船用同步离合器棘轮棘爪碰撞问题的仿真分析
船用同步离合器棘轮棘爪碰撞问题的仿真分析
船用同步离合器棘轮棘爪碰撞问题的仿真分析上海交通大学机械与动力学院刘永文沈小刚董喆渊摘要自动同步离合器是舰船联合动力装置中应用最广泛的同步离合器，棘轮棘爪机构是其中的关键部件。
棘轮和棘爪不同转速下的碰撞接触提供了同步转速感受和齿形离合器在接合和脱离的轴向力。
对其中的棘轮和棘爪的瞬态工作进行动力学分析，可以为结构设计及试验研究提供充分的依据。
本文结合接触问题的一般求解方法，介绍了利用MSC.Dytran对自动同步离合器中棘轮和棘爪碰撞接触进行仿真分析的过程。
关键词：自动同步离合器碰撞仿真1前言同步离合器是舰船联合动力装置中特有的，几乎是必不可少的一种主离合器。
它通常装在加速机一侧，但巡航机一侧有时也使用它，供加速机或巡航机和推进系统之间的结合和脱离之用。
自动同步离合器(Synchronizing-Self-Shift Clutch，简称S.S.S离合器)为是目前应用最广泛的同步离合器，其同步机构由爪棘机构和螺旋机构两者结合而成。
爪棘机构起着同步转速感受器的作用，而螺旋机构则提供齿形离合器在接合和脱离时所需的轴向位移。
当输入轴和输出轴的转速经过同步点时，由爪棘机构推动螺旋机构运动，使齿形离合器自动结合。
如有一个反向扭矩，离合器就开始自动脱离。
这种离合器的接合和脱离完全自动的，不依赖于伺服机构或控制连锁，因而工作非常可靠[1]。
在自动同步离合器中，棘轮棘爪机构是一个十分关键的部件。
棘轮和棘爪在不同转速下的碰撞接触提供了同步离合器输入、输出端同步感受，以及驱使螺旋花键套滑移所需要的扭矩。
棘轮和棘爪较大的转速差可以加快自动同步离合器的结合和脱离过程，但同时又直接影响啮合转换的过程的工作可靠性。
因此，有必要对其中的棘轮和棘爪的瞬态工作进行动力学分析，为其结构设计及试验研究提供充分的理论依据。
2碰撞问题的非线性瞬态分析方法碰撞问题可以采用解析法或数值解法。
解析法只能用于几何形状规则的问题，应用场合有限。
数值解法是将连续的空间域进行离散，把微分方程转换成代数方程。
某型船用大功率液控离合器传动系统联合仿真研究
2024年第48卷第1期Journal of Mechanical Transmission某型船用大功率液控离合器传动系统联合仿真研究王学志1闫泽1冯丽菊2陈克鑫1王勇帆1战庆欣1李超3曲东越3（1 中国船舶集团有限公司第七〇三研究所，黑龙江哈尔滨150078）（2 哈尔滨广瀚动力传动有限公司，黑龙江哈尔滨150078）（3 哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001）摘要进行了有关船用大功率液压驱动齿式离合器运动学及接触动力学的Adams和AMESim联合仿真流程研究，并进行了联合仿真交互操作界面开发，在给定参数下，能够输出可视化的计算结果。
仿真分析结果表明，齿式离合器轴向接合过程的动态特性与冲击载荷受到主动端扭转刚度与轮齿端面结构的影响；减压阀最大开口压力为2.5 MPa，该压力下的最大推力为1.884×105 N；在内外圈发生碰撞时，油压会急速上升，如果减压阀的流量不足，则进油油路会泄漏。
经过多次联合仿真发现，进口压力在0.008~0.01 MPa就能实现在4 s左右完成离合器的接合脱开过程。
关键词液压驱动齿式离合器联合仿真接合脱开特性Joint Simulation of a Marine High Power Hydraulic Control ClutchTransmission SystemWang Xuezhi1Yan Ze1Feng Liju2Chen Kexin1Wang Yongfan1Zhan Qingxin1Li Chao3Qu Dongyue3(1 China State Shipbuilding Corporation Limited 703th Research Institute, Harbin 150078, China)(2 Harbin Guanghan Power Transmission Co., Ltd., Harbin 150078, China)(3 School of Mechanical and Electrical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)Abstract In this study, the joint simulation flow of Adams and AMESim on the kinematics