柴油机主轴承弹性流体动力学与多体动力学耦合仿真

为更准确分析柴油机主轴承润滑特性及其影响因素,根据动载滑动轴承弹性流体动力润滑模型,利用AVLExcite软件对4D32柴油机主轴承进行多体动力学与弹性流体动力学耦合仿真研究。探讨了各主轴承载荷、最小油膜厚度、轴心轨迹、摩擦损失功率、机油填充率等参数在一个工作循环内的变化规律,并对比了主轴承最小油膜厚度随油槽方向和油孔位置等因素的变化关系。结果表明,最小油膜厚度的极小值均大于2μm,对其进行计算时要考虑边界接触压力的影响;第3主轴承轴心轨迹曲线绝大部分落在最外端,偏心率最大值持续期较长,最大油膜压力时间交替作用在轴瓦表面,极易引起轴瓦的磨损和疲劳剥落;优化设计油槽、油孔的方向和位置,有利于流体动压润滑的形成。     

航天飞机主发动机涡轮泵轴承的润滑

航天飞机由安装在尾部的三个助推器和两个固体火箭发动机推动进入轨道。固体火箭发动机脱离后助推器仍然工作。助推器的主要部分是四个提供燃料的涡轮泵。涡轮泵以极高的速度旋转，这对轴承润滑十分不利，涡轮泵包含一根由球轴承和滚子轴承支承的轴。轴两端各有一个泵叶轮和涡轮盘。如果轴承不能承受载荷，没有足够的刚度和耐磨性，涡轮泵内的旋转部件就会产生磨损，后果不堪设想。     

发动机各主轴承间隙配合对其振动特性的影响

以某单缸四冲程汽油机为对象,研究其主轴承间隙对发动机振动特性的影响。基于4种轴承间隙配合的设置,通过多柔性体动力学建立计算模型,利用弹性液体动力学轴承EHD计算方法对轴承的受力及其频谱进行分析,并根据发动机表面振动频谱情况得出最优的一种轴承间隙设置。分析结果表明：轴承间隙对发动机NVH性能有明显的影响。为减小轴承对发动机的激励,应在设计范围内选用尽量小的轴承间隙并使各间隙保持一致,同时保证其润滑的可靠性要求。     

基于多体动力学的齿轮箱圆锥滚子轴承温度场分析

为研究齿轮箱圆锥滚子轴承在不同实际运行工况下的温度分布,对圆锥滚子轴承进行热分析并建立其有限元模型;采用ADAMS对圆锥滚子进行动力学分析,得到滚子在不同转速下的接触正压力和摩擦力,将结果导入ANSYS进行静力学分析后得到滚子的平均接触应力,在此基础上求得摩擦热流量,进而获得轴承的稳态温度场,并通过试验验证了模型的正确性。结果表明,随着转速的增加,轴承温度不断升高;轴承滚动体与内圈接触时的温度高于与外圈接触时的温度,最大值出现在滚子与轴承内圈的接触处。     

基于Kriging模型的发动机罩多目标优化设计

为提高轿车CNCAP行人保护性能,应用拓扑优化方法对某款轿车的发动机罩内板进行结构改进,以达到降低行人头部损伤值的目的。先以发动机罩内板、外板、加强板及铰链的壁厚为设计变量,采用最优拉丁方法生成样本数据,通过仿真分析,构建了关于发动机罩质量、头部损伤值及模态的Kriging近似模型;然后利用NSGA-Ⅱ（非劣分层遗传算法）多目标进化算法寻优求解。结果表明：改进后的发动机罩不仅安全性和防振性得到改善,而且质量减小,模态值提高,实现了安全、防振及轻量化的设计目标。     

基于有限元的盾构机主轴承腔内润滑特性研究

盾构机主轴承具有尺寸大、承受载荷高且转速慢的特点,研究其主轴承腔内润滑状况,对于保证盾构机主轴承的可靠性至关重要。运用三维建模软件及流体仿真软件对盾构机主轴承进行建模及腔内流体域仿真,研究主要润滑参数包括进油口位置分布、进油口的选择、润滑油黏度对腔内润滑状态的影响,以及腔内润滑状态与温度的关系。结果表明：进油口位置分布对润滑状态有着较大影响,非对称进油口分布对这种极低速旋转及重载的盾构机主轴承更有利;为改善润滑状态,进油口应分主进油口和副进油口,保持主进油口常开,副进油口的打开视工况而定;润滑油黏度对润滑状态及温度都有较大影响,存在最佳黏度区间使得温度保持较低水平且润滑状态良好;对应位置润滑油体积分数与温度成反比关系。     

发动机曲柄连杆机构多体动力学建模的若干问题

基于多体动力学理论,利用Por/E与ADAMS建立了某型车辆发动机曲柄连杆机构多体系统动力学模型,讨论了模型质量特性的要求,模型从Pro/E导入ADAMS建立多刚体系统,利用有限元软件ANSYS生成曲轴柔性体及柔性体引入,并最终建立多体动力学系统等相关问题,为类似问题的分析研究提供了参考.     

