某型柴油机曲柄连杆机构可靠性分析

摘要

柴油机作为民用军用车辆、工程机械、船舶以及电站机组的主要动力，其曲柄连杆机构是柴油机的最重要运动部件，它负责完成曲轴旋转运动和活塞直线运动之间的相互转换。由于负载大，工作环境恶劣，曲柄连杆机构的故障模式和失效机理复杂多变，直接制约和影响整个柴油机的可靠性水平。
　　本文以12150L柴油机的主副型曲柄连杆机构为研究对象，从可靠性定性分析出发，总结归纳整理柴油机曲柄连杆机构的故障模式，失效机理和危害影响。从机构运动精度的角度，分析曲柄连杆机构活塞运动位置情况，以及关键运动副的磨损对其产生的影响，并从可靠度的角度探索机构精度的分配。本文的主要内容如下:
　　首先，对12150L柴油机曲柄连杆机构进行故障模式影响及危害度分析(FMECA)，包括系统定义、整个机构的故障模式影响分析(FMEA)以及危害度分析(CA)，最后汇总成FMECA表，总结分析其故障模式和危害，作为可靠性定性分析，为后续的可靠性工作奠定基础。
　　然后，综合应用有效长度模型和连续接触模型，进行曲柄连杆机构的概率建模，以误差分析的方法推导得出活塞运动位置误差均值和方差的表达式。简单探讨机构的磨损影响，并推导出包含磨损影响的表达式。以12150L柴油机的参数进行实例计算，并计算其可靠度。再应用蒙特卡洛的方法，对运动位置误差进行仿真模拟分析，将其结果与以上理论推导的结果进行对比以验证机构的概率模型、理论推导表达式和可靠度计算方法的正确性。
　　最后，建立加工制造成本的目标函数，设计杆长尺寸公差、销轴和轴套公差，以及各运动副间隙值等变量，并确定其相互关系和取值范围，以指定的可靠度指标为约束条件，利用MATLAB软件提供的优化工具箱进行精度分配，找到使成本最低的公差值和间隙值。并且以不同组的可靠度指标和成本指数标绘制成曲线图，分析加工成本与可靠度之间的变化关系，以确定合理的可靠度指标。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的来源、选题依据和背景情况

1．2 课题研究的目的、理论意义和使用价值

1．2．1 课题研究的目的

1．2．2 课题研究的理论意义和使用价值

1．3 国内外研究的发展概况

1．3．1 FMECA发展概况

1．3．2 机构可靠性发展概况

1．4 本文研究的主要内容

第2章 曲柄连杆机构FMECA分析

2．1 系统定义

2．1．1 功能分析

2．1．2 约定层次划分

2．1．3 严酷度类别定义

2．1．4 信息来源

2．1．5 故障判据

2．2 曲柄连杆机构FMEA分析

2．3 曲柄连杆机构CA分析

2．4 本章小结

第3章 曲柄连杆机构运动精度概率模型

3．1 曲柄连杆机构简介

3．2 运动副间隙分析及应用的理论模型

3．2．1 运动副间隙分析

3．2．1 有效长度模型理论

3．2．3 连续接触模型理论

3．3 曲柄连杆机构活塞运动位置误差概率建模

3．3．1 模型建立整体思路

3．3．2 主缸活塞运动位置误差概率模型

3．3．3 副缸活塞运动位置误差概率模型

3．3．4 磨损对活塞运动位置误差的影响

3．4 12150L曲柄连杆机构实例计算

3．4．1 算例说明

3．4．2 参数处理

3．4．3 活塞位移误差均值和方差计算

3．4．4 可靠度计算

3．5 本章小结

第4章 蒙特卡洛仿真模拟实验

4．1 蒙特卡洛方法概述

4．2 蒙特卡洛仿模拟活塞运动位置误差

4．2．1 曲柄连杆机构蒙特卡洛分析综述

4．2．2 蒙特卡洛分析的有效长度模型

4．2．3 活塞运动位置误差概率模型

4．2．4 参数模拟计算位移误差均值和方差

4．3 蒙特卡洛分析验证可靠度计算

4．3．1 主缸误差检验

4．3．2 副缸误差检验

4．3．3 总结分析

4．4 本章小结

第5章 曲柄连杆机构精度分配

5．1 机构精度分配基础

5．2 优化软件简介

5．2．1 MATLAB软件简介

5．2．2 fmincon函数简介

5．3 设计变量确定

5．4 目标函数建立

5．5 约束函数建立

5．6 12150L曲柄连杆精度分配

5．7 本章小结

第6章 结论和展望

参考文献

致谢

附录