cfd的柴油机曲轴减震器拆装过程仿真与工程分析
摘 要摘 要本文介绍了柴油机曲轴减震器国内外发展趋势和最新研究现状，以某一型号的柴油机曲轴减震器为研究对象，通过三维建模软件建立了曲轴减震器的三维模型，紧接着进行组装，分析了其工作原理和工况。柴油机系统之所以会发生扭转共振是因为柴油机的轴系是弹性系统。在运转中当干扰力矩的频率和轴系的固有频率相同时, 即会发生扭转共振。扭转共振的危害极其严重,加装曲轴减震器是吸收振动最直接的方法。本文通过了建立曲轴减震器的三维模型，研究了曲轴减震器的拆装过程，更直观的观察曲轴减震器在拆装过程中存在的问题。在参考了大量国内外有关流体利用UG软件分别建立了曲轴减震器和推压油路涨压油路的三维模型；然后利用GAMBIT软件对涨压油路和推压油路进行网格的划分。应用CFD分析软件FLUENT，用有限元方法对推压油路和涨压油路的流场进行数值模拟，并用图像的形式给出计算结果。本文通过设置流体的边界条件，设置流体的材料属性，对推压油路，涨压油路进行数值模拟，分别得出了推压油路，涨压油路的压力可视化图形。通过对流场数值模拟，得出了涨压和推压的匹配关系。本文进行的研究工作为液压装配系统的压力匹配和性能优化提供了一定的参考依据，将为曲轴减震器的拆装提供指导关键词：曲轴减震器，数值模拟，退压油路，涨压油路 目 录
第一章 绪 论 1
1.1 柴油机曲轴减震器的发展概括与研究现状 1
1.1.1 曲轴减震器的技术背景 1
1.1.2 曲轴减震器的发展趋势 1
1.2 过盈配合的液压拆装技术研究现状 2
1.3 选题的意义与目的 3
1.3.1 选题的意义 3
1.3.2 选题的目的 3
1.4 本课题的主要工作 4
1.5 本章小结 4
第二章 柴油机曲轴减震器的工作原理 5
2.1 曲轴减震器的类型 5
2.2 曲轴减震器的工作原理及基本结构 5
2.2.1 曲轴减震器的基本结构 5
2.2.2 曲轴减震器的工作原理 6
2.2.3 曲轴减震器的特点 6
2.3 本章小结 7
第三章 计算流体力学理论基础 8<
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4
第二章 柴油机曲轴减震器的工作原理 5
2.1 曲轴减震器的类型 5
2.2 曲轴减震器的工作原理及基本结构 5
2.2.1 曲轴减震器的基本结构 5
2.2.2 曲轴减震器的工作原理 6
2.2.3 曲轴减震器的特点 6
2.3 本章小结 7
第三章 计算流体力学理论基础 8
3.1 计算流体力学的概念 8
3.2 基本控制方程 8
3.2.1 系统与控制体 8
3.2.2 质量守恒方程（连续性方程） 9
3.2.3 动量守恒方程（运动方程） 9
3.2.4 能量守恒方程 9
3.3 CFD数值模拟方法分类 10
3.3.1 有限差分法 10
3.3.2 有限元法 10
3.3.3 有限体积法 10
3.4 层流和湍流的基本理论 11
3.5 FLUENT概述 11
3.6 GAMBIT概述 11
3.7 本章小结 12
第四章 柴油机曲轴减震器模型建立及装配 13
4.1 主要零件的三维模型建立 13
4.1.1 主轮毂三维模型的建立 13
4.1.2 次轮毂三维模型的建立 13
4.1.3 拉伸器体三维模型的建立 14
4.1.4 曲轴三维模型的建立 14
4.1.5 曲轴齿轮三维模型的建立 15
4.2 其他零件的三维模型建立 15
4.2.1 侧板三维模型的建立 15
4.2.2 隔圈三维模型的建立 16
4.2.3 衬套三维模型的建立 16
4.2.4 活塞三维模型的建立 16
4.3 柴油机曲轴减震器三维装配 17
4.3.1 减震器三维装配 17
4.3.2 柴油机曲轴减震器三维装配 18
4.4 柴油机曲轴减震器拆装工艺过程仿真 18
4.5 本章小结 19
第五章 柴油机曲轴减震器拆装油路压力分析 20
5.1 柴油机曲轴减震器拆装时推压油路压力分析 20
5.1.1 推压油路模型建立 20
5.1.2 网格划分 20