含润滑间隙和曲轴转子-轴承结构的平面柔性多连杆机构多体动力学建模与动态误差分析

为预测多连杆高速精密压力机的动态精度,有必要建立多连杆机构的动力学模型。传统模型仅考虑间隙和构件柔性等因素,通常忽略了曲轴转子-轴承系统结构的影响,导致多连杆高速精密压力机的动态分析精度下降。本文提出了一种含润滑间隙和曲轴转子-轴承结构平面柔性多连杆机构多体动力学建模与仿真方法并构建了滑块与曲轴两者之间的动态尺寸链,该方法同时考虑了间隙,连杆和曲轴的柔性以及轴承的刚度等因素。仿真结果表明,在空载和冲裁两种工况下,基于含润滑间隙和曲轴转子-轴承结构平面柔性多连杆机构多体动力学模型的动态响应比传统模型更接近实验结果,验证了所提出方法的有效性。实验结果表明,在空载工况下,滑块在下死点位置存在剧烈加速度波动,而冲裁工况下,滑块在下死点位置产生冲击峰。曲轴转子-轴承结构的存在加剧了滑块位移偏离误差,润滑油的存在对整个机构起到了缓冲作用,但并不能显著提高滑块的运动精度。下滑块与连杆之间运动副间隙处润滑油膜不足以抵消运动副元素之间的碰撞和冲击,导致润滑油膜在运行过程中破裂,销轴与轴承衬套之间只存在一种永久接触状态。此外,研究了间隙尺寸、打击力以及轴承的接触角对机构动态误差的影响规律。     

主轴颈圆柱度对发动机轴承润滑特性的影响

基于制造效率和成本的平衡考虑,发动机曲轴的轴颈圆柱度不可避免地产生公差,从而对轴承副润滑状态、摩擦功耗和服役性能产生重要影响。本研究针对某三缸发动机,基于弹性流体润滑(EHD)理论分析曲轴主轴颈圆柱度对主轴承润滑性能的影响。首先将主轴颈圆柱度分解为沿轴颈径向的圆度和轴向的腰鼓度及轴心直线度,通过Kriging方法建立形位尺寸与轴承摩擦功间代理模型;然后基于遗传算法进行优化求解,进而评估轴颈圆柱度尺寸在公差范围内对轴承润滑的影响规律。结果表明,轴颈圆柱度对于轴承润滑状态有重要影响,在公差范围内会使得轴承摩擦功明显增大,但是提供了轴承润滑状态小幅度改善的可能性。其中腰鼓度的影响最大,使得轴承摩擦功变化27.7%;直线度的影响次之,导致摩擦功变化18.9%;而轴颈圆度的影响十分微小,仅为3.1%。     

连杆大头轴承润滑多目标优化设计

针对柴油机连杆大头轴承润滑不良和摩擦磨损的问题,运用AVL POWER UNIT搭建连杆组柔性多体动力学模型,以连杆大头轴承间隙、轴承宽度和供油压力为设计变量,通过最优拉丁超立方试验设计方法构建输入矩阵,在Isight中建立RBF径向基神经网络代理模型,以最小油膜厚度、峰值油膜压力和平均粗糙接触有效压力为优化目标,采用NSGA-Ⅱ遗传算法进行多目标参数寻优,获得连杆大头轴承的最佳结构参数组合。相较于原始方案,优化方案的最小油膜厚度增加了0.60μm,峰值油膜压力减小了6.69MPa,平均粗糙接触有效压力减小了2.34MPa,综合润滑性能有所提升,可为连杆大头轴承优化设计提供理论参考。     

基于动态子结构的主轴承热弹性流体润滑研究

研究基于动态子结构缩聚的轴承热弹性流体动力学(TEHD)基本理论和求解方法;建立某V型8缸内燃机主轴承的TEHD仿真模型,分别计算得到各主轴承在最大载荷工况下的油膜压力、油膜厚度、摩擦功耗、轴心轨迹和油膜温度等润滑特性;针对润滑状况较差的第3主轴承,进行TEHD、EHD(弹性流体动力学)和HD(流体动力学)不同仿真求解方法的对比研究。研究结果表明,该内燃机的第3主轴承最小油膜厚度和最大油膜压力等润滑性能最差,需要进行相应的改进设计;TEHD求解中计及了润滑油和轴瓦热效应的影响,能获得更高的轴承润滑特性计算精度。     

单缸熄火工况下船舶柴油机主轴承润滑分析

多缸大功率船舶主机在一缸熄火后继续工作,将偏离设计工况,工作性能参数将发生较大变化。通过构建多体动力学计算模型,对比分析船舶主机在额定工况与一缸熄火工况下的主轴承润滑状况。在4#缸熄火状况下,其两侧主轴承MB4与MB5在其正常发火时刻,即曲轴转角188°附近载荷变化较大,由下瓦受力变成了上瓦受力;此时两轴承油膜压力分布也随之发生变化,高油压区分布于上瓦;轴承间隙高度与油膜压力相对应地变化;两轴承轴心运动轨迹出现明显改变,皆有剧烈的离心和向心运动,若长时间运行,轴承有发生穴蚀破坏的危险。     

