外文翻译--主轴平衡力和曲轴弯曲应力的研究 中文版

南 京 理 工 大 学 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 学 号： 外文出处： 40（ 2009） 95 104 附 件： 指导教师评语： 文献翻译基本符合科技论文语法习惯，语句较通顺，用词较简练。但还需注意专业词汇的合理翻译。整篇文章翻译良好。 签名： 年 月 日 注： 请将该封面与附件装订成册。 (用外文写 ) 附件 1：外文资料翻译译文 主轴平衡力和曲轴弯曲应力的研究 关键词： 平衡力 曲轴模型 平 衡率 轴承负荷 弯曲应力 摘要： 在这项研究中，使用了多体系统仿真程序 究同轴 6 缸柴油发动机上平衡物的质量和位置对主轴负荷和弯曲应力的影响，在分析中，用刚性，梁和曲轴三维实体模型对主轴承负荷和三维实体模型进行了比较，在平衡力的分析中使用了横梁模型。平衡角为零的平衡物和平衡角为 30 的平衡物，它们的平衡率认为是 0， 50和 100。而且研究结果发现，随着最大主轴承负荷和弯曲应力增加，平衡率的增加和平均主轴承平衡率随负载随之减少。两种结构都表现出同样的趋势。从轴承负载和网站弯曲应力的表列中可以看 出来，与惯性力的负荷相比气体压力对曲轴设计的影响更为显著。 2007 科学版权有 1 . 导言 新的内燃机引擎必须具有很高的电力，燃油经济性好，体积小的发动机，能减少对环境的污染。因此，引擎每个部分的整体性能和效果都需要仔细的调查改进。内燃机曲轴系统发动机作为主要负责为电力生产对发动机性能有着重要的影响。 曲轴系统主要由活塞销，活塞连接连杆，曲轴，扭转振动阻尼器和飞轮构成的。平衡物放置在每个曲柄的对面用来平衡旋转惯性力。一般而言，平衡物的设计其平衡率为 50至 100。为了可承受最大值和平均主轴承 载力，平衡物的质量和他们的位置很重要。最大值和平均发动机主轴承载力取决于气缸的压力，平衡物的质量，发动机转速和其他曲轴几何参数。 对内燃机曲轴的研究主要集中振动和应力分析上。尽管曲轴压力分析可以查看文献资料，但是没有平衡物对主轴负载和曲轴压力的影响这方面的研究文献资料。夏普采用刚性模型研究了 V - 8 发动机曲轴的平衡，优化了平衡力来尽量减少主轴的承载负荷。斯坦利和塔拉扎采用刚性曲轴模型和理想通过研究获得的 4到 6 缸对称行发动机的最高和平均主轴承的负荷，估算出理想的平衡物质量，和在可接受范围内的最大负载 所造成得影响。在用刚性曲轴模型分析平衡力时，如果不考虑对曲轴主轴承的弹性效应会导致极大的错误。因此，广泛对平衡物在主轴负载和曲轴压力所产生的影响的研究仍然是很重要的。 在这项研究中，对轴向六缸柴油机曲轴系统上的平衡物的位置和质量进行了研究。在对平衡角为零的平衡物和平衡角为 30 的平衡物，其配重平衡率为 0，50和 100的的主轴的承载负荷和曲轴弯曲应力的最大值和平均值计算中，使用多体系统仿真程序， 擎，进行了分析。模拟平均转速在 1000 2. 发动机规格 表 1 给出直列 6 缸柴油发动机的规格。 发动机的曲轴有 8 个平衡物在曲柄上 1， 2， 5， 6， 7， 8， 11 和 12。用 E 绘制三维曲轴实体模型如图 1所示，图中给出了曲轴的示意图。表 2 中给出曲柄行程的性质。表 3 给出曲柄的系统数据。 