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曲轴是曲轴一轴承系统的一部分,内燃机工作时轴承和曲轴之间存在相互作用和影响,轴承尺寸和曲轴轴颈尺寸存在对应的关系。目前在进行曲轴轴承优化设计时一般不考虑曲轴部分的影响,其结果从系统角度出发只是局部优化。为了使结果更加合理,符合当今内燃机发展的要求,本文考虑曲轴的影响,计及曲轴强度对内燃机曲轴轴承进行优化设计研究。
进行了不同结构尺寸的N485柴油机曲轴轴承的润滑分析计算,获得不同结构的轴承润滑性能,建立不同结构尺寸的轴承润滑性能数据库。
进行了不同结构尺寸的N485柴油机曲轴的应力计算,获得不同结构的曲轴危险部位的应力。在此基础上,进行疲劳强度校核,求出曲轴危险点的安全系数。建立不同结构尺寸的曲轴强度数据库。
采用线性神经网络,从不同结构尺寸的轴承润滑性能数据库中提取数据作为样本进行训练,建立了轴承结构参数与润滑性能参数之间的关系模型。运用BP神经网络,从不同结构尺寸的曲轴强度数据库中提取数据作为样本进行训练,建立了曲轴结构参数与安全系数的关系模型。
采用粒子群算法,进行了计及曲轴强度的内燃机曲轴轴承优化设计,结果表明:在满足各约束的条件下,N485柴油机曲轴轴承的总摩擦功耗降低了13.31%。相对于原设计,计及曲轴强度的曲轴轴承优化设计结果中,轴承的最小油膜厚度都有所减小,最大比压都有所增大,曲轴轴颈长度和直径减小,整体曲轴的结构更紧凑。