基于CFD的柴油机曲轴减震器拆装过程仿真与工程分析毕业论文(2)

2018-12-29 22:19

的一些问题进行了较为深入的研究,并组织柏林大学等科研机构研制实验设备和模拟台架进行试验研究,获得硅油的理化特性,并对减振器动态性能进行预算的方法[5]。由上述可得,国内外的科学家们对船用柴油机曲轴减振器进行了大量的科研。

1.2过盈配合的液压拆装技术研究现状

就现在来说,相比国内拆装技术而言,国外在液压的科研比较提前。因为液压在控制方面控制方便迅速,而且液压的油膜还具有润滑作用,这样一来,液压拆装不仅再生产生活中安全可靠,而且节约生产装配的时间,同时降低了在伤残和装配过程中零部件间的损伤,所以采用液压拆装在过盈配合零件中非常适用[6]。下面就以圆柱轴承等为例讲解一下液压装配,圆柱轴承、圆锥轴承的拆解原理如图1-1所示,首先要在零部件间开设油道,这是在设计初期就应该考虑到的,然后用注油器把具有一定粘度的压力油从在设计初期就开好的油道注入两个零部件的过盈配合表面,这样一来,注入的液压油就会产生一层很薄的压力很高的油膜,这层油膜就把过盈配合接触面给分开。这层油膜有效的使零部件间的摩擦系数变小。而且这层油膜不仅减小九成拆卸力,而且也在同时使部件间摩擦损坏的风险也降低了。但是比起圆柱轴承,圆锥轴承就不同了,因为由于圆锥轴承的结构,所以它在拆解时不需要施加轴向推出力,依靠液压在锥面的形成的反作用力就可将圆锥轴承推出。但是就目前液压拆卸而言,由于技术问题液压拆卸现在主要应用于一些尺寸较小、过盈量不大的零部件。

图1-1圆柱,圆锥轴承液压拆卸原理

液压装配的优点有很多:第一,液压系统因为使用液压油作为介质所以可以准确控制所需的拆装压力,以免刮伤拆装部件;第二,液压拆装时,在接触面注入的液压油压力是相同的,不会出现压力不均而导致部件变形不均的现象,第三,液压油形成的高压油膜降低了接触表面间的摩擦作用,减小了拆装时所需的轴向推力,有利于实现无损拆装。但需要指出的是,液压拆解属于主动拆解,在设计初期就要考虑需要事

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先开设注油通道[7]。

1.3选题的意义与目的 1.3.1选题的意义

曲轴加装曲轴减震器是利用阻尼和弹性系统来有效的吸收轴系的震动。当然阻尼和弹性作用都存在的减震器对于曲轴而言更为合适。曲轴减震器能否发到预期的减震功能,不能只靠计算结果来证明,其原因是在扭震计算中,惯量经过当量简化,是理想化的状态,所以在初步设计后,最终还要经过特性测试来调整减震器参数,才能满足内燃机的实际工作要求。

因为曲轴减震器和曲轴之间为过盈配合,曲轴减震器在安装过程中需要推压油路和涨压油路的配合,首先通过涨压油路将减震器孔涨大到合理的直径,然后再利用拉伸器通过推压油路利用活塞推动减震器到合理位置,最后涨压油路释放压力使曲轴减震器与曲轴配合。同样,在拆卸曲轴减震器的时候先是用涨压油路将减震器孔涨大到合理的直径,然后再利用拉伸器通过推压油路利用活塞拉动减震器到合理位置使其与曲轴分离。

但是在实际操作中推压油路和涨压油路压力的压力匹配很难控制,这样带来的后果就是安装时涨压油路还未将减震器孔涨大到合理的直径,推压油路就利用活塞推动减震器进行安装,这样减震器在安装过程中将会把曲轴划伤。在实际的拆装中,在曲轴减震器上会发生冷焊现象,这就是因为压力匹配不合理导致的结果。同样,在拆卸曲轴减震器时涨压油路还未将减震器孔涨大到合理的直径,推压油路就利用活塞拉动减震器进行拆卸,这样减震器在拆卸过程中也会把曲轴划伤,同样也会发生冷焊现象,这对曲轴不好,对曲轴减震器也不好。

1.3.2选题的目的

为防止减震器在安装及拆卸过程中将曲轴划伤,我们用拉伸器及压力机压入法对减震器进行拆装,液压拆装法的优点在上文已经提到,在这里再不详述。通过基于CFD软件的柴油机曲轴减震器拆装过程仿真与工程分析,先用UG构建柴油机曲轴减震器三维模型,例如主要部件主轮毂和曲轴配合段的实体模型,利用FLUENT分析柴油机曲轴减震器拆装工艺操作方法;再建立柴油机曲轴减震器用拉伸器的三维模

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型,进行柴油机曲轴减震器拆装工艺过程仿真;最后分析柴油机曲轴减震器拆装时推压油路和涨压油路压力分布,进而分析减震器主轮毂和曲轴配合段的工况强度,建立柴油机曲轴减震器拆装过程涨压和推压的匹配关系;可以避免拆装过程的损坏,提高工作效率,提高曲轴的使用寿命。

