采用多体动力学的压缩机曲轴结构优化

王枫 1; 陈征 1; 李花 1; 冯健美 2

doi:10.7652/xjtuxb201703002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

采用多体动力学的压缩机曲轴结构优化

更新时间：2025-07-09

- 采用多体动力学的压缩机曲轴结构优化
- Optimization for Compressor Crankshaft by Multi-Body Dynamics Analysis Method
- 西安交通大学学报 2017年51卷第3期页码：7-13
- 作者机构：
  
  大连交通大学动车运用与维护工程学院,辽宁,大连,116028
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  : 2016-07-21。作者简介: 王枫(1974—),女,副教授;冯健美(通信作者),女,副教授。基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51205035);辽宁省自然科学基金资助项目(2015020171,201602133)
- DOI：10.7652/xjtuxb201703002
  中图分类号： TH457:TB652
- 网络首发：2017-03-10，
  
  纸质出版：2017
- 稿件说明：
移动端阅览
王枫 1, 陈征 1, 李花 1, 等. 采用多体动力学的压缩机曲轴结构优化[J]. 西安交通大学学报, 2017,51(3):7-13.

Optimization for Compressor Crankshaft by Multi-Body Dynamics Analysis Method[J]. 2017, 51(3): 7-13.
王枫 1, 陈征 1, 李花 1, 等. 采用多体动力学的压缩机曲轴结构优化[J]. 西安交通大学学报, 2017,51(3):7-13. DOI： 10.7652/xjtuxb201703002.

Optimization for Compressor Crankshaft by Multi-Body Dynamics Analysis Method[J]. 2017, 51(3): 7-13. DOI： 10.7652/xjtuxb201703002.

摘要

以小型活塞式压缩机为研究对象

提出了降低曲轴系统扭振幅值、提高曲轴强度、轻量化曲轴的优化设计方法。在考虑电机转动惯量影响的同时建立了曲轴系统多体动力学模型

利用正交试验方法从多个设计参数中筛选出影响曲轴系统扭振和强度性能的显著因子

并在显著因子和曲轴系统一个周期内的最大扭转角、峰值应力及质量下拟合了二阶响应面模型

采用非劣排序遗传算法(NSGA-II)对二阶响应面拟合模型进行了优化。通过对某W型活塞式压缩机平衡重过渡圆角半径、曲轴偏心距和曲柄厚度进行优化显示

压缩机曲轴质量、自由端扭转角、峰值应力与初始值相比分别下降了11.31%、22.9%、25.10%

表明优化后曲轴系统的扭振幅值下降

质量减轻

强度提升。研究结果可为优化压缩机设计、提高曲轴的性能提供参考。

Abstract

An optimization design for the crankshaft of small reciprocating compressors is proposed aiming at reducing the torsional vibration

improving the strength and reducing the mass of the crankshaft system. A multi-body dynamic model of the crankshaft is established considering the motor moment inertia

and the orthogonal test is applied to determine the most remarkable factors affecting vibration and strength of the crankshaft system. A second-order response surface model is constructed by fitting the parameters of the selected remarkable factors

i. e. maximum torsional angular

mass and peak stress during every working cycle. All second-order analytic models are optimized with non-dominated sorting genetic algorithm. A case of W-type reciprocating compressors is investigated

where the parameters of the round radius of the counterweights

the eccentric distance

and the crank thickness are optimized

and the mass

the torsional angular and the peak stress are then reduced by 11.31%

22.9% and 25.10% respectively. The optimal results show that the crankshaft mass and torsional vibration amplitude are reduced

and the strength is improved.

关键词

Keywords

references

MURAWSKI L, CHARCHALIS A. Simplified method of torsional vibration calculation of marine power transmission system [J]. Marine Structures, 2014, 39: 335-349.

许增金, 王世杰. 往复压缩机轴系扭振的数值分析 [J]. 西安交通大学学报, 2010, 44(3): 100-104.

XU Zengjin, WANG Shijie. Dynamics characteristics of crankshafts in reciprocating compressor [J]. Journal of Xi'an Jiaotong University, 2010, 44(3): 100-104.

HEATH A R, MCNAMARA P M. Crankshaft stress analysis-combination of finite element and classical analysis techniques [J]. ASME Journal of Engineering Gas Turbines and Power, 1990, 112(2): 68-75.

ALMASI A. Reciprocating compressor optimum design and manufacturing with respect to performance, reliability and cost [J]. Proceedings of World Academy of Science Engineering Technology, 2009, 52: 48-53.