and contact dynamics of the marine high-power hydraulic drive gear clutch is studied, and the joint simulation interactive operation interface is developed. With the given parameters, the visual calculation results can be output. The simulation results show that the dynamic characteristics and impact load of the gear clutch during the axial en⁃gagement are affected by the torsional stiffness of the active end and the end face structure of the gear. The max⁃imum opening pressure of the pressure reducing valve is 2.5 MPa, and the maximum thrust under this pressure is 1.884×105 N. When the inner and outer rings collide, the oil pressure will rise rapidly. If the flow of the pres⁃sure reducing valve is insufficient, the oil inlet will leak. After multiple joint simulations, it is found that the clutch engagement and disengagement process can be completed around 4 s when the inlet pressure is between 0.008 MPa and 0.01 MPa.Key words Hydraulic drive Gear clutch Joint simulation Engagement and detachment characteris⁃tics0 引言船用齿式离合器的接合脱开是一个复杂过程[1]。
基于ADAMS的新型大功率离合器同步机构的仿真研究
似 ， 轮 模型建 立 时 ， 棘 也将 整 个从 动系统 的所有 转动 惯 量加 到 棘轮上 。棘 轮 的右端 点 以回转 副与大 地相
ｌ 同 步 机 构 的 虚 拟 样 机 模 型
建立模 型 的时候 ， 机 功 率 的整 个传 动 系统 的转 动 主
间短， 其同步机构的主要部件棘轮 、 棘爪在棘合过程
中可能发 生 剧烈碰 撞 ， 极容 易造成 部件 损坏 ， 使该 离 合 器不能 正 常运 转 ［ 。因此 ， ２ ］ 有必 要 对 同步 机 构 进
惯 量 ， 部 简化 施 加 在棘 爪 持 盘 上 。棘 爪持 盘在 其 全
左 端 以 回转 副 和大 地 连 接 。为 了 简 化模 型 ， 文 只 本
在棘 爪 持盘 的上 下 对称 位 置 上 做 了两个 棘 爪 ， 以 并 三 角形 体代 替实 际 的棘爪结 构 。棘爪 与棘爪 持 盘以
回转 副连 接 ， 略 了轴 销 部 件 。 由于 本文 只研 究棘 省
行 动态特 性 分析研 究 ， 为进 一 步 优 化设 计 和特 性 研 究 提供 可靠 的 理论 依 据 。本 文 利 用 Ａ ＤＡＭＳ软 件
维普资讯
・ ４ ４ ・
适 采 技 术
２０ ０５年 第 ３ （ 第 ２５期 ） 期 总 ６
基于 Ａ Ａ Ｄ ＭＳ的新型大 功率离合器 同步机构 的仿真研究
王 言 正 ， 筱 欣 徐
（ 海交通大学 ， 海 ２０３） 上 上 ０ ０ ０
提
要 某新 型 船 用 大 功 率 离合 器 工 作 条 件 异 常
船舶碰撞事故致因链分析
数据分析
通过对采集到的数据进行分析，我们发现内河船舶碰撞事故的发生具有以下 规律和特点：
1、事故多发生在能见度不良、航道条件不良的情况下；
2、船员违规操作和船舶设备故障是事故发生的主要原因； 3、内河船舶碰撞事故的发生与船型、船龄、船速等因素有关；
4、事故易发时段主要集中在凌 晨和黄昏。
结合以上规律和特点，我们对内河船舶碰撞事故的风险预测进行了深入分析， 提出了以下建议和措施：
