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船舶柴油机曲轴疲劳特性分析与结构优化设计

船舶柴油机曲轴疲劳特性分析与结构优化设计

作者：贾森森哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

曲轴是柴油机里最重要的零部件之一,其结构复杂、造价昂贵、工作环境恶劣。工作过程中的曲轴承受着弯曲扭转交变载荷和振动的作用,随着柴油机的功率越来越高,使得对曲轴的要求更加苛刻,柴油机的寿命和可靠性一定程度上取决于曲轴的疲劳... 详细信息

曲轴是柴油机里最重要的零部件之一,其结构复杂、造价昂贵、工作环境恶劣。工作过程中的曲轴承受着弯曲扭转交变载荷和振动的作用,随着柴油机的功率越来越高,使得对曲轴的要求更加苛刻,柴油机的寿命和可靠性一定程度上取决于曲轴的疲劳强度和寿命。因此,曲轴的疲劳强度分析研究显得尤为重要,本文采用不同的方法对曲轴的疲劳强度进行研究。本文以船用大功率中速柴油机曲轴为研究对象,首先采用以简支梁法为基础的船级社和国军标规范推荐的传统方法进行曲轴强度计算,得到了主轴颈圆角及曲柄销圆角的合格系数,并且对船级社曲轴强度计算方法进行了程序化设计。然后对单拐曲轴进行静态应力测量试验,通过改变加载力的大小研究曲轴的应力分布及变化规律。用有限元软件ANSYS模拟单拐曲轴的静态应力测量试验,将有限元的应力结果与试验结果对比,以此验证有限元仿真方法的合理性与准确性。使用ANSYS对曲柄连杆机构进行瞬态动力学仿真分析,研究动态工况下曲轴的应力分布及应力变化趋势。通过不同方法计算出曲轴的安全系数分别为1.648和1.628,大于曲轴的许用安全系数,那么曲轴疲劳强度的合格。利用多体动力学分析软件EXCITE对曲轴系进行分析,研究曲轴在一个完整工作周期内的运转稳定性,并通过单位载荷法得到各个曲拐和圆角的应力数据及载荷历程,以此计算各个圆角的安全系数,研究曲轴的应力分布。经过计算得到曲轴的安全系数为1.59,满足疲劳强度的要求。最后,在ANSYS中对单位曲拐进行静态有限元分析,研究不同载荷下曲轴的应力分布。然后以最大等效应力和曲拐的质量为目标函数,对曲轴结构进行响应面多目标优化分析,研究曲轴尺寸参数对目标函数的影响,在帕累托前沿中寻找到最优解并进行验证,使曲轴实现轻量化的同时减小了应力,提高了曲轴的安全性和可靠性。

关键词：柴油机曲轴疲劳强度有限元法多体动力学分析结构优化

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高速柴油机曲轴稀土离子氮碳共渗工艺

金属热处理 2005年第11期30卷 60-62页

作者：汪新衡匡建新赵虎军湖南工学院机械系湖南衡阳421101 衡阳冶金厂湖南衡阳421000

在不同温度、时间、气压及稀土含量下对42CrMoA钢进行了稀土离子氮碳共渗工艺试验,测定了不同工艺参数下表面强化层的硬度、厚度,并对比了稀土离子氮碳共渗工艺与其它表面强化工艺处理后的磨损性能和弯曲疲劳强度等力学性能。结果表明,5... 详细信息

在不同温度、时间、气压及稀土含量下对42CrMoA钢进行了稀土离子氮碳共渗工艺试验,测定了不同工艺参数下表面强化层的硬度、厚度,并对比了稀土离子氮碳共渗工艺与其它表面强化工艺处理后的磨损性能和弯曲疲劳强度等力学性能。结果表明,5%RE、520℃×2h、1.05kPa气压为该工艺的最佳参数,42CrMoA钢制高速增压柴油机曲轴用该工艺处理后,强度、硬度和厚度等指标均能满足其使用性能要求。