5.1.3 设置边界类型 22
5.1.4 求解设置 23
5.1.5 求解结果 31
5.2 柴油机曲轴减震器拆装时涨压油路压力分析 32
5.2.1 涨压油路模型建立 32
5.2.3 设置边界类型 35
5.2.4 求解设置 36
5.2.5 求解结果 43
5.3 本章小结 44
总结与展望 45
致 谢 46
参考文献 47
第一章 绪 论
1.1柴油机曲轴减震器的发展与研究现状
1.1.1曲轴减震器的技术背景
当发动机运转的时候，由于发动机汽缸中的燃料的，燃料的燃烧的瞬间会产生巨大的压力，点火瞬间产生的压力同曲柄连杆机构传递到曲轴上，从而驱动曲轴旋转。由于发动机的每个缸内燃烧产生的瞬时巨大压力对其曲轴都会产生一个冲击，因此，曲轴在工作周期内将产生不均匀的旋转，旋转的角速度的峰值与工作周期的点火数对应。曲轴的这种不均匀旋转称之为曲轴滚震[1]。另外，由于曲轴存在一定的扭转刚度，作用在前端曲拐上的力会使曲轴前段相对后端迅速发生扭转变形，而当作用力消失后，这种扭转迅速复位，这种现象为曲轴扭震[2]。
为了减少滚震及扭震对曲轴的影响，当前发动机都在曲轴上面安装了飞轮和圆形的曲轴减震器，在这样的曲轴减震器内部存在橡胶阻尼环等装置，能够避免曲轴产生共振，同时也可以吸收部分扭震能量来达到减震的作用。
但是，就现有的曲轴减震器而言，这些仍不能完全消除滚震对曲轴的影响，使得曲轴减震器依然会存在不均匀旋转。曲轴不均匀的旋转会带动皮带产生较大的皮带张力，较大的皮带张力波动不仅会使皮带容易打滑，皮带磨损加剧，各结构之间产生摩擦进而产生噪音，而且会对其他附件产生冲击，使运动机构不稳定，特别是转动惯量较大的发电机和空调压缩机等零部件[3]。
1.1.2 曲轴减震器的发展趋势
国内外研究者减振器已经对曲轴的扭震，曲轴减震器进行了大量研究。早在20世纪20、30年代国内外的研究者们就注意到了硅油减震器，慢慢的不仅对硅油减震器的匹配而且对硅油减震器的设计等进行了研究。英国内燃机研究协会较为系统的研究了柴油机轴系的两质量点和三质量点简化模型的硅油减振器匹配计算方法，还给出了减振器的最佳阻尼系数计算和发热量计算的校核方法，这些方法一直沿用到现在，最佳阻尼系数计算和发热量计算的校核方法是目前广泛使用的理论和方法[4]。
德国内燃机研究协会也在20世纪50、60年针对硅油减振器的工程应用方面存在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11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
第一章 绪 论 1
1.1 柴油机曲轴减震器的发展概括与研究现状 1
1.1.1 曲轴减震器的技术背景 1
1.1.2 曲轴减震器的发展趋势 1
1.2 过盈配合的液压拆装技术研究现状 2
1.3 选题的意义与目的 3
1.3.1 选题的意义 3
1.3.2 选题的目的 3
1.4 本课题的主要工作 4
1.5 本章小结 4
第二章 柴油机曲轴减震器的工作原理 5
2.1 曲轴减震器的类型 5
2.2 曲轴减震器的工作原理及基本结构 5
2.2.1 曲轴减震器的基本结构 5
2.2.2 曲轴减震器的工作原理 6
2.2.3 曲轴减震器的特点 6
2.3 本章小结 7
第三章 计算流体力学理论基础 8<
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第二章 柴油机曲轴减震器的工作原理 5
2.1 曲轴减震器的类型 5
2.2 曲轴减震器的工作原理及基本结构 5
2.2.1 曲轴减震器的基本结构 5
2.2.2 曲轴减震器的工作原理 6
2.2.3 曲轴减震器的特点 6
2.3 本章小结 7
第三章 计算流体力学理论基础 8
3.1 计算流体力学的概念 8
3.2 基本控制方程 8
3.2.1 系统与控制体 8
3.2.2 质量守恒方程（连续性方程） 9
3.2.3 动量守恒方程（运动方程） 9
3.2.4 能量守恒方程 9