在本次研究中，我们首先收集了大量的船舶碰撞事故案例，并对这些案例进 行了分类和整理。然后，我们使用贝叶斯网络方法，建立了船舶碰撞事故的因果 模型。在这个模型中，我们定义了多个节点，包括船员操作、船舶设备、航道条 件、船只尺度等，并使用有向边来表示它们之间的因果关系。最后，我们利用已 知的事故案例数据，对模型进行了学习和推理。
船舶碰撞事故致因链分析
目录
01 一、船舶碰撞事故的 概况
02
二、船舶碰撞事故的 原因和责任
03
三、船舶碰撞事故的 链式反应
04
四、防范船舶碰撞事 故的措施
05 五、社会与支持
06 参考内容
船舶碰撞事故是一种常见的海事事故，通常会造成严重的人员伤亡和财产损 失。本次演示将对船舶碰撞事故的原因进行深入分析，并探讨其链式反应，最后 提出相应的防范措施。
4、规范航行行为：严厉打击航行过程中的违规行为，பைடு நூலகம்超速、强行并道等， 确保船舶按照规定的航速和航线行驶。
5、做好应急准备：制定详细的应急预案，组织船员进行应急演练，确保在 突发情况下能够迅速做出反应，减少人员伤亡和财产损失。
6、天气预警：在航行过程中要密切天气变化和预警信息，避免在恶劣天气 下冒险航行。
文献综述
船桥碰撞问题的有限元仿真分析
程 进 行 整 体 仿 真 ， 别 对 不 考 虑 桥 墩 自身 刚 度 影 响 和 考 虑 桥 墩 自身 刚 度 影 响 两 种 工 况 下 不 同 板 厚 的 桥 梁 防 分 撞 装 置 的 防撞 吸能 特 性 进 行 对 比分 析 。主要 从 碰 撞 过 程 中 的 撞 击 力 和 能 量 转 换 的 规 律 等 方 面考 察 桥 墩 自身 的 刚 度 对 防 撞 装 置 在 实 际 碰 撞 过 程 中 防 撞 性 能 的影 响 ， 及 在 分 析 此 类 问 题 时 通 常 所 使 用 的 简 化 计 算 模 型 以
式中： Ｍ～
质量矩 阵 ；
收 稿 日期 ：０ ００ —１ ２ １—２０
修 回 日期 ：０ ００ ６ ２ １ ３１
确保 大桥 在 与船 舶 发 生 实 际碰 撞 时 的安 全 ， 用 选
江海 直达 ５０ ０ ｔ 多 用 途 船 作 为 代 表 型 船 舶 。 ０ 级 该 船 总长 １ ３ｍ， 宽 １ ． 吃 水 ８ ２ｍ， 深 １ 型 ７ ５ｍ， ． 型
是否有足够 的精确度 ， 而保证 有限元仿真分析数据 的可靠性 。 从
关 键 词 ： 梁 防撞 装 置 ； 撞 ； 限 元 仿 真 ； 力 非 线 性 桥 碰 有 动
中 图分 类 号 ： ４ ． ６ Ｕ４ ３ ２ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １７ ５ （０ １０ １ ３ｏ １７ —９ ３ ２ １ ） 卜０ ４ 一５
第 ４ Ｏ卷 第 １期 ２１ 年 Ｏ ０１ ２月
船 海 工 程
Ｓ Ｐ ＆ ＯＣＥ ＨＩ ＡＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ ． Ｏ Ｎｏ １ １４ ． Ｆｅ ． ０ １ ｂ ２ １
船 桥 碰撞 问题 的有 限元 仿 真 分 析
基于碰撞圆的船舶避碰决策模型及仿真
基于碰撞圆的船舶避碰决策模型及仿真作者：张计峰胡勤友廖秉军来源：《上海海事大学学报》2020年第01期摘要：为在船舶避碰决策过程中兼顾全面评估和高效决策两个重要的因素，通过引入可能碰撞圆（possible circle of collision，PCC）概念，提出一种基于碰撞圆的避碰决策模型。
碰撞圆是由两船速度共同确定的所有可能发生碰撞的位置的集合，具有“穷举性”，可实现全面分析的效果。
利用仿真平台对船舶发生碰撞与不发生碰撞案例进行分析，总结碰撞圆的静态特性和动态特性及其相互关系，进而建立基于静态特性的可能碰撞点（possible point of collision，PPC）分布模型。
采用该模型对“桑吉”号事故场景进行实例验证并将其可视化，结果表明该模型可有效评估碰撞风险，并可快速作出避碰决策。
