船用柴油机连杆断裂失效分析

为解决某船用柴油机连杆断裂失效故障,分析连杆断口宏观及微观形貌、金相组织及非金属夹杂物、化学成分及力学性能,确定连杆失效原因,提出改进措施并进行验证。分析结果表明:连杆螺纹孔根部加工粗糙造成应力集中,连杆中非金属夹杂物较多,且存在与螺纹根部呈一定角度的带状偏析,导致非金属夹杂物在螺纹根部露头,加剧应力集中,在交变力作用下产生裂纹并扩展,使连杆断裂。采取降低连杆非金属夹杂物含量、变更连杆锻造工艺、提高连杆螺栓孔加工质量等改进措施后,进行约4000 h实机运行验证,未再发生连杆断裂故障。

某型柴油机活塞销孔型线多目标优化设计

针对柴油机向高功率密度方向发展对活塞销孔承载能力提出越来越高的要求,提出了活塞销孔型线多目标优化设计方法。首先,建立1/4活塞连杆组热–机耦合模型,通过对比仿真模型的销孔接触压力分布与台架试验下活塞销孔磨损情况,验证了仿真模型的准确性。随后,选取销孔型线参数为设计变量建立活塞销孔型线参数化模型,以活塞销孔峰值接触压力和销孔、内冷油腔、燃烧室喉口的最大等效应力为优化目标,在设计空间内进行优化拉丁超立方采样,结合响应目标值建立Kriging代理模型,并使用决定系数验证其精度。最后,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对销孔型线进行多目标优化,获得了销孔型线优化设计参数。结果表明:在保证活塞其他重要部位应力取得较小值的情况下,优化后的销孔峰值接触压力降低了24.5%。

连杆小头摩擦副间隙形状对活塞销润滑及冲击特性的影响

为改善柴油机全浮式活塞销与连杆小头间的润滑与冲击特性,基于弹流润滑理论和粗糙峰接触理论,采用测试与仿真分析方法,运用AVL Power Unit建立活塞连杆组柔性多体动力学模型,研究不同抛物型线和三角型线方案连杆小头衬套对连杆小头轴承润滑与活塞销冲击特性的影响。结果表明:在润滑与冲击特性方面,效果最好的是抛物型线衬套,而三角型线衬套由于平均间隙较大,不能形成有效的润滑,润滑与冲击特性相对较差,其中抛物型线相比直线型线最小油膜厚度最小值平均增加了0.104μm,峰值油膜压力最大值平均降低了8.29 MPa,峰值油膜压力平均值平均增加了7.62 MPa,峰值粗糙接触压力最大值平均降低了77.19 MPa。综合连杆小头轴承润滑与活塞销冲击特性,采用最大径向切削量为12μm的抛物型线衬套是最优的连杆小头衬套型线方案,对连杆小头轴承润滑与活塞销的冲击性能改善较大,其中最小油膜厚度的最小值增加了0.170μm,峰值油膜压力最大值减小了8.28 MPa,峰值粗糙接触压力最大值降低了119.49 MPa,进气冲程前期和排气冲程后期活塞销加速运动阶段相对于连杆小头的纵向加速度峰值分别减小了0.33 mm/s~2和0.24 mm/s~2。

基于高周疲劳分析的船用柴油机活塞结构优化设计

针对某船用柴油机活塞的温度场和热机耦合应力场进行分析,并基于高周疲劳分析理论评估其疲劳强度。仿真结果显示,危险部位位于内腔上侧圆角过渡处和活塞顶面中心区域,应力幅值过大是导致安全系数较低的原因。针对此问题,进行结构改进,包括活塞支撑筋位置调整、销孔顶部支撑结构厚度增加和内腔上侧圆角过渡处调整,同时调整泄油道结构以改善冷却效果。结果表明,将活塞支撑筋移至销座1/2处、增加销孔顶部支撑结构厚度及调整内腔顶面圆角过渡处,有效提升了活塞顶面承载能力,降低应力幅值,显著提升安全系数。改进后的活塞满足设计要求,为未来船用柴油机活塞结构设计提供了参考依据。

船用柴油机止推轴承润滑特性分析及优化设计

针对某型高强化指标船用柴油机止推轴承在试验过程中出现的异常磨损问题,采用三维弹性流体动力学仿真分析方法,比较不同轴向力、油槽、油孔结构对止推轴承承载能力及润滑特性的影响规律并进行试验验证。试验结果表明:当止推轴承承受的轴向力增加时,峰值总压及平均热载最大值无明显变化,但区域有所扩展;采用更利于止推工作面滑油流通的油槽、油孔结构对止推轴承的润滑特性有较大改善,可显著提高其承载能力。

