船用柴油机曲轴系统扭纵耦合振动特性研究

在考虑螺旋桨、连杆和活塞引起的交变转动惯量、扭纵耦合效应等因素的情况下,建立了带螺旋桨的6拐曲轴系统非线性动力学模型,其动力学方程代表了一个强非线性、非自治系统。通过数值仿真,分别研究了系统对初始位移和速度、交变转动惯量、作用在活塞上的压力、作用在螺旋桨上的扭矩和轴向力的响应。研究发现,交变转动惯量和扭纵耦合效应是产生非线性振动的根本原因;不同的激励因素不仅可以导致不同的频率响应成分,而且也会导致同一频率成分具有不同的幅值;在本文的研究条件下,施加在螺旋桨上的激励扭矩和轴向力对系统的动力学行为影响不明显;不同方向上响应对同一激励因素的敏感程度存在明显差异。

带螺旋桨的曲轴系统扭纵耦合非线性振动模型

在考虑螺旋桨、柴油机连杆和活塞变惯量、扭纵耦合效应的情况下,采用当量轴向力的方法,将横向变惯量和气缸体压力变化激励转换为轴向激励,建立6拐螺旋桨曲轴系统的非线性动力学模型,该模型代表一个强非线性非自治系统。通过数值仿真,研究该系统在工作转速下的时间响应和频谱。结果表明,在螺旋桨与第1个曲拐之间、第5与第6个曲拐之间的相对扭转振动频谱中,2倍频成分非常明显;在轴向相对振动响应中,含有基频、6倍频和20倍频成分;作用在螺旋桨上的4倍频激励成分没有出现。因此,在柴油机螺旋桨曲轴系统设计中,只根据线性动力学分析结果进行强度计算和振动分析会导致较大误差。

某航空发动机扭振减振器失效机理分析

为了探究某航空发动机曲轴扭振减振器的失效机理,采用有限元法对该发动机轴系进行了模态分析,并进行了试验验证;基于轴系扭纵耦合振动理论和谐响应分析计算了该轴系的轴向振动位移幅值;在此基础上对扭振减振器进行了失效分析。研究结果表明,因该航空发动机经常工作在过渡工况,引起轴系扭转共振和扭纵耦合振动,使得轴系轴向位移较大,轴系产生的轴向力是造成该扭振减振器失效的最主要原因。

船用低速柴油机曲轴轴向振动研究

以船用大功率低速柴油机柔性体曲轴为对象,在考虑气体力、运动部件惯性力、扭纵耦合效应等因素的情况下,建立曲轴、连杆、活塞的刚柔混合动力学模型。通过数值仿真,分别对连杆推力、连杆法向力和切向力对曲轴轴向振动的影响进行分析。分析结果表明:法向力直接引起曲轴纵振,切向力首先引起曲轴扭振,进而引起曲轴纵振;同时,法向力和切向力对曲轴轴向振动的影响非常相近;而连杆推力(法向力和切向力合力)引起的曲轴轴向振动是扭纵耦合振动的结果,并非两种分力作用结果的简单叠加。