[发明专利]一种计算曲轴与轴承耦合特性的方法及系统

说明书

本发明公开了一种计算曲轴与轴承耦合特性的方法及系统，涉及内燃机仿真技术领域，本发明包含四个模块：曲轴纵横扭三维振动计算模块，轴承润滑性能及动力学参数计算模块，强迫振动计算模块，轴承相对位置反馈模块。每一时刻根据上一时刻计算结果重新对四个模块进行计算，以模拟曲轴‑轴承系统动态特性，形成曲轴‑轴承系统耦合瞬态特性计算方法，以解决对曲轴‑轴承系统匹配特性计算的问题。

技术领域

本发明涉及内燃机仿真技术领域，更具体的说是涉及一种计算曲轴与轴承耦合特性的方法及系统。

背景技术

曲轴-轴承系统是内燃机最为关键的系统之一，其工作特性与安全性直接影响内燃机的经济指标。曲轴作为柴油机关键传动部件，其运转状态决定了整机的安全性、经济性以及寿命。曲轴主轴承作为一种典型的动载荷滑动轴承，用以支撑曲轴，工作状况恶劣，其可靠性决定了内燃机的稳定运转。

目前我国内燃机设计发展迅速，已经具备一定的基础，但内燃机生产单位出现了多次轴承磨损、滑油过热、曲轴振动过大等故障，这些故障可能不是本身部件出现的设计问题，而是曲轴与轴承之间匹配特性的问题。轴承设计充分考虑了摩擦学性能参数，但忽略了其支撑特性对曲轴系振动响应的影响；曲轴设计也仅对轴承动力学参数做出要求，未考虑轴承在运转过程中的动态特性。因此需要建立一套综合考虑曲轴与轴承之间相互作用的曲轴纵横扭三维振动与轴承摩擦学耦合特性计算模型，充分阐释曲轴-轴承系统完整的工作过程，揭示曲轴三维振动与轴承摩擦学之间的耦合规律，建立曲轴-轴承系统匹配设计方法，为内燃机曲轴-轴承系统设计及故障提供理论依据。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种计算曲轴与轴承耦合特性的方法及系统，以解决对曲轴-轴承系统匹配特性计算的难题，为内燃机曲轴-轴承系统设计及故障提供理论依据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种计算曲轴与轴承耦合特性的方法，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。

优选的，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各档轴承动力学参数。

优选的，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。

优选的，所述雷诺方程为：