柴油机曲轴前后端相对扭振的测试方法

为准确分析曲轴扭振数据,提高柴油机曲轴可靠性,以某直列六缸柴油机曲轴为研究对象,建立轴系质量刚度当量模型,搭建柴油机扭振测试系统,采集曲轴前端和飞轮端的转速脉冲信号,分析不同转速下各主要阶次扭振与相对扭振的关系。研究结果表明:曲轴前端3.0阶扭振曲线与相对扭振曲线相差较大,单点扭振无法精确反映曲轴扭振;曲轴的相对扭振可有效消除滚振及外接轴系对扭振的影响,测试曲轴的相对扭振对准确分析曲轴扭转程度至关重要。

考虑热变形的活塞组件结构对活塞二阶运动的影响分析

结合活塞、缸套工作温度场的实测值,建立了2D25柴油机活塞组件动力学模型,分析了配缸间隙、活塞销偏置量和活塞头部型线等结构参数对活塞二阶运动的影响关系,并采用正交试验设计优化了2D25柴油机活塞组件结构参数。分析结果表明:对活塞二阶运动的影响主要体现在活塞敲击能量和摩擦功耗,其影响关系是此消彼长的;在计算的影响因素中,对活塞二阶运动影响最大的是配缸间隙,其次是活塞销偏置量和裙部椭圆度,影响最小的是中凸点位置;活塞头部结构的不同主要是影响活塞敲击能量,而对活塞的摩擦功耗影响较小。

柴油机曲柄连杆机构多体动力学仿真分析

基于多体系统动力学理论,实现对某柴油机曲柄连杆机构的动力学仿真分析,得到了活塞侧推力、曲柄销受力及主轴颈载荷等动力学参数。通过活塞侧推力和曲柄销受力的传统算法与现代算法的对比,证实基于现代算法的柴油机曲柄连杆机构的动力学仿真分析的方便性与先进性,并为此类型柴油机曲柄连杆机构的优化设计提供了依据。

活塞环结构对柴油机机油耗的影响分析

结合缸内燃烧压力、活塞和缸套工作温度场的实测值,建立柴油机活塞组件动力学模型,分析了活塞环摩擦表面型线结构参数对柴油机机油耗的影响,并通过对柴油机机油耗的试验测试验证了分析模型。分析结果表明:仅改变活塞第一道梯形桶面环摩擦表面型线过渡倾角对机油耗影响不大,但改变桶面上凸点位置对机油耗有较大的影响;改变活塞第二道扭曲锥面环摩擦表面刮油刃厚度对机油耗影响很大,随着刮油刃厚度的增加,总机油消耗量明显增加,最高增幅为33.4%。

柴油机曲轴静动特性的三维有限元分析

采用有限单元法 ,对 4 190柴油机曲轴进行了符合实际情况的三维建模 ,研究了整体曲轴的变形和应力状态 ,校核了曲轴在交变载荷下的疲劳强度 ,探讨了目前曲轴应力有限元计算中广泛采用的单拐力学模型的可靠性 ,并对曲轴进行了模态分析 。

电动轮自卸车发动机扭转振动分析与试验研究

针对电动轮自卸车发动机和发电机系统轴系扭转振动问题进行分析,并通过试验进行验证,提出分析此类轴系扭转振动的研究方法。根据电动轮自卸车的动力传递系统由发动机和发电机直接刚性连接而成的特点,对系统轴系进行固有振动特性和强迫振动特性分析时,建立轴系扭转振动分析的集总质量参数模型,利用系统矩阵法和能量法获得轴系的固有频率和振型。在试验验证阶段,采用非接触式扭转振动测量法进行试验验证,对比分析计算结果和试验验证结果。研究结果表明:分析计算和试验验证基本吻合,证明了针对此类轴系扭转振动分析计算方法的可靠性,并获得轴系扭转振动发生共振的主谐次和强谐次,为进一步进行扭转振动减振分析及部件设计提供了依据。

基于柔体曲轴多体动力学的轴系扭振响应分析

以曲轴系统有限元分析为基础,通过建立由多个自由度组成的发动机刚柔耦合多体动力学系统模型,对构成主要柔性体的曲轴系统进行了扭振响应分析,获取系统动力响应的时间历程,对系统的动力品质和安全性做出了评价。然后通过一个新研制的测试装置对一台直列四缸柴油机曲轴自由端的扭转振动进行了实测。通过计算和实测结果的谐次分析比较,两者体现了较高的等同性,说明了刚柔耦合多体动力学模型的正确性。

