外文翻譯--主軸平衡力和曲軸彎曲應(yīng)力的研究 中文版

1、<p>　　南 京 理 工 大 學(xué)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯</p><p>　　系： 機械工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 機械工程及自動化 </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　外文出處： Advances in Engineering Software</p><p>　　40（2009）95—104 </p><p>　　附

3、 件：1.外文資料翻譯譯文2.外文原文。 </p><p>　　注：請將該封面與附件裝訂成冊。</p><p>　　附件1：外文資料翻譯譯文</p><p>　　主軸平衡力和曲軸彎曲應(yīng)力的研究</p><p><b>　　關(guān)鍵詞：</b></p><p>　　平衡力 曲軸模型 平衡率 軸承負(fù)

4、荷 彎曲應(yīng)力</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　在這項研究中，使用了多體系統(tǒng)仿真程序ADAMS。研究同軸6缸柴油發(fā)動機上平衡物的質(zhì)量和位置對主軸負(fù)荷和彎曲應(yīng)力的影響，在分析中，用剛性，梁和曲軸三維實體模型對主軸承負(fù)荷和三維實體模型進(jìn)行了比較，在平衡力的分析中使用了橫梁模型。平衡角為零的平衡物和平衡角為30的平衡物，它們的平衡率認(rèn)為是0％

5、，50％和100％。而且研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著最大主軸承負(fù)荷和彎曲應(yīng)力增加，平衡率的增加和平均主軸承平衡率隨負(fù)載隨之減少。兩種結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)出同樣的趨勢。從軸承負(fù)載和網(wǎng)站彎曲應(yīng)力的表列中可以看出來，與慣性力的負(fù)荷相比氣體壓力對曲軸設(shè)計的影響更為顯著。</p><p><b>　　2007科學(xué)版權(quán)有</b></p><p><b>　　1 . 導(dǎo)言</b>

6、</p><p>　　新的內(nèi)燃機引擎必須具有很高的電力，燃油經(jīng)濟性好，體積小的發(fā)動機，能減少對環(huán)境的污染。因此，引擎每個部分的整體性能和效果都需要仔細(xì)的調(diào)查改進(jìn)。內(nèi)燃機曲軸系統(tǒng)發(fā)動機作為主要負(fù)責(zé)為電力生產(chǎn)對發(fā)動機性能有著重要的影響。</p><p>　　曲軸系統(tǒng)主要由活塞銷，活塞連接連桿，曲軸，扭轉(zhuǎn)振動阻尼器和飛輪構(gòu)成的。平衡物放置在每個曲柄的對面用來平衡旋轉(zhuǎn)慣性力。一般而言，平衡物的設(shè)計

7、其平衡率為50％至100％。為了可承受最大值和平均主軸承載力，平衡物的質(zhì)量和他們的位置很重要。最大值和平均發(fā)動機主軸承載力取決于氣缸的壓力，平衡物的質(zhì)量，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和其他曲軸幾何參數(shù)。</p><p>　　對內(nèi)燃機曲軸的研究主要集中振動和應(yīng)力分析上。盡管曲軸壓力分析可以查看文獻(xiàn)資料，但是沒有平衡物對主軸負(fù)載和曲軸壓力的影響這方面的研究文獻(xiàn)資料。夏普采用剛性模型研究了V - 8發(fā)動機曲軸的平衡，優(yōu)化了平衡力來盡量減

8、少主軸的承載負(fù)荷。斯坦利和塔拉扎采用剛性曲軸模型和理想通過研究獲得的4到6缸對稱行發(fā)動機的最高和平均主軸承的負(fù)荷，估算出理想的平衡物質(zhì)量，和在可接受范圍內(nèi)的最大負(fù)載所造成得影響。在用剛性曲軸模型分析平衡力時，如果不考慮對曲軸主軸承的彈性效應(yīng)會導(dǎo)致極大的錯誤。因此，廣泛對平衡物在主軸負(fù)載和曲軸壓力所產(chǎn)生的影響的研究仍然是很重要的。</p><p>　　在這項研究中，對軸向六缸柴油機曲軸系統(tǒng)上的平衡物的位置和質(zhì)量進(jìn)行

9、了研究。在對平衡角為零的平衡物和平衡角為30的平衡物，其配重平衡率為0％，50％和100％的的主軸的承載負(fù)荷和曲軸彎曲應(yīng)力的最大值和平均值計算中，使用多體系統(tǒng)仿真程序， ADAMS/引擎，進(jìn)行了分析。模擬平均轉(zhuǎn)速在1000-2000范圍內(nèi)的發(fā)動機。</p><p><b>　　2. 發(fā)動機規(guī)格</b></p><p>　　表1給出直列6缸柴油發(fā)動機的規(guī)格。 9.0升發(fā)

10、動機的曲軸有8個平衡物在曲柄上1，2，5，6，7，8，11和12。用Pro / E繪制三維曲軸實體模型如圖1所示，圖中給出了曲軸的示意圖。表2中給出曲柄行程的性質(zhì)。表3給出曲柄的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　表1 發(fā)動機規(guī)格</b></p><p>　　表2 曲柄行程性質(zhì)</p><p>　　表3 曲軸系統(tǒng)數(shù)據(jù)</p>

