[發明專利]一種內燃機曲軸系統縱扭耦合剛度的計算方法

有效

• 申請號: 201710645583.7
• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN107563000B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 郭宜斌;王艷寧;李玩幽;李宏亮;陳華清;敖晨陽;張博;王乃昆;王東華;盧熙群;率志君;張亮
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種內燃機曲軸系統縱扭耦合剛度的計算方法，其特征在于，包括下述步驟：

步驟一：測量并記錄內燃機曲軸系統中相鄰曲柄間的曲柄夾角，主軸頸的截面直徑和長度，曲柄銷的截面直徑和長度，曲柄臂的長度及其截面的長和寬；確定曲軸系統的軸承約束條件；

步驟二：根據曲軸系統空間結構的反對稱性和縱扭耦合振動機理，建立縱扭耦合剛度分析模型；在目標曲柄主軸頸處施加單位扭矩，并根據曲軸系統的軸承約束條件，建立空間超靜定系統力學模型；

步驟三：建立空間超靜定系統平衡方程，確定超靜定系統平衡方程、約束力和約束力矩數量的關系，然后解除多余約束力得到靜定基，并建立多余約束處的變形協調條件；

步驟四：利用變形能法中莫爾定理對空間超靜定系統變形協調條件進行分析，得到將變形協調條件轉變為求解未知多余約束力的補充方程；再聯立系統平衡方程，求解出曲軸系統軸承處的支撐反力、目標曲柄固定端處的約束力及約束力矩；

步驟五：在目標曲柄主軸頸和相鄰曲柄主軸頸分別施加單位軸向作用力，計算目標曲柄主軸頸及相鄰曲柄主軸頸在單位扭矩作用下的軸向位移，進而得到倍頻縱扭耦合位移柔度和同頻縱扭耦合位移柔度；

步驟六：構建倍頻縱扭耦合位移柔度、同頻縱扭耦合位移柔度分別與軸向柔度、扭轉柔度組成的柔度矩陣，再將矩陣求逆，得到兩個耦合剛度與扭轉剛度和縱向剛度相對系數構成的矩陣，再利用真實的扭轉剛度與耦合剛度相對系數關系，求出同頻縱扭耦合剛度和倍頻縱扭耦合剛度。

2.如權利要求1所述一種內燃機曲軸系統縱扭耦合剛度的計算方法，其特征在于，所述柔度矩陣表達式為：

其中，為柔度矩陣，u為扭矩和軸向力聯合作用產生的軸向位移；θ′是扭矩和軸向力聯合作用下產生的扭轉角；θ₀為扭矩引起的扭轉角；N為作用在主軸頸上的軸向力；M為作用在主軸頸上的扭矩；u₀為軸向力引起的軸向位移；e_uθ為耦合柔度。

3.如權利要求1或2所述一種內燃機曲軸系統縱扭耦合剛度的計算方法，其特征在于，所述耦合剛度的計算表達式為：

其中，K_θχ為耦合剛度，θ₀為扭矩引起的扭轉角；K_XT,K_T分別為柔度矩陣逆矩陣的元素，其中柔度矩陣逆矩陣的表達式為

式中，K_X,K_XT,K_T分別為柔度矩陣逆矩陣的元素，N為作用在主軸頸上的軸向力；M為作用在主軸頸上的扭矩；u為扭矩和軸向力聯合作用產生的軸向位移；θ′是扭矩和軸向力聯合作用下產生的扭轉角。