基于传热系数反求法的船用柴油机组合活塞热分析

建立了柴油机组合活塞的2D有限元模型,并利用传热系数反求法对该模型进行热分析。在仿真分析中,将活塞头部外表面传热系数定义为设计参数,实测温度与仿真温度的差值定义为目标函数。通过仿真计算得到了活塞头部外表面传热系数的分布,并利用反求法得到的传热系数对有限元模型进行热分析,仿真结果与实测温度吻合;传热系数反求法收敛迅速,可以有效用于活塞及其他内燃机零部件的温度分布和热负荷分析。

基于弯曲疲劳试验的柴油机曲轴疲劳寿命分析及改进

针对某高负荷车用柴油机,在提高最高燃烧压力条件下使用原有曲轴,在谐振式弯曲疲劳试验台上进行了曲轴弯曲疲劳试验,采用仿真的方法分析了曲轴在弯扭耦合下的疲劳强度,并对曲轴结构进行了优化。结果表明:带斜油孔的六面体网格曲轴模型应力计算更准确;通过模拟弯曲疲劳试验,可以更准确地获取曲轴的材料参数。优化结果表明:子模型法可有效优化曲轴圆角结构,提高曲轴疲劳强度。

12VPA6舰用柴油机曲柄连杆机构冲击响应分析

以曲柄连杆机构为例,基于有限元和多刚体动力学模拟,提出了对于正常运转下的柴油机零部件进行冲击响应的计算方法。运用visual Nastran for desktop(VN4D)和Pro/E软件,采用“瞬时结构假定”,计算了机构部件的冲击响应。结果表明:连杆满足抗冲击要求,曲轴的临界冲击载荷约为10倍的重力加速度,柴油机需要进行抗冲击保护。

曲轴系统动力学特性的数字化仿真与试验研究

利用ADAMS建立了一种柴油机曲轴系统的刚性体和柔性体的动力学模型,通过仿真测试,得到柴油机的主轴承载荷,活塞侧向力等仿真数据,并针对两种系统分别对其特性进行了比较分析,将计算结果与试验结果进行比较,证明了仿真分析的可靠性,为此类型柴油机的曲轴轴系动力学耦合分析和优化设计提供了依据。

柴油机连杆齿形配合面裂纹成因研究

在 16V2 80ZJ型柴油机连杆齿形配合面的动力学分析、接触应力及相对微滑位移值计算的基础上 ,对连杆材料 (调质 4 2CrMo钢 )进行了微动试验研究。结果表明 ,连杆齿形配合面间发生微动 ,并运行于微动裂纹最易形成的混合区。结合连杆裂纹故障的特征 ,分析认为连杆齿形失效的根本原因在于接触齿面间复杂的微动疲劳作用加速了裂纹的萌生与扩展 ,大大降低了连杆使用寿命 ,并提出了减缓连杆齿形配合面微动疲劳损伤的方案。

局域波时频法在柴油机缸套活塞磨损诊断中的应用研究

论述了局域波时频分析方法的基本理论及其特点 ,通过多种时频分析方法对线性调频信号聚集性的比较 ,说明了局域波时频法作为时频分析方法的可行性 ,并体现出此方法对非平稳信号进行分析的优点。提出了基于局域波时频分析的叉车柴油机缸套活塞磨损故障诊断方法 ,并对现场实测数据进行了分析 。

某船用柴油机连杆螺栓断裂研究

针对某船用柴油机连杆螺栓频频断裂,详细探讨了螺栓断裂的分析方法。在调研的基础上,对连杆螺栓的设计强度进行校核,理论分析了异常情况下的受力,并对样品进行了预紧力测试、疲劳对比试验研究和材料分析,最后通过断口分析给出了某船用柴油机连杆螺栓发生断裂的原因。

发动机连杆疲劳强度试验及寿命预测方法研究

以某柴油机连杆为对象,系统地开展了疲劳强度、寿命的试验和数值预测研究工作。借助有限元分析技术,确定了连杆薄弱位置和疲劳试验方案,通过模拟连杆静态加载的电测试验验证了连杆部件疲劳试验系统的线性响应特性。疲劳试验结果显示,该连杆疲劳失效形式具有明显的规律性,裂纹位置出现在靠近小头杆身部位处和杆身某标志字处,通过残余应力测试发现标志字处的失效与残余应力大小密切相关。最后,建立了连杆疲劳寿命理论预测模型,将残余应力作平均应力处理,基于Haigh图考虑平均应力对S-N曲线的影响,预测了在不同载荷系数和残余应力作用下连杆标志字处的疲劳寿命和安全系数。该模型预测结果与试验值基本相符,可用于后续连杆疲劳寿命预测工作。