船用舷外机两拐曲轴动力学仿真与可靠性研究
Marine Outboard Two-throw Crankshanft Dynamics Simulation and Reliablity Study
舷外机曲轴是船舶舷外机的主要核心部件,其作用是将各缸燃油爆发产生的能量,通过活塞连杆的往复运动转换成回转形式传输给螺旋桨,推动船舶前进.实际工作的过程中,由于受到周期性的振动载荷和冲击载荷的作用,致使曲轴发生疲劳失效或偶然断裂,同时曲轴封闭在发动机内部工作,其破坏具有潜伏性、突发性.曲轴一旦失效有可能致使船舶沉没的严重后果.如何保证其运行的安全可靠性,这就要求我们需要在产品开发初期就对曲轴的性能做充分的论证分析,对其运行状态及动态特性有全面的认识,从而指导实际,改进生产,研发合格产品.本课题来源于导师喻全余教授申请并主持的国家科技部"科技人员服务企业行动"项目(项目编号:2009GJC30031)"船舶用舷外机两拐曲轴的精锻工艺及可靠性技术研究"的一个研究方向,即进行船用舷外机两拐曲轴动力学仿真与可靠性研究.本课题从强度和可靠性角度验证曲轴的安全性,现实意义突出.1.对国内外曲轴仿真领域和可靠性研究领域相关内容的研究及最新的进展进行了评述,分析目前研究成果和不足及需要努力的方向.论述进行曲轴系统动力学和可靠性研究的客观意义.2.以舷外机两拐曲轴轴系为研究对象,理论分析了轴系机构的运动学与动力学特征,并建立相应数学模型.获得了曲轴连杆系统运动规律和受力规律.3.结合三维建模软件CATIA、有限元分析软件ANSYS和动力学仿真软件ADAMS各自的特点和优势,建立柔性曲轴轴系刚柔混合动力学分析ADAMS仿真模型,进行了舷外机曲轴系统在额定负荷下动力学仿真,并验证了曲轴连杆机构各个组成部件尺寸设计合理、无干涉.4.通过对仿真结果的分析,得到主轴颈的轴心运动轨迹和曲柄销载荷等参数.通过对动力学数据的分析处理,认识到曲轴运行所表现出的动力学响应特征,与施加的外部载荷存在了密切的对应关系.并根据动力学分析,判断曲轴失效的危险截面.5.在仿真的基础上,利用可靠性理论中的应力-强度干涉模型,再结合简支梁和材料力学理论,统计完成曲轴应力和强度的分布规律;计算结果显示,舷外机曲轴强度满足设计要求,可靠性大.
- 作者：
- 汪自稳
- 学位授予单位：
- 安徽工程大学
- 专业名称：
- 机械制造及其自动化
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 喻全余
- 中图分类号：
- U664.1
- 关键词：
- 舷外机；曲轴；柔性体；仿真；强度；可靠性
- outboard engines；crankshaft；flexible body；simulation；strength；reliability