对往复式发动机的曲轴进行旋转动力分析

当往复式发动机的曲轴正在旋转时，会发生自激发振动。这些振动是由于曲柄销的偏心率和机械部分上的平衡质量而产生的。在这里，我们将使用rotordynamics模块来准确研究轴对轴平衡的响应，这是对ComsolMultiphysics®软件和结构力学模块的新附加产品。188金宝搏优惠通过这些结果，您可以改进曲轴的设计，以减少振动，同时优化发动机性能。

分析往复引擎中的不同组件

在往复式引擎（一种在汽车行业中突出的发电机）中，一部分失败会导致整个发动机的故障。这是我们在一个中突出显示的元素以前的博客文章，我们分析了往复式发动机的连杆中的疲劳。尽管这种方法提供了一种优化引擎设计并改善其运行寿命的宝贵方法，但也需要考虑许多其他引擎零件。

三缸回报引擎连接杆的疲劳寿命预测。

例如，考虑引擎的曲轴。该机械部分采用活塞的往复运动，该运动连接到曲轴，并将其转换为旋转运动。根据设计，曲柄销（有时称为曲柄杂志）偏心于轴旋转的轴，以使这两个运动之间的转换。但是，当曲轴发生旋转时，曲柄销的这种偏心率会产生不平衡的力。为了平衡这种力，曲轴上添加了一些死质量或平衡质量。但是，由于曲柄引脚的死质量的轴向抵消，沿零件的长度产生了不平衡的弯矩。因此，选择平衡质量的位置是为了最大程度地减少这种不平衡的弯矩 - 也称为平衡转子。

这些曲柄销和平衡质量的偏心率以及它们之间的轴向偏移会导致曲轴在旋转时会经历自激发的振动。就像其他机器一样，包括旋转零件，这些振动可能会影响单个零件的安全性和性能以及它有助于电源的整个系统。

新的旋转动力学模块包括功能，使您能够对发动机的曲轴进行准确的振动分析。今天，我们将探讨我们的应用程序库中展示这些功能的示例。

模型示例：曲轴的动力分析

让我们从查看我们的模型几何形状开始。在此示例中，我们使用来自三缸回报引擎的曲轴。曲轴的几何形状在下面的示意图中描绘，飞轮和轴承位置都突出显示。

发动机曲轴的几何形状。

在分析中，假定转子仅经历由偏心质量引起的自兴振动。曲柄引起的曲柄上的负载被忽略了。为了减少高频振动，将材料阻尼应用于转子。

在稳定状态下，曲轴的角速度为3000 rpm。但是，最初是为了确保平稳的启动。选择坡道的长度，以便转子通过线性增加到0 rpm的速度完成革命，然后以这种恒定的角速速度继续进行。

为了准确对轴承轴承组件进行建模，我们可以使用固体转子带有流体动力轴承多物理耦合。该耦合包括以下内容：

• 一种固体转子物理节点
• 一种流体动力轴承节点
• 一种固体转子轴承耦合多物理耦合节点

为了说明期刊轴承中的稀薄流体膜流，我们可以使用流体动力期刊轴承功能，可在流体动力轴承界面。

评估模拟结果

以下图显示了曲轴的应力轮廓。如图所示，靠近飞轮的轴承会承受最大载荷，从而在相应的期刊中产生最大应力。靠近飞轮的轴承也是产生最高压力的地方。

曲轴内的压力和轴承表面上的压力分布。

看日记轨道，我们可以看到它们对四个轴承中的每个轴承均稳定。在稳定状态下，每个期刊都达到了各自的平衡位置。这是在下面左侧的图中突出显示的。同时，右侧的图是第三个期刊的横向位移组件。结果表明，这些侧向位移经历了阻尼的振动，并在稳态下达到平衡值，如上所述。

左：描绘日记中心轨道的情节。右：显示第三个期刊的横向位移成分。

了解有关旋转动力学模块的更多信息

• 要快速介绍rotordynamics模块及其各种功能，请查看此博客文章：用旋转动力学模块分析各种旋转机
• 观看此存档的网络研讨会，以了解如何使用rotordynamics模块的功能：使用COMSOL®软件分析转子和旋转组件188金宝搏优惠