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《柴油機曲軸的疲勞強度評定》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、柴油機曲軸的疲勞強度評定王民摘要：柴油機曲軸強度對保障船舶的安全性有著重要意義，本文首先介紹了柴油機曲軸疲勞強度評定方法，并給出柴油機動力計算中交變彎矩、交變壓應力的計算方法。本文探討了IACSM53計算方法的合理性，指出強度評定中的常見錯誤并給出改進建議。本文中部分意見已被船級社規(guī)范采納，并用于實際曲軸強度校核。關(guān)鍵詞：曲軸強度評定、疲勞強度、IACSM531．前言曲軸是影響船舶柴油機可靠性最關(guān)鍵的零部件，柴油機的可靠性在很大程度上依靠曲軸的可靠性。由于曲軸無法采用冗余設(shè)計，不得不提高自身的可靠性，因此國際船級社協(xié)會(IACS)制訂了曲軸強度校核的統(tǒng)一要求(IACSU
2、RM53)。曲軸在工作時承受缸內(nèi)的氣體力、往復和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力、扭轉(zhuǎn)力等的作用。施加在連桿軸頸上的徑向力使曲軸承受彎曲作用，切向力使曲軸承受扭矩，同時軸系帶來的扭轉(zhuǎn)振動、縱向振動、曲軸形狀彎曲等都影響曲軸強度。曲軸承受的切向力和徑向力都是隨時間周期變化的量，曲軸各處的應力也具有周期變化的性質(zhì)。對曲軸斷裂事故進行實際分析證明，大多數(shù)斷軸事故是疲勞破壞，因此URM53采用了疲勞強度評價準則，主要評價曲軸圓根及油孔處的疲勞強度。本文介紹根據(jù)M53及中國船級社規(guī)范進行柴油機曲軸強度分析的實用方法，研究實際計算中常見的問題。通過對比幾種曲軸疲勞強度計算方法，對船舶規(guī)范和M53提出
3、修改建議。由于大型低速機計算相對簡單，所以本文以V型中速機為例。2．IACS曲軸疲勞強度評定方法國際船級社協(xié)會IACSURM53船舶柴油機曲軸疲勞強度校核準則，來源于國際內(nèi)燃機學會（CIMAC）的通用計算方法，并被各船級社所采納，廣泛應用于船舶柴油機曲軸設(shè)計。通過曲軸疲勞強度計算，可以計算出曲軸在主軸頸、曲柄銷頸、油孔處的名義交變彎曲應力、名義壓應力、名義交變扭轉(zhuǎn)應力，然后乘以應力集中系數(shù)，并根據(jù)最大應變能強度理論，合成為一當量交變應力，然后同材料的疲勞強度值進行比較，M53要求該比值（即合格系數(shù)）不小于1.15，以評判曲軸強度是否滿足要求。進行曲軸疲勞強度評價包括三個
4、方面，即循環(huán)工作應力、對稱循環(huán)疲勞強度、評價準則。2.1循環(huán)工作應力計算模型和柴油機動力計算方法循環(huán)工作應力的計算有很多種方法，如簡支梁法、連續(xù)梁法、三維有限元法等。M53中采用了簡支梁法。即，名義交變彎曲應力的計算基于靜定系統(tǒng)，把單位曲柄當作一簡支梁考慮，梁的長度為主軸承中心線距離，所受集中力為連桿推力作用在曲柄銷，力和彎矩的計算見圖1。圖1V型機曲拐簡支梁模型M53沒有給出明確的柴油機動力計算方法，設(shè)計者可以采用通用的設(shè)計手冊或動力計算軟件進行計算。通過動力計算，可根據(jù)一個工作循環(huán)內(nèi)不同曲軸角下的氣缸氣體力曲線或表格，計算出慣性力、活塞合成力、連桿推力。我們可根據(jù)柴
5、油機設(shè)計手冊編制Excel計算表格，見表1。表格1柴油機連桿推力計算數(shù)據(jù)曲軸角氣缸氣體力運動件慣性力活塞合成力連桿推力活塞側(cè)向力連桿力切向力連桿力徑向力Degkgf/cm^2kNkNkNkNkNkN0140.360-141.290640.664640.6640.0000.000640.6645147.280-140.431680.352680.51414.84274.082676.469…720140.360-141.290640.664640.6640.0000.000640.664動力計算的第二步，是以動力計算得出的連桿力為基礎(chǔ)，計算出曲柄臂交變徑向壓力和交變彎矩。
6、M53簡支梁模型中力和彎矩的定義，按照圖1，某V型柴油機計算見表格2和3，分別計算出了曲柄臂交變壓力和彎矩值以及曲柄銷油孔交變彎矩值。表格2曲柄臂交變壓力和彎矩計算曲軸角連桿1徑向力連桿1支反力連桿2徑向力連桿2支反力總支反力QR曲柄臂彎矩MBR度kNkNkNkNkNkN-m0640.664360.13-38.6979-14.41345.7239.105676.469380.25-51.8492-19.31360.9540.82…720640.664360.13-38.6979-14.41345.7239.10名義交變值231.29926.160表格3曲柄銷油孔處彎矩曲
7、軸轉(zhuǎn)角法向支反力1法向支反力2總法向支反力法向力彎矩切向支反力1切向支反力2總切向支反力切向力彎矩合成彎矩度kNkNkNkN-mkNkNkNkN-mkN-m0385.40-15.42369.9859.910.0022.1822.183.5959.915406.94-20.66386.2862.5544.5723.9868.5511.1062.55…720385.40-15.42369.9859.910.0022.1822.173.5959.91名義交變彎矩40.082.2曲柄銷主軸頸圓角及油孔處交變合成應力的計算合成應力的計算根據(jù)VONM