关键词： 42CrMoA钢柴油机曲轴稀土离子氮碳共渗

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柴油机曲轴的制造技术

汽车与配件 2008年第5期 52-54页

作者：王海文张伟杰

伴随着汽车工业的发展,我国的发动机曲轴生产得到较大的发展,总量已具相当的规模,无论是设计水平,还是产品品种、质量、生产规模、生产方式都有很大的发展。

关键词：柴油机曲轴制造技术汽车工业曲轴生产设计水平产品品种生产规模生产方式

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柴油机曲轴轴承润滑状态及动态强度计算研究

柴油机曲轴轴承润滑状态及动态强度计算研究

作者：王庆来武汉理工大学

学位级别：硕士

曲轴是柴油机中最重要的零部件之一,它承受复杂、交变的冲击载荷,它的工作性能直接影响到柴油机的工作可靠性、经济性及整机寿命,对柴油机曲轴轴承润滑和动态强度研究具有着重要的意义。通过曲轴轴系的多体动力学分析,可以预测曲轴轴系... 详细信息

曲轴是柴油机中最重要的零部件之一,它承受复杂、交变的冲击载荷,它的工作性能直接影响到柴油机的工作可靠性、经济性及整机寿命,对柴油机曲轴轴承润滑和动态强度研究具有着重要的意义。通过曲轴轴系的多体动力学分析,可以预测曲轴轴系的振动、润滑特性及动态强度等,为曲轴的优化设计奠定基础。传统分析方法的简化难以满足实际的需要,本文运用有限元法和多体动力学仿真相结合的方法,对6L16／24柴油机曲轴轴系进行动力学仿真分析。首先建立了柴油机曲轴轴系多体动力学模型,进行曲轴的动力学仿真计算,通过曲轴扭转、转速波动等仿真结果,验证了多体动力学模型的正确性。然后进行曲轴轴承的润滑仿真计算,得到一个工作循环的轴承载荷、最小油膜厚度、最大油膜压力、摩擦功耗和轴心轨迹等,据此可以判断轴承的润滑性能。仿真计算充分考虑了轴承座、轴瓦的弹性变形及轴颈、轴瓦表面粗糙度因素的影响,采用有限差分法与有限元法相结合对轴承的油膜压力、油膜厚度、弹性变形、表面粗糙度进行了耦合分析。同时,分别以轴承间隙、润滑油温度、润滑油供油压力等参数对柴油机曲轴轴承弹流润滑性能影响因素进行了详细研究,结果表明上述参数对轴承润滑性能均具有显著的影响作用,充分考虑这些影响因素有助于轴承的优化设计。最后,提取EXCITE多体动力学仿真获得的动态载荷文件,由Nastran进行应力恢复,对曲轴进行应力应变分析,该方法避免了传统分析方法动态加载的复杂过程。计算表明,曲轴的最大应力在其许用应力范围内,且变形小,曲轴的刚度足够。不同时段最大应力均发生在主轴颈和连杆轴颈的过渡圆角处,因此过渡圆角处是结构设计和优化的重点。结合有限元法和非线性多体动力学软件EXCITE对曲轴轴系进行动态强度研究,考虑弯曲、扭转的耦合作用,求取曲轴在整个工作循环的动态应力,在此基础上进行了曲轴疲劳强度分析。通过与传统有限元计算结果比较,可知对轴承润滑及强度校核时不能忽略曲轴的柔性作用。基于动态应力的疲劳强度分析比常规疲劳强度分析更具说服力。

关键词：柴油机曲轴多体动力学弹流润滑动态强度疲劳强度

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船用柴油机曲轴氮碳共渗畸变控制

金属热处理 2012年第2期37卷 152-153页

作者：谭文清夏军生高长安朱建林重庆潍柴发动机厂重庆402262

曲轴作为柴油机功率输入输出的关键件,工作时主要受弯曲、扭转等负荷作用,还经受一定的冲击、轴径磨损。它的损坏往往是主轴颈与曲柄过渡处产生疲劳裂纹而发生断裂和轴径磨损。采用氮碳共渗处理,不但可解决了径耐磨性问题,而且还可提高... 详细信息

曲轴作为柴油机功率输入输出的关键件,工作时主要受弯曲、扭转等负荷作用,还经受一定的冲击、轴径磨损。它的损坏往往是主轴颈与曲柄过渡处产生疲劳裂纹而发生断裂和轴径磨损。采用氮碳共渗处理,不但可解决了径耐磨性问题,而且还可提高了其疲劳寿命[1]。

