-轴颈摩擦诱导异常振动、噪声是制约舰艇隐身性能的重要因素,研究其成因机制和影响规律对于识别和有效控制异常振动、噪声具有重要价值。为此,从非线性摩擦和轴系整体动力学耦合的角度对螺旋桨推进轴系摩擦诱导振动问题进行分析。采用速度依赖型的Stribeck摩擦模型描述轴承-轴颈的动摩擦特性,考虑非线性摩擦-扭转振动-横向振动的耦合作用,在此基础上利用Hamilton原理和有限元法建立连续轴系的非线性动力学方程。运用Newmark-β法和Newton-Raphson迭代相结合的方式求解并获取系统非线性动力学响应,分析动摩擦特性及弯-扭耦合作用对轴系摩擦诱导振动的影响规律。结果表明,相较于纯扭转系统,弯-扭耦合系统更容易产生摩擦自激振动。除轴承-轴颈摩擦特性外,不稳定的弯曲模态同样为耦合系统摩擦自激振动的重要成因。     

大型活塞压缩机曲轴振动分析（一）——模态分析

随着往复压缩机向大型化和高速化方向发展,曲轴因扭振而产生破坏的可能性在迅速增大,对压缩机曲轴扭振研究的要求越来越迫切。而影响曲轴扭振的最主要因素是曲轴的模态。以某大型压缩机曲轴为例,对曲轴进行简化,利用ANSYS软件以Timoshenko 3-节点梁单元为基础,考虑轴承油膜的作用,对压缩机曲轴模态进行了计算。该模型还可以用来对曲轴进行谐响应分析和强迫振动分析。利用Lanzos方法提取了曲轴前7阶模态,结果显示曲轴的第一阶模态为29.073Hz,振型为整体扭转振动。考虑吸排气过程中气阀阀片运动产生的气流脉动对激振力的影响,对激振力进行傅里叶分解,得出激振力的功率谱密度图,以判断该曲轴在工作条件下是否会发生扭转共振。     

基于YN30高压共轨柴油机曲轴的扭转振动测试分析

针对 YN30高压共轨柴油机,借助于 LabVIEW 软件及硬件平台,设计开发了一套曲轴扭转振动测试分析系统,并通过对发动机曲轴两端瞬时转速信号的同步测量,分析了 YN30柴油机曲轴旋转方向的振动。通过对振动角位移各主谐次的幅值和相位分析,可以获得 YN30发动机不同频率曲轴扭转振动的临界转速为2200和2750 r/min,固有频率为367 Hz,自由端扭振幅值远大于飞轮端扭振幅值,振动节点靠近飞轮端等重要信息,并且验证了该发动机曲轴的设计及相应减振措施的合理性。     

基于Pro/E的汽车发动机曲轴飞轮组的三维参数化设计与研究

提出了基于Pro/E软件的曲轴系列化的设计理念。通过对曲轴产品结构的特征划分,建立了相应的特征数据库。分析了目前机械产品三维参数化设计的不足,利用VC++6.0作为系统开发工具,借助Pro/E软件自带的高级开发工具包Pro/TOOLKIT,开发了基于Pro/E的汽车发动机曲轴飞轮组的三维参数化设计系统,实现了汽车曲轴飞轮组的参数化设计。通过项目的开发避免了大部分工程图的重复设计工作,提高了设计效率和设计精度。实现了三维设计进程的加速,缩短了产品的设计周期,具有重要的实际应用价值。     

基于ANSYSWorkbench的四缸发动机曲轴模态分析

利用CATIA V5R20软件建立了直列四缸汽油机曲轴的三维实体模型,再利用 ANSYS Work-bench14.0软件基于TGrid算法对整个曲轴模型进行前6阶自由模态分析,得出曲轴的固有频率和振型,并通过模态敲击试验进行对比,验证了有限元模型的可靠性,为曲轴的进一步设计以及优化提供了重要参考依据。     

6V150发动机曲轴的自由模态计算分析

以6V150发动机曲轴为例,在Pro/E软件中建立了曲轴的简化模型,并将曲轴模型导入到ANSYS软件中进行网格划分,再选用Block lanczos计算方法对曲轴自由模态进行计算分析。最终,获得其前16阶固有频率,并对其相应振型结果进行详细研究,这将为曲轴后续的结构优化设计以及避振研究提供参考。     

