8V280柴油機(jī)雙軸平衡機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)及平衡性能研究.pdf

1、8V280柴油機(jī)雙軸平衡方案設(shè)計(jì)及平衡性能研究是中國(guó)中車戚墅堰機(jī)車有限公司與我校共同開展的科研項(xiàng)目。相對(duì)于直列8缸機(jī)，V8柴油機(jī)軸向尺寸短、重量輕，非常有利于機(jī)車的安裝布置。但是V8型柴油機(jī)存在著較大的不平衡力和力矩，如果平衡問題不能得到很好地解決，將會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)的相關(guān)儀器的損壞，所以需對(duì)8V280柴油機(jī)的平衡裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)并對(duì)添加了平衡裝置的柴油機(jī)進(jìn)行平衡性能分析。
　　其主要的研究工作如下：
　　（1）對(duì)兩種曲柄型式、四種

2、氣缸夾角下的柴油機(jī)進(jìn)行平衡性能計(jì)算，相互比較并選擇最適合8V280柴油機(jī)的曲柄型式和氣缸夾角。在此基礎(chǔ)上計(jì)算出柴油機(jī)的傾覆力矩，并通過MATLAB軟件進(jìn)行曲線的擬合及諧波分析。
　?。?）利用Pro/E軟件建立起8V280柴油機(jī)三維零件模型并進(jìn)行裝配，裝配完成后導(dǎo)入到多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS，對(duì)導(dǎo)入后的模型進(jìn)行材料、單位的設(shè)置，并添加約束和驅(qū)動(dòng)，從而建立起8V280柴油機(jī)多剛體模型。在多剛體模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行傾覆力矩的仿真測(cè)量，

3、與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)多剛體模型建立的準(zhǔn)確性。
　　（3）結(jié)合理論設(shè)計(jì)和仿真分析，根據(jù)柴油機(jī)的平衡特性設(shè)計(jì)合理的平衡軸空間布置，在此基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)出平衡軸的相位，并以仿真分析進(jìn)行驗(yàn)證。然后對(duì)平衡軸平衡重質(zhì)量的分布和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)參數(shù)包括平衡軸的截面形狀、厚度等。最后建立平衡軸模型進(jìn)行模態(tài)分析，檢驗(yàn)其固有頻率是否會(huì)引起柴油機(jī)共振。
　?。?）按照設(shè)計(jì)平衡軸的尺寸及參數(shù)，建立平衡軸模型并裝配到先前的多剛體模型，對(duì)安裝

4、平衡軸前后的柴油機(jī)模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，測(cè)量出平衡前后的傾覆力矩曲線并與理論計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。將機(jī)架支座進(jìn)行柔性化處理，建立8V280柴油機(jī)剛?cè)狁詈夏Ｐ?，并?duì)該型柴油機(jī)的振動(dòng)烈度速度值進(jìn)行仿真測(cè)量，驗(yàn)證其振動(dòng)情況是否符合標(biāo)準(zhǔn)。
　　通過以上幾個(gè)方面的研究工作，我們可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：
　　（1）通過柴油機(jī)的平衡性能計(jì)算，平面曲柄、氣缸夾角為60°的布置方式更適合8V280柴油機(jī)。在此基礎(chǔ)之上計(jì)算出了該型柴油機(jī)的傾覆力矩

5、，并通過MATLAB軟件對(duì)傾覆力矩進(jìn)行了曲線的擬合及諧波提取，為后期的雙軸平衡方案設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　?。?）利用Pro/E和ADAMS軟件建立的8V280柴油機(jī)多剛體模型進(jìn)行了傾覆力矩的仿真測(cè)量，其仿真出來(lái)的曲線與理論計(jì)算的結(jié)果一致，充分驗(yàn)證了所建模型的準(zhǔn)確性。
　?。?）通過理論設(shè)計(jì)及仿真分析，V軸鏡面對(duì)稱布置更適合雙軸平衡方案，在完全抵消二階往復(fù)慣性力的同時(shí)，衰減了部分的傾覆力矩,平衡軸的水平距離設(shè)計(jì)為455mm,

6、豎直距離設(shè)計(jì)為148mm。理論設(shè)計(jì)出平衡軸的相位為11.734度，通過動(dòng)力學(xué)仿真分析，傾覆力矩波動(dòng)的幅值明顯降低。在質(zhì)量分布方面：?jiǎn)胃胶廨S設(shè)計(jì)了4個(gè)平衡塊，2塊為一個(gè)分段，單個(gè)平衡塊的厚度為400mm，扇形平衡軸更符合平衡軸的低質(zhì)量要求，扇形的夾角設(shè)計(jì)為180度，扇形的半徑設(shè)計(jì)為38mm。通過對(duì)平衡軸的模態(tài)分析，平衡軸的固有頻率與柴油機(jī)固有頻率不同，不會(huì)引起共振，進(jìn)一步驗(yàn)證了平衡軸參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性。
　　（4）通過動(dòng)力學(xué)仿真分析