11、;<p><b>　　3. 曲軸系統(tǒng)建模</b></p><p>　　用ADAMS/發(fā)動機，曲軸，可以建立四個不同的模型方式：剛性曲軸，扭靈活的曲軸，橫梁曲軸和曲軸三維實體。剛性曲軸模型主要用于獲取自由的力和力矩，來達(dá)到平衡的目的。扭靈活的曲軸模型用于研究扭轉(zhuǎn)振動。橫梁曲軸模型是代表扭轉(zhuǎn)和彎曲剛度曲軸，用梁模型可以計算出彎曲應(yīng)力。彈性曲軸三維實體模型，可使用額外的有限元程序。該

12、過程是漫長的而費時，通常自由度以百萬計的。為了簡化有限元模型，我們使用模態(tài)疊加技術(shù)。彈性變形結(jié)構(gòu)是近似的線性組合可表現(xiàn)為模式如下： </p><p>　　U=∮q (1)</p><p>　　其中q是模態(tài)向量的坐標(biāo)和∮是形狀函數(shù)矩陣。</p><p>　　彈性體包含兩種類型的節(jié)點，在多體仿真系統(tǒng)（MMS）

13、結(jié)構(gòu)的邊界和焦點的交換處的接口節(jié)點，和內(nèi)部節(jié)點。在MSS中對彈性體的位置和彈性變形是由疊加法計算的。在ADAMS，是用以Craig–Bampton 方法為基礎(chǔ)的模態(tài)綜合技術(shù)。這種組件模式包含了靜態(tài)和動態(tài)特性的結(jié)構(gòu)。這些模式的約束模式是通過給每個DOF一個位移而發(fā)生靜態(tài)變形，同時保持其他所有接口自由度固定，固定邊界是解決方案的特征值，我們用固定整個界面的自由度來解決這個問題。模態(tài)在物理自由度和Craig–Bampton模式之間轉(zhuǎn)換，這種模

14、型是通過他們的模態(tài)坐標(biāo)來描述：</p><p>　　式中的UB和U1分別代表著邊界自由度和內(nèi)部自由度的列向量，Ｉ﹑Ｏ分別表示恒等式和零矩陣，∮C表示在約束模式中物理位移的內(nèi)部自由度的矩陣，∮n表示在正常模式中物理位移的內(nèi)部自由度的矩陣，qc表示在約束模式中列向量的模態(tài)坐標(biāo)，qn表示在固定邊界的正常模式中列向量的模態(tài)坐標(biāo)，我們?yōu)榱四艿玫椒蛛x設(shè)置的模式，通常將約束模式和正常模式正交。</p><p

15、>　　在MSC.Nastran利用模態(tài)疊加技術(shù)可以得到9.0升發(fā)動機的彈性曲軸三維實體模型。首先，圖中所示是曲軸的三維實體模型，1是曲軸的有限元模型，特點是它有30萬十節(jié)點四面體和5000000節(jié)點。曲軸的模態(tài)模式具有三十二個邊界自由度和十六個接口節(jié)點。從靜態(tài)分析中得到的模態(tài)模式與這些自由度相符合。</p><p>　　獲得柔性曲軸模型是通過模態(tài)綜合考慮了40個固定邊界正常模式。因此靈活曲軸模式的特點是它總

16、共有72個自由度，這種模式出口到ADAMS/引擎和曲軸系統(tǒng)模型，如圖。</p><p>　　4. 曲軸系統(tǒng)和平衡力</p><p>　　在內(nèi)燃機里的作用力可以分為慣性力和壓力，而慣性力可以進(jìn)一步劃分為兩大類：旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)式慣性力。每個氣缸的旋轉(zhuǎn)慣性力可以用下面的公式表示： </p><p>　　式中的mR 表示旋轉(zhuǎn)質(zhì)量其中包括了曲柄的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)連桿的部分

17、質(zhì)量； rR從曲軸的旋轉(zhuǎn)中心到旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的重心的這段距離；W曲軸的角速度，h表示與TDC有關(guān)的曲柄行程的角位置。如果每個曲柄行程有兩個平衡力，每個平衡力的作用力由下式給出；</p><p>　　式中的yi,j表示偏移角；每個行程有兩個平衡力?！癷”表示了平衡力的數(shù)目。我們要完成對平衡率的評估才能得到配重的大小。如下：</p><p>　　式中的UCW表示每個配重的靜態(tài)不平衡量；UCrank_

18、throw表示每個曲柄行程的靜態(tài)不平衡量；mcr-r表示連桿轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量;r表示曲柄半徑；K表示一對內(nèi)部旋轉(zhuǎn)力的不平衡率。下面這個公式表示在已知曲軸和平衡力大小情況下的平衡率：</p><p>　　對于一個軸向的六缸發(fā)動機曲軸，它的三對曲柄行程分布在對稱軸中心的一百二十度處，旋轉(zhuǎn)力和一﹑二階往復(fù)力處于平衡狀態(tài)。這可以用一﹑二階的向量坐標(biāo)來解釋，如圖4所示。六缸曲軸產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力和往復(fù)力相互平衡，但是這也導(dǎo)致了內(nèi)部