内燃机曲轴的三维振动特性模拟--飞轮细分

采用有限元法分析带有飞轮曲轴的振动特性。首先，曲轴体采用梁单元模拟，飞轮部分采用实体单元划分，经过适当处理两类单元的连接方式，取得了比采用壳体单元对飞轮进行剖分更为合理的结果。然后，对一直列式四缸发动机曲轴进行自由振动特性分析，并与相关研究和实验数据进行了比较验证。最后，进一步模拟此曲轴的三维动态振动特性，计算并分析其动态振动响应的结果。结果表明，采用节点耦合的方法取得了与实验互为一致的结果。     

曲轴复合加工中心主轴箱有限元分析

曲轴复合加工中心是一种高效加工曲轴的新型设备。建立曲轴复合加工中心主轴箱的三维模型,并分析其载荷及边界条件。以ANSYS软件作为分析工具,对曲轴复合加工中心主轴箱进行静力和模态分析,得到了应力云图、位移云图及前七阶模态。由分析可知,主轴箱的最大应力为18.272MPa,应变值为0.0044mm,应力和应变值均较小,固有频率大,动态特性好,满足机床设计要求且具有优化空间,为以后主轴箱结构改进、优化设计和动力修改提供了理论依据。     

A methodology for cracks identification in large crankshafts

Diesel engines used in power plants and marine propulsion are especially sensitive to outage events. Any advance in the early detection of failure will increase the reliability of the electricity supply and improve its productivity by reducing costly power outages. Fault detection and diagnosis is important technology in condition-based maintenance for diesel engines. This article presents a classifier based on neural networks for identifying failure risk level in crankshafts, the engine component of greatest cost concern. The authors have developed a finite element model for crack growth that fits well with fracture appearance and produces the evolution of crankshaft stiffness with crack depth. A lumped system model of the engine uses this evolution as input, giving the instantaneous speed at the engine flywheel as a function of crack depth. All the results shown in the paper come from outputs of the simulation models which have been built from real engine data. Measurements of the instantaneous flywheel speed were not available due to the crankshaft failure. All data are extracted from this speed and are then classified using a Radial Basis Function neural network.     

600Wh飞轮转子形状优化设计

介绍了极限转速为15000r/min,储能量为600wh的空心飞轮转子的优化设计方法,根据飞轮储能系统设计要求利用三维软件SolidWorks对飞轮模型进行建模与有限元软件ansys workbench进行仿真分析与优化,首先进行初步建模,然后通过改变其模型轮辐曲线找到更优的飞轮形状并提取其轮辐曲线的结构参数,再通过多目标遗传算法对飞轮转子进行优化设计及研究,以飞轮质量更轻,极转动惯量更大以及应力应变更小为约束条件,提取其飞轮结构几何尺寸为设计变量进行优化,得出一种更优的飞轮结构形式。结果表明,优化后得到的飞轮转子形状较原模型相比性能更佳。     

内燃式水平对动空气压缩机的多工况动态特性分析

针对传统的内燃机驱动的活塞式空气压缩机工作过程中振动大,噪声大的问题,提出了内燃式水平对动空气压缩机原理方案,基于虚拟样机技术建立了内燃式空气压缩机曲轴轴系的动力学仿真模型。采用ADAMS软件对其进行了多种工况下的运动学和动力学分析,给出了作用在曲轴上的动态载荷及变化规律。运用有限元分析软件ANSYS对曲轴进行了模态分析,得到了曲轴前六阶模态的振型和响应的频率。建立了曲轴系刚柔混合体动力学模型,完成了内燃式水平对动空气压缩机曲柄连杆机构多柔体动力学仿真。     

Model-based diagnosis of large diesel engines based on angular speed variations of the crankshaft

This work aims at monitoring large diesel engines by analyzing the crankshaft angular speed variations. It focuses on a powerful 20-cylinder diesel engine with crankshaft natural frequencies within the operating speed range. First, the angular speed variations are modeled at the crankshaft free end. This includes modeling both the crankshaft dynamical behavior and the excitation torques. As the engine is very large, the first crankshaft torsional modes are in the low frequency range. A model with the assumption of a flexible crankshaft is required. The excitation torques depend on the in-cylinder pressure curve. The latter is modeled with a phenomenological model. Mechanical and combustion parameters of the model are optimized with the help of actual data. Then, an automated diagnosis based on an artificially intelligent system is proposed. Neural networks are used for pattern recognition of the angular speed waveforms in normal and faulty conditions. Reference patterns required in the training phase are computed with the model, calibrated using a small number of actual measurements. Promising results are obtained. An experimental fuel leakage fault is successfully diagnosed, including detection and localization of the faulty cylinder, as well as the approximation of the fault severity.