1.4本论文的主要工作

首先查阅国内外相关文献,了解柴油机曲轴减震器的基本工作原理、用途及结构,了解柴油机曲轴减震器拆装工艺的研究现状与存在问题;然后用三维建模软件构建柴油机曲轴减震器主轮毂和曲轴配合段的实体模型,分析柴油机曲轴减震器拆装工艺操作方法与注意事项;再构建柴油机曲轴减震器用拉伸器的三维模型,进行柴油机曲轴减震器拆装工艺过程仿真;最后利用CFD软件分析柴油机曲轴减震器拆装时涨压油路压力分布,进而分析减震器主轮毂和曲轴配合段的工程强度,建立柴油机曲轴减震器拆装过程涨压和推压的匹配关系;

1.5本章小结

本章综合叙述了船用柴油机曲轴减震器的发展趋势,以及船用柴油机曲轴减震器国内外的研究现状;本章不仅较为详细的介绍了曲轴减震器的技术背景和分类,同时也介绍了过盈配合的液压拆装技术研究现状;阐述本课题的来源,意义,最后阐述了本文所做的主要工作内容。

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第二章 柴油机曲轴减震器的工作原理

2.1曲轴减震器的类型

图1-2 减震器的分类图

通过研究发现,常用的曲轴扭振减振器可分为两种类型,一种是橡胶减振器总成另一种是硅油减振器总成[8]。橡胶减振器的橡胶层很有特点,橡胶层它不仅有弹性而且又有阻尼。橡胶健身器的优点是橡胶减振器不仅其结构简单,而且橡胶减振器成本低; 但橡胶减振器也有缺点,因为橡胶减震器阻尼较小,所以橡胶减震器一般不能满足最大参数匹配的要求;同样也因为橡胶的弹性和阻尼随温度变化较大,所以橡胶减震器性能不稳定。相比而言硅油减振器不仅硅油黏度能较好地控制,而且惯量也能较好地控制,更有胜者是硅油间隙也能较好地控制,同样也因为硅油减振器制造一致性较好,而且硅油黏度的选择范围较大,硅油黏度随温度变化较小,硅油黏度性能稳定,所以说硅油减振器减振效果要比橡胶减振器强很多。

2.2曲轴减震器的工作原理及基本结构 2.2.1曲轴减震器的基本结构

橡胶减震器基本结构可分为两种,一种是平面盘状结构,也就是说橡胶胶层采用平面盘状结构, 用硫化方法枯接在壳体和惯性轮之间;另一种是胶层呈环形,采用预压缩镶嵌方式结构, 同样也有将减震器和皮带轮做成一体的结构[9]。

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硅油减振器大体是由三部分组成的,它们分别是壳体、惯性圆盘和起轴承作用的减磨衬套,壳体内部安装的是硅油减震器的惯性圆盘。惯性圆盘可绕光滑耐磨的减磨衬套进行自由的转动。惯性圆盘与壳体间不是紧紧相连的,它们之间有一定的间隙,这个间隙是用来填放硅油。曲轴的前端固定连接的是硅油减振器的壳体,硅油减振器的壳体不是单独运动的,它是与曲轴系统一起运动的[10]。当曲轴系统发生扭振的时候,惯性圆盘运动总是滞后于壳体的运动是因为硅油减振器的惯性圆盘转动惯量较大,这时间隙中硅油就起到了作用,硅油的黏性阻尼就会消耗振动能量,从而硅油减振器达到减震的目的。而硅油减震器并不是完美的,但是硅油减震器也有缺点,硅油减振器密封较困难,这样一来硅油与空气接触吸收水分时容易变质,减弱减振器减振效果[11]。同样还存在一种硅油橡胶复合式减振器,硅油橡胶复合式减振器由三部分组成,分别

是减振器壳体,惯性质量体和橡胶环,橡胶环用来胶合壳体和惯性体。

2.2.2曲轴减震器的工作原理

橡胶减震器为了更好的改善扭震,可以通过多种方式来实现,比如,改变轴系柔度,对干扰力矩进行调整,也可以附加另外的振动系统,甚至是通过假装减震器来实现。加装减震器的原理就是对阻尼的利用,阻尼可以有效的消耗系统的能量,从而有效的减小振幅,这是一个相当直接有效的好方法。

硅油减震器的原理是,利用高粘度的液态硅油,注满减震器壳和减振环之间的空隙。由于硅油用于内摩擦了大的特点,所以能在工作时起到阻尼扭震的效果。减震器工作时,硅油产生粘性阻尼,从而有效的对振动的能量进行消耗,这就使得降低扭震的目的得以完成。减震器壳体与阻力力矩的乘积,就是硅油产生阻尼消耗的能量[12]。

硅油橡胶复合式减震器,要求把高粘度的硅油惯性体和壳体之间的缝隙注满,利用高难度的有来减少机械振动。橡胶环不仅满肚弹性体作用,同时还可以对硅油进行密封。人们一般采用天然橡胶,这种橡胶发热量和内阻都是很低的,用这种橡胶可以满足它长期在高温和高频振动环境下工作[13]。硅油的阻尼系数和橡胶的弹性参数都有较大的变化范围,这就使得,为了满足各种不同的设计要求,这就给我们提供了较为广泛的选择自由度,能够更好的达到减振效果。实验证明,这种减震器不仅质量轻,而且更加的牢固,寿命也更加的持久,当然,更具减振特效。

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