RAUB J H, JONES J, KLEY P, et al. Analytical investigation of crankshaft dynamics as a virtual engine module [J]. SAE Journal, 1999, 112(2): 68-75.

刘成武. 大型压缩机动力学分析与噪声预测 [D]. 南京: 南京理工大学, 2006: 48-50.

ÖSTMAN F, TOIVONEN H T. Active torsion vibration control of reciprocating engines [J]. Control Engineering Practice, 2008, 16(1): 78-88.

李磊, 张建润, 陈琳. 柴油机运动机构多学科协同优化设计 [J]. 农业机械学报, 2013, 44(3): 33-36.

LI Lei, ZHANG Jianrun, CHEN Lin. Multidisciplinary collaborative design optimization of diesel engine motion mechanism [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2013, 44(3): 33-36.

ZISSIMOS P, MOURELATOS A. Crankshaft system model for structural dynamic analysis of internal combustion engines [J]. Computers and Structures, 2001, 79(20): 2009-2027.

MA Z D, PERKINS N C. An efficient multibody dynamics model or internal combustion engine [J]. Multibody Systems Dynamics, 2003, 10(4): 363-391.

王才峄. 内燃机曲轴轴系扭振的多体动力学分析 [D]. 杭州: 浙江大学, 2006: 39-40.

唐传茵, 马岩, 朱博. V8发动机曲轴有限元分析 [J]. 机械设计与制造, 2013, 1(1): 211-213.

TANG Chuanyin, MA Yan, ZHU Bo. Finite element analysis of some V8 cylinder engine crankshaft [J]. Machinery Design Manufacture, 2013, 1(1): 211-213.

梁兴雨, 舒歌群, 李东海. 基于柔体曲轴多体动力学的轴系扭振响应分析 [J]. 内燃机工程, 2007, 28(4): 46-49.

LIANG Xingyu, SHU Gequn, LI Donghai. Torsional vibration analysis based on multibody dynamics of flexible crankshaft system [J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2007, 28(4): 46-49.

周瑞平, 汪萌生, 朱俊飞. 基于遗传算法的柴油机硅油减震器动态匹配优化设计方法 [J]. 内燃机工程, 2015, 35(2): 68-74.

ZHOU Ruiping, WANG Mengsheng, ZHU Junfei. Optimization method for dynamic matching of diesel engine silicone oil damper based on genetic algorithm [J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2015, 35(2): 68-74.

赵永强,赵升吨,魏伟锋,等.螺杆转子磨削及计算机数控砂轮修整.2016,50(8):6-14.[doi:10.7652/xjtuxb201608002]

焦玉龙,殷翔,王驿凯,等.多领域统一建模仿真下压缩机测试系统的PI参数整定.2016,50(8):137-142.[doi:10.7652/xjtuxb201608022]

宋明毅,吴伟烽,李直.汽车空调压缩机气阀运动规律模拟.2015,49(12):144-150.[doi:10.7652/xjtuxb201512023]

吴建华,雷源,王刚,等.往复式冰箱压缩机曲轴动态特性与轴承润滑计算分析.2015,49(2):55-61.[doi:10.7652/xjtuxb201502010]

吴建华,胡杰浩,陈昂,等.全封闭R32滚动活塞压缩机的热分析.2015,49(3):14-18.[doi:10.7652/xjtuxb201503003]

孙晔晨,田玉宝,席光,等.三元叶片型面造型对离心压缩机叶轮气动性能影响的数值研究.2015,49(11):135-141.[doi:10.7652/xjtuxb201511022]

周俊安,刘立军,肖萍,等.带叶片扩压器离心压缩机模型级内流研究.2015,49(9):30-35.[doi:10.7652/xjtuxb201509 006]

孙璐,刘亦夫,曾科.不同喷油提前角下双燃料发动机的燃烧特性和稳定特性.2014,48(7):29-33.[doi:10.7652/xjtuxb 201407006]

孙璐,刘亦夫,周磊,等.排气再循环下柴油引燃天然气发动机循环变动特性研究.2013,47(3):36-41.[doi:10.7652/xjtuxb201303007]

许大涛,冯慧华,袁晨恒,等.自由活塞内燃发电机活塞环摩擦特性研究.2013,47(3):64-68.[doi:10.7652/xjtuxb201303 012]

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

面向强化装配界面接触热性能的导热特性异质化设计方法

数据中心多能互补分布式能源系统设计与运行优化研究

具有3D负泊松比结构填充的新型吸能盒设计与耐撞性研究

烟气脱硝用尿素水解制氨工艺试验研究

小型H型垂直轴风力机变桨机构的优化设计与试验