[发明专利]一种计算曲轴与轴承耦合特性的方法及系统

权利要求书

1.一种计算曲轴与轴承耦合特性的方法，其特征在于，具体步骤包括如下：

根据全局参数得到各档轴承动力学参数和轴段传递矩阵；

根据所述各档轴承动力学参数获取轴承传递矩阵；与所述轴段传递矩阵按顺序连乘得到系统传递矩阵；

将所述系统传递矩阵计算时域响应；根据所述时域响应得到各轴承下一时刻的相对位置；

判断是否完成内燃机工作周期，若尚未计算完毕，将所述各轴承下一时刻的相对位置作为输入参数继续进行计算；

若已完成内燃机工作周期，判断周期内曲轴-轴承系统工作特性是否收敛，若收敛，则保存曲轴-轴承系统在所述周期内的工作特性结果；若未收敛，则更新轴承初始位置重新计算；

还包括轴承润滑性能及动力学参数计算模块，所述轴承润滑性能及动力学参数计算模块的具体工作过程为：

根据输入的轴承结构参数及初始假设位置，通过油膜厚度方程计算得到各轴承油膜厚度；

采用有限差分法，选取雷诺边界条件，通过所述各轴承油膜厚度对雷诺方程进行求解，得到油膜压力分布；

判断所述油膜压力分布是否收敛，若收敛，则根据所述油膜压力分布积分计算油膜承载力，若不收敛，则初始化轴承压力矩阵，继续求解雷诺方程；

根据所述油膜承载力计算所述各档轴承动力学参数；

所述油膜厚度方程为：

其中，h为油膜厚度，为轴颈中间截面在x方向的偏心距，为轴颈中间截面在y方向的偏心距，z为宽度放行坐标，α_x为x方向的倾斜角，α_y为y方向的倾斜角，c为半径间隙，计算公式为c＝R-r，其中R为轴承的半径，r为轴颈的半径；

所述雷诺方程为：

其中，ρ为润滑介质密度，h为油膜厚度，η为润滑介质粘度，p为所述油膜压力分布，U为轴颈与轴瓦相对转速，x为轴承周向，y为轴承径向，t为时间。

2.根据权利要求1所述的一种计算曲轴与轴承耦合特性的方法，其特征在于，所述油膜承载力的计算公式为：

其中，p为所述油膜压力分布，R为轴承半径，Rdθ＝dx，θ方向即为x方向，B为轴承宽度。

3.根据权利要求1所述的一种计算曲轴与轴承耦合特性的方法，其特征在于，所述轴段传递矩阵为：

其中，T_x为直梁单元纵向传递矩阵，T_our为直梁单元扭转传递矩阵，T_x-z为直梁单元在x-z面横向振动传递矩阵，T_x-y为直梁单元在x-y面横向振动传递矩阵。

4.根据权利要求1所述的一种计算曲轴与轴承耦合特性的方法，其特征在于，所述轴承传递矩阵为：

其中，k_x为x方向的弹簧刚度，k_y为y方向的弹簧刚度，k_z为z方向的弹簧刚度。

5.一种计算曲轴与轴承耦合特性的系统，其特征在于，包括轴承润滑性能及动力学参数计算模块、曲轴纵横扭三维振动计算模块、强迫振动计算模块、轴承相对位置反馈模块；其中，

将全局参数输入到所述轴承润滑性能及动力学参数计算模块中，得到各档轴承动力学参数，将所述全局参数输入到所述曲轴纵横扭三维振动计算模块，得到轴段传递矩阵；

将所述各档轴承动力学参数代入所述曲轴纵横扭三维振动计算模块，获取轴承传递矩阵；与所述轴段传递矩阵按顺序连乘得到系统传递矩阵；

把所述系统传递矩阵输入所述强迫振动计算模块，采用Newmark算法计算时域响应；

所述轴承相对位置反馈模块接收所述时域响应，根据所述时域响应得到各轴承下一时刻的相对位置；

判断是否完成内燃机工作周期，若尚未计算完毕，将所述各轴承下一时刻的相对位置作为输入参数继续进行计算；

若已完成内燃机工作周期，判断周期内曲轴-轴承系统工作特性是否收敛，若收敛，则保存曲轴-轴承系统在所述周期内的工作特性结果；若未收敛，则更新轴承初始位置重新计算；

还包括轴承润滑性能及动力学参数计算模块，所述轴承润滑性能及动力学参数计算模块的具体工作过程为：

根据输入的轴承结构参数及初始假设位置，通过油膜厚度方程计算得到各轴承油膜厚度；

采用有限差分法，选取雷诺边界条件，通过所述各轴承油膜厚度对雷诺方程进行求解，得到油膜压力分布；

判断所述油膜压力分布是否收敛，若收敛，则根据所述油膜压力分布积分计算油膜承载力，若不收敛，则初始化轴承压力矩阵，继续求解雷诺方程；

根据所述油膜承载力计算所述各档轴承动力学参数；

所述油膜厚度方程为：

其中，h为油膜厚度，为轴颈中间截面在x方向的偏心距，为轴颈中间截面在y方向的偏心距，z为宽度放行坐标，α_x为x方向的倾斜角，α_y为y方向的倾斜角，c为半径间隙，计算公式为c＝R-r，其中R为轴承的半径，r为轴颈的半径；

所述雷诺方程为：

其中，ρ为润滑介质密度，h为油膜厚度，η为润滑介质粘度，p为所述油膜压力分布，U为轴颈与轴瓦相对转速，x为轴承周向，y为轴承径向，t为时间。