表 1 发动机规格 单位 发动机 孔径 15 冲程 44 气缸轴向距离 34 峰值发射压力 9 额定功率转速 kw/95/2200 最大转矩转速 Nm/600/1200要杂志 /针直径 5/81 点火顺序 - 1轮质量 轮转动惯量 Kg 尼环的质量 V 量 of of of of g 表 2 曲柄行程性质 1 2 3 4 5 6 质量（ 心位置的曲柄旋转轴 (态不平衡 (kg 3 曲轴系统数据 曲柄半径（ 72 连杆长度 ( ) 239 质量完全活塞 ( ) 杆往复质量 ( ) 复式质量（每个气缸总） ( ) 杆转动质量（ ） . 曲轴系统建模 用 动机，曲轴，可以建立四个不同的模型方式：刚性曲轴，扭灵活的曲轴，横梁曲轴和曲轴三维实体。刚性曲轴模型主要用于获取自由的力和力矩，来达到平衡的目的。扭灵活的曲轴模型用于研究扭转振动。横梁曲轴模型是代表扭转和弯曲刚度曲轴，用梁模型可以计算出弯曲应力。弹性曲轴三维实体模型，可使用额外的有限元程序。该过程是漫长的而费时，通常自由度以百万计的。为了简化有限元模型，我们使用模态叠加技术。弹性变形结构是近似的线性组合可表现为模式如下： U= q (1) 其中 q 是模态向量的坐标和是形状函数矩阵。 弹性体包含两种类型的节点，在多体仿真系统（ 构的边界和焦点的交换处的接口节点，和内部节点。在 对弹性体的位置和弹性变形是由叠加法计算的。在 用以 法为基础的 模态综合技术。这种组件模式包含了静态和动态特性的结构。这些模式的约束模式是通过给每个 个位移而发生静态变形，同时保持其他所有接口自由度固定，固定边界是解决方 案的特征值，我们用固定整个界面的自由度来解决这个问题。模态在物理自由度和 式之间转换，这种模型是通过他们的模态坐标来描述： 式中的 1分别代表着边界自由度和内部自由度的列向量，分别表示恒等式和零矩阵， n 表示在正常模式中物理位移的内部自由度的矩阵， 们为了能得到分离设置的模式，通常将约束模式和正常模式正交。 在 用模态叠加技术可以得到 发动机的弹性曲轴三维实体模型。首先，图中所示是曲轴的三维实体模型， 1 是曲轴的有限元模型，特点是它有 30 万十节点四面体和 5000000 节点。曲轴的模态模式具有三十二个边界自由度和十六个接口节点。从静态分析中得到的模态模式与这些自由度相符合。 获得柔性曲轴模型是通过模态综合考虑了 40 个固定边界正常模式。因此灵活曲轴模式的特点是它总共有 72 个自由度，这种模式出口到 擎和曲轴系统模型，如图。 4. 曲轴系统和平衡力 在内燃机里的作用力可以分为惯性力和压力， 而惯性力可以进一步划分为两大类：旋转惯性力和往复式惯性力。每个气缸的旋转惯性力可以用下面的公式表示： 式中的 示旋转质量其中包括了曲柄的质量和旋转连杆的部分质量； 曲轴的旋转中心到旋转质量的重心的这段距离； W 曲轴的角速度， h 表示与 关的曲柄行程的角位置。如果每个曲柄行程有两个平衡力，每个平衡力的作用力由下式给出； 式中的 yi,个行程有两个平衡力。“ i”表示了平衡力的数目。我们要完成对平衡率的评估才能得到配重的大小。如下： 式中的 配重的静态不平衡量； 示每个曲柄行程的静态不平衡量； r 表示曲柄半径； K 表示一对内部旋转力的不平衡率。下面这个公式表示在已知曲轴和平衡力大小情况下的平衡率： 对于一个轴向的六缸发动机曲轴，它的三对曲柄行程分布在对称轴中心的一百二十度处，旋转力和一二阶往复力处于平衡状态。这可以用一二阶的向量坐标来解释，如图 4 所示。六缸曲轴产生的旋转力和往复力相互平衡，但是这也导致了内部弯矩的产生。高速运转，两个相同的定向曲柄行程导致中心轴上产生一个旋转 载荷。气缸的旋转惯性力通常可以抵消部分曲轴对面的平衡力。一般来说，设计平衡物时平衡率在 50%到 100%之间。 附件 2：外文原文