形状误差对内燃机主轴承润滑性能的影响

基于平均流量模型的广义Reynolds方程,推导考虑轴承形状误差的综合油膜厚度表达式;针对内燃机主轴承,建立其润滑分析计算模型,研究轴颈和轴瓦上的直线度误差和圆度误差对主轴承润滑性能的影响。结果表明:同种误差类型不同的素线线型影响差异较大,相较理想轴颈,都使得油膜压力增加,最小油膜厚度减小,摩擦损失功增加,其中线形峰值影响显著,线形对称性有利于改善轴颈倾斜;轴颈和轴瓦形状误差对润滑性能存在耦合的作用,其两者形状误差线形方向的差异使得部分地方油膜厚度出现增加或减小的情况;不同工况下形状误差对润滑性能的影响差异较大,随着转速的增加形状误差影响润滑性能程度加剧,最大油膜压力增加,最小油膜厚度减小,摩擦损失总功增大。     

大功率密度柴油机主轴承混合润滑分析

针对某型柴油机功率提升后主轴承润滑性能出现恶化的现象,计及表面形貌和弹性变形等因素影响,建立12V150柴油机主轴承润滑分析模型。运用弹性流体润滑、轴承动力学及Greenwood-Tripp微凸峰接触理论,分析功率提升后的主轴承润滑性能,提出需要改进的参数。分析表明:主轴承润滑性能变差的原因主要是功率提升后,曲轴和主轴承承受载荷加剧,油膜压力增加,引起轴颈弯曲或倾斜,导致主轴最小油膜度减小。研究曲轴平衡率、轴承宽度和润滑油黏度等参数对主轴承润滑性能的影响,提出了将曲轴平衡率由70%增大至90%,轴承宽度由46 mm增大至48 mm,并合理增加润滑油黏度的改进方案。结果表明:曲轴平衡率能有效地减小主轴颈倾斜角度,而轴承宽度和润滑油黏度对轴颈倾斜几乎没有影响;改进后主轴承最小油膜厚度提升了16.08%,峰值粗糙接触压力减小了37.11%,平均摩擦损失总功减小了13.08%。     

风力发电机主轴轴承润滑方式的改进

风力发电机主轴轴承的润滑对其寿命至关重要,针对主轴轴承采用脂润滑出现的润滑脂更换困难、低温流动性差等问题,对其润滑方式进行了改进,改用油润滑方式,并详细介绍了油润滑系统。     

基于AVL Excite Designer的发动机曲轴主轴承润滑性能分析

以某型直列四缸发动机为研究对象,对曲轴主轴承进行弹性流体动压润滑分析。考虑非线性连接,采用多体动力学软件建立润滑仿真模型对曲轴主轴承进行动力学润滑计算。通过对最小油膜厚度、最大摩擦接触应力和磨损进行分析,揭示了设计中存在的隐患,为该型发动机曲轴主轴承的优化设计提供了参考依据。     

轴瓦轮廓修形对发动机连杆轴承磨损性能的影响

为了消除发动机连杆轴承在做功行程中两端出现的偏磨损,减少轴承的摩擦功耗,建立了某发动机曲轴系柔性多体动力学分析模型并进行了动力学仿真计算。根据连杆轴瓦内孔变形量仿真结果对轴瓦表面轮廓进行了修形设计。计算结果表明：对轴瓦轮廓修形后,轴承的润滑性能变化较小,最大油膜压力及最小油膜厚度随曲轴转角的变化趋势及数值大小均与原圆柱轮廓基本接近,消除了做功行程中的轴瓦偏磨问题,轴承的粗糙接触摩擦功耗无论是最大值还是平均值均降低,轴瓦表面粗糙接触压力沿轴瓦宽度方向分布均匀。     

大功率柴油机曲轴平衡率对主轴承润滑特性的影响

基于弹性流体动力润滑、轴承动力学及平衡率计算理论,计入轴颈与轴瓦表面粗糙度、曲轴与轴承座弹性变形的影响,针对某大功率柴油机的曲轴系统,建立12缸V150柴油机主轴承的润滑分析计算模型,对12平衡重曲轴在不同平衡率下各主轴承的润滑性能进行分析,考虑轴承宽度、轴承间隙和供油压力等参数对平衡性较好的曲轴进行优化。结果表明:随平衡率的增加,最小油膜厚度先增加后减小,最大油膜压力和平均摩擦损失总功先减小后增大,平衡率80%的曲轴润滑性能较好,但主轴承MB5、MB6、MB7的最小油膜厚度均小于1μm;对其优化后各主轴承润滑性能均满足要求,且润滑性最差的主轴承MB7的最小油膜厚度增加19.7%,最大油膜压力减小11.8%。     

多体动力学模型的Modelica语言建模

对Adams多体模型结构及Modelica模型的转换方法进行了研究。对多体动力学模型结构及建模方式进行分析,根据Adams多体模型结构设计了对应的Modelica多体模型结构。研究了Adams多体模型各组件包含的信息,以及与Modelica模型的异同,提出了各多体组件的转换方法。最后给出了多体模型转换验证实例与结果。该研究有助于提高多领域仿真系统的多体建模效率及与传统多体系统的兼容性。