论文部分内容阅读
曲轴系统是发动机中最重要的工作部件之一,其工作性能直接影响到船舶的可靠性和动力性。随着船舶工业的发展,对船舶发动机曲轴系统的要求也日益提高,因此需要对轴系进行校核。对于大功率低速柴油机,扭转振动是造成轴系故障失效的主要原因,主轴承作为相对运动最剧烈的部件,其寿命直接影响着柴油机的持续工作能力。本文通过动力学计算,研究柴油机轴系扭转振动特性及主轴承润滑效果,为轴系的优化设计奠定基础。本文选择中基5S60型低速船用柴油机作为研究对象,通过理论分析及仿真计算相结合的方法,研究柴油机轴系的扭振动特性及主轴承润滑状况,在此基础上对轴系进行优化设计。其主要内容包括:1、建立轴系模型,计算边界条件。通过理论分析,运用集中质量法将5S60柴油机轴系等效为16自由度模型。使用UG建立轴系三维模型,计算各等效质量转动惯量。运用经验公式,计算出各等效刚度和阻尼。通过AVL-BOOST模拟5S60柴油机燃烧模型,得到柴油机工作循环周期内燃烧压力曲线。通过ABAQUS软件对机体轴承座分析,计算出工作载荷下主轴承变形。2、轴系扭转振动计算。通过AVL-EXCITE建立5S60柴油机轴系模型,导入结构参数及边界条件,计算轴系扭转振动。由自由振动分析得出轴系固有频率及阵型,分析临界转速图谱得出轴系谐次响应下共振转速范围。计算强迫振动分析得出轴系强迫振动幅值响应及扭转应力。3、主轴承润滑分析。运用流体动力学计算主轴承润滑,分析主轴承最大油膜压力、最小油膜厚度、轴心轨迹等润滑状态,以此评判各主轴承润滑效果。通过计算分析机油粘度,供油压力、供油温度、轴承间隙等对润滑效果的影响趋势,对主轴承润滑提出优化建议。4、单缸熄火扭转振动计算。计算不同熄火工作方案的扭转振动响应,对比各工况下轴系扭转应力,提出最佳单缸熄火工作方案。根据上述分析计算,5S60轴系扭转振动和主轴承润滑基本满足工作要求。各谐次扭振幅值在安全范围内,最大扭转应力出现在第5曲柄销第9曲柄臂侧,额定工况下,最大扭转应力为32.96MPa。主轴承4润滑状况最恶劣,额定工况下,其最小油膜厚度为2.5m。选择第1缸熄火是5S60柴油机在低负荷运行时,保证柴油机燃油经济性的最优方案。本文所用的研究方法,其理论成熟、设计周期短、计算量小、边界条件设置合理,十分适用于低速柴油机轴系分析。其分析效果满足设计检验要求,准确性基本与试验效果吻合。