[发明专利]一种内燃机曲轴系统纵扭耦合刚度的计算方法

摘要

一种内燃机曲轴系统纵扭耦合刚度的计算方法，包括如下步骤：测量并记录内燃机曲轴系统相关参数；确定曲轴系统的轴承约束条件；建立纵扭耦合刚度分析模型；在目标曲柄主轴颈处施加单位扭矩，建立空间超静定系统平衡方程，并建立多余约束处的变形协调条件；得到将变形协调条件转变为求解未知多余约束力的补充方程；再联立系统平衡方程，求解出曲轴系统轴承处的支撑反力、目标曲柄固定端处的约束力及约束力矩；在目标曲柄主轴颈和相邻曲柄主轴颈分别施加单位轴向作用力，计算得到单位扭矩作用下的轴向位移柔度；最终求出耦合刚度。本发明方法计算内燃机曲轴系统纵扭耦合刚度精度高且易于工程实现。

主权项

1.一种内燃机曲轴系统纵扭耦合刚度的计算方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一：测量并记录内燃机曲轴系统中相邻曲柄间的曲柄夹角，主轴颈的截面直径和长度，曲柄销的截面直径和长度，曲柄臂的长度及其截面的长和宽；确定曲轴系统的轴承约束条件；步骤二：根据曲轴系统空间结构的反对称性和纵扭耦合振动机理，建立纵扭耦合刚度分析模型；在目标曲柄主轴颈处施加单位扭矩，并根据曲轴系统的轴承约束条件，建立空间超静定系统力学模型；步骤三：建立空间超静定系统平衡方程，确定超静定系统平衡方程、约束力和约束力矩数量的关系，然后解除多余约束力得到静定基，并建立多余约束处的变形协调条件；步骤四：利用变形能法中莫尔定理对空间超静定系统变形协调条件进行分析，得到将变形协调条件转变为求解未知多余约束力的补充方程；再联立系统平衡方程，求解出曲轴系统轴承处的支撑反力、目标曲柄固定端处的约束力及约束力矩；步骤五：在目标曲柄主轴颈和相邻曲柄主轴颈分别施加单位轴向作用力，计算目标曲柄主轴颈及相邻曲柄主轴颈在单位扭矩作用下的轴向位移，进而得到倍频纵扭耦合位移柔度和同频纵扭耦合位移柔度；步骤六：构建倍频纵扭耦合位移柔度、同频纵扭耦合位移柔度分别与轴向柔度、扭转柔度组成的柔度矩阵，再将矩阵求逆，得到两个耦合刚度与扭转刚度和纵向刚度相对系数构成的矩阵，再利用真实的扭转刚度与耦合刚度相对系数关系，求出同频纵扭耦合刚度和倍频纵扭耦合刚度。