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柴油机曲轴系扭转振动计算及配置优化

李从富  
【摘要】:柴油机曲轴由于轴向长度较长,又受到气缸激励力矩以及活塞等构件往复惯性力矩的作用,容易发生扭转振动。剧烈的振动可能使部件之间的传动失稳,产生噪声影响乘坐舒适性,甚至使轴段发生疲劳破坏。因此需要对柴油机曲轴系进行扭转振动分析及配置优化,现有的扭转振动计算软件或程序对曲轴系进行优化时,需要输入数据重新计算,通过结果对比分析好坏,比较繁琐。因此本文根据优化目标编制了遗传算法优化程序,遗传算法优化程序计算时间较长;基于系统固有特性对动力学参数的灵敏度分析法,可快速指导参数优化方向。根据振动模态不变原则建立曲轴系等效集中参数模型,等效模型参数的准确性是计算准确的前提。由于经验公式计算阶梯轴、曲拐的等效扭转刚度的精度不高,没有考虑阶梯轴倒圆角的影响以及实际曲拐扭转变形受到主轴承的约束作用。本文借助有限元分析,重点研究了阶梯轴、曲拐的动力学参数的确定方法,并提出了计算带倒圆角阶梯轴扭转刚度的修正公式。振型叠加法可以快速计算出关键质量点的动力学响应,是分析扭转振动的有效方法。使用编制的Fortran程序计算了系统自由振动固有特性和受迫振动响应。结果显示系统在低转速时滚振较明显,在高转速时扭转振动比较剧烈,因此需要配置减振器或进行构件动力学参数优化。根据单扭摆系统的动力减振器原理设计了初选减振器的动力学参数,并分析了减振器各个参数对系统扭振的影响规律。然后使用遗传算法对减振器参数及飞轮转动惯量进行优化,优化后的系统扭转振动明显降低了;最后使用灵敏度分析法得到了对系统固有频率、固有振型影响较大的动力学参数,分析其对系统扭振的影响,可以快速地对动力学参数进行优化。


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