关键词：柴油机曲轴氮碳共渗畸变控制船用轴径磨损柴油机功率输入输出疲劳裂纹

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柴油机曲轴激光熔覆再制造工艺研究

柴油机曲轴激光熔覆再制造工艺研究

作者：曾宪斌福建工程学院

学位级别：硕士

柴油机曲轴在长期服役过程中,轴颈部位极易遭到破坏,通过激光熔覆技术对磨损曲轴进行再制造,不仅能够节约成本、提高产品利用率,同时也符合国家绿色制造理念。本文利用激光熔覆技术在45钢柱面基体表面制备Fe50/TiC复合涂层,通过Plackett... 详细信息

柴油机曲轴在长期服役过程中,轴颈部位极易遭到破坏,通过激光熔覆技术对磨损曲轴进行再制造,不仅能够节约成本、提高产品利用率,同时也符合国家绿色制造理念。本文利用激光熔覆技术在45钢柱面基体表面制备Fe50/TiC复合涂层,通过Plackett-Burman(PB)试验和最陡坡试验法优选出影响单道涂层的关键因素与主要工艺区间,随后在主要工艺区间内进行响应面试验,研究单层多道熔覆形貌与性能的多目标优化与控制方法,最后针对涂层缺陷,研究Cr粉添加量对单层多道熔覆涂层表面质量提升方法,实现了柱面涂层的质量控制。通过PB试验可知,影响单道涂层的关键因素为粉末配比、激光功率、离焦量;经最陡坡试验确定激光熔覆工艺关键因素的主要工艺区间分别是:粉末配比∈(30%,50%)、激光功率 ∈(1.2kW,2.0kW)、离焦量 ∈(-3mm,+3mm)。响应面试验结果表明,单层多道熔覆层的宽度、平整度、未熔合面积与工艺参数之间存在二阶抛物面模型,磨损体积与工艺参数之间存在对数函数模型;经满意度函数法多目标优化后,在相同磨损条件下,单层多道熔覆层的磨损体积较基体减少了 87.55%,耐磨性约为基体的8.03倍。Cr粉添加试验结果表明,Cr粉含量与涂层质量性能的综合信噪比之间存在高斯函数模型;且当Cr粉添加量为4.1%时,涂层中未熔合面积约为未加Cr涂层的7.69%,其约占涂层熔覆面积的0.044%;在相同磨损条件下,Cr粉添加量为4.1%的涂层磨损体积相对于未加Cr涂层减少了 22.92%,耐磨性约提高了 30%。

关键词：激光熔覆柴油机曲轴响应面法质量优化再制造

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495t型柴油机曲轴损伤分析

农业机械 2008年第22期 68-69页

作者：刘明坤四川省雅安职业技术学院

本文所要谈的．一是对495t型柴油机曲轴磨损．包括主轴颈、连杆轴颈工作环境及磨损规律，主轴颈和连杆轴颈磨损的分析。二是对495t型柴油机曲轴损伤．包括主轴颈、连杆轴颈擦伤和烧伤，曲轴弯曲、扭曲变形及曲轴的裂纹与折断损伤以及其... 详细信息

本文所要谈的．一是对495t型柴油机曲轴磨损．包括主轴颈、连杆轴颈工作环境及磨损规律，主轴颈和连杆轴颈磨损的分析。二是对495t型柴油机曲轴损伤．包括主轴颈、连杆轴颈擦伤和烧伤，曲轴弯曲、扭曲变形及曲轴的裂纹与折断损伤以及其他损伤的分析。495t型柴油机主要配套使用在红旗-50型拖拉机上．在农村没有电源情况下．也可作为移动动力使用．对农业生产和农产品加工都具有十分重要的意义。

关键词：柴油机曲轴损伤分析 t型连杆轴颈 50型拖拉机磨损规律农产品加工主轴颈

全密封箱式氮碳共渗生产线在柴油机曲轴上的应用

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金属热处理 2003年第4期28卷 61-64页

作者：纪玉芬戚顺银郎殿国索景菊北京福田环保动力有限公司北京102206 爱协林工业炉有限公司北京102200

介绍了全密封箱式氮碳共渗生产线的结构、性能、工艺流程、NH3+CO2 +N2 气体氮碳共渗工艺、共渗层的显微组织和性能 ,以及在BJ4 93Q型柴油机曲轴生产上的应用。

关键词：气体氮碳共渗柴油机曲轴

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S195型柴油机曲轴金属电喷涂修复工艺

农机安全监理 1999年第6期 26-27页

作者：张毅