3.3 CFD数值模拟方法分类 10
3.3.1 有限差分法 10
3.3.2 有限元法 10
3.3.3 有限体积法 10
3.4 层流和湍流的基本理论 11
3.5 FLUENT概述 11
3.6 GAMBIT概述 11
3.7 本章小结 12
第四章 柴油机曲轴减震器模型建立及装配 13
4.1 主要零件的三维模型建立 13
4.1.1 主轮毂三维模型的建立 13
4.1.2 次轮毂三维模型的建立 13
4.1.3 拉伸器体三维模型的建立 14
4.1.4 曲轴三维模型的建立 14
4.1.5 曲轴齿轮三维模型的建立 15
4.2 其他零件的三维模型建立 15
4.2.1 侧板三维模型的建立 15
4.2.2 隔圈三维模型的建立 16
4.2.3 衬套三维模型的建立 16
4.2.4 活塞三维模型的建立 16
4.3 柴油机曲轴减震器三维装配 17
4.3.1 减震器三维装配 17
4.3.2 柴油机曲轴减震器三维装配 18
4.4 柴油机曲轴减震器拆装工艺过程仿真 18
4.5 本章小结 19
第五章 柴油机曲轴减震器拆装油路压力分析 20
5.1 柴油机曲轴减震器拆装时推压油路压力分析 20
5.1.1 推压油路模型建立 20
5.1.2 网格划分 20
5.1.3 设置边界类型 22
5.1.4 求解设置 23
5.1.5 求解结果 31
5.2 柴油机曲轴减震器拆装时涨压油路压力分析 32
5.2.1 涨压油路模型建立 32
5.2.3 设置边界类型 35
5.2.4 求解设置 36
5.2.5 求解结果 43
5.3 本章小结 44
总结与展望 45
致 谢 46
参考文献 47
第一章 绪 论
1.1柴油机曲轴减震器的发展与研究现状
1.1.1曲轴减震器的技术背景
当发动机运转的时候，由于发动机汽缸中的燃料的，燃料的燃烧的瞬间会产生巨大的压力，点火瞬间产生的压力同曲柄连杆机构传递到曲轴上，从而驱动曲轴旋转。由于发动机的每个缸内燃烧产生的瞬时巨大压力对其曲轴都会产生一个冲击，因此，曲轴在工作周期内将产生不均匀的旋转，旋转的角速度的峰值与工作周期的点火数对应。曲轴的这种不均匀旋转称之为曲轴滚震[1]。另外，由于曲轴存在一定的扭转刚度，作用在前端曲拐上的力会使曲轴前段相对后端迅速发生扭转变形，而当作用力消失后，这种扭转迅速复位，这种现象为曲轴扭震[2]。
为了减少滚震及扭震对曲轴的影响，当前发动机都在曲轴上面安装了飞轮和圆形的曲轴减震器，在这样的曲轴减震器内部存在橡胶阻尼环等装置，能够避免曲轴产生共振，同时也可以吸收部分扭震能量来达到减震的作用。
但是，就现有的曲轴减震器而言，这些仍不能完全消除滚震对曲轴的影响，使得曲轴减震器依然会存在不均匀旋转。曲轴不均匀的旋转会带动皮带产生较大的皮带张力，较大的皮带张力波动不仅会使皮带容易打滑，皮带磨损加剧，各结构之间产生摩擦进而产生噪音，而且会对其他附件产生冲击，使运动机构不稳定，特别是转动惯量较大的发电机和空调压缩机等零部件[3]。
1.1.2 曲轴减震器的发展趋势
国内外研究者减振器已经对曲轴的扭震，曲轴减震器进行了大量研究。早在20世纪20、30年代国内外的研究者们就注意到了硅油减震器，慢慢的不仅对硅油减震器的匹配而且对硅油减震器的设计等进行了研究。英国内燃机研究协会较为系统的研究了柴油机轴系的两质量点和三质量点简化模型的硅油减振器匹配计算方法，还给出了减振器的最佳阻尼系数计算和发热量计算的校核方法，这些方法一直沿用到现在，最佳阻尼系数计算和发热量计算的校核方法是目前广泛使用的理论和方法[4]。
德国内燃机研究协会也在20世纪50、60年针对硅油减振器的工程应用方面存在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11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
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