关键词：可能碰撞圆（PCC）; 可能碰撞点（PPC）; PPC分布模型; 避碰决策中图分类号： U675.96 文献标志码： AAbstract： In order to take into account the two important factors of comprehensive evaluation and efficient decision-making in the decision-making process of ship collision avoidance， a collision avoidance decision-making model based on the collision circle is proposed by introducing the concept of the possible circle of collision （PCC）. The collision circle is a collection of all possible collision positions determined by the two s hips’ velocities，which is “exhaustive” and can achieve the effect of comprehensive analysis. The simulation platform is used to conduct analysis on collision cases and non-collision cases of ships， summarize the static and dynamic characteristics of the collision circle and their relationships， and then establish the distribution model possible points of collision （PPC） based on the static characteristics. The model is used to verify the accident scene of “SANCHI” and visualize it. The results show that th e model can evaluate collision risk effectively and make collision avoidance decision fast.Key words： possible circle of collision （PCC）; possible point of collision （PPC）; PPC distribution model; collision avoidance decision-making0 引言隨着世界经济的快速发展，船舶数量急剧增加，水上交通日益繁忙，造成船舶碰撞事故频繁发生。
船舶碰撞损伤分析与仿真研究
船舶碰撞损伤分析与仿真研究（一）引言现代船舶行业与海运运输无可分割的联系，船舶的安全性成为重中之重。
然而，不可避免地，船舶在航行过程中可能会发生碰撞事故，导致船体受损。
因此，对船舶碰撞损伤的分析与仿真研究变得至关重要，旨在预测和减少船舶碰撞事故带来的损失。
（二）船舶碰撞损伤分析的重要性船舶碰撞事故不仅损害船体结构，还可能导致其他严重后果，如人员伤亡、环境污染以及货物损失。
船舶碰撞损伤分析的目的在于了解事故的原因、分析碰撞力的作用程度以及损伤扩展的过程。
通过准确分析船舶碰撞损伤情况，可以帮助相关部门制定合理的安全措施和改进船体设计。
（三）船舶碰撞损伤分析方法1. 理论分析：利用物理和工程力学原理，通过研究碰撞力和船体结构的相互作用，推导出船舶碰撞损伤的理论模型。
这种方法可以提供定量分析结果和对碰撞损伤机理的深入理解。
2. 实验研究：通过构建各种船体模型进行实际碰撞试验，对事故过程和损伤扩展进行观察和测量。
实验研究可以提供真实的物理数据，验证理论模型的准确性，并用于提供仿真计算的边界条件。
3. 数值仿真：基于现有的数值计算方法和模型，利用计算机来模拟船舶碰撞事故过程和损伤扩展。
数值仿真方法具有成本低、操作灵活、结果准确等优点，可以实现对复杂碰撞情况的全面分析。
（四）船舶碰撞损伤仿真研究的现状与挑战当前，船舶碰撞损伤仿真研究已成为船舶碰撞事故分析领域的热点，各国学者和研究机构进行了大量的研究工作。
然而，碰撞事故的复杂性和多样性仍然是挑战。
首先，考虑到现实情况，模型真实性和准确性是船舶碰撞损伤分析与仿真研究中的关键问题。
其次，现有的计算机仿真软件和算法仍然需要改进和优化，以提高仿真结果的准确性和计算效率。
（五）未来发展方向与展望为了进一步推进船舶碰撞损伤分析与仿真研究的发展，我们需要注重以下几个方面的工作。
首先，完善船舶碰撞事故数据的收集与共享机制，积累更多真实案例和数据以验证模型的准确性。
其次，开展多学科的协同研究，整合物理、力学、材料科学等多个学科的知识和技术，提高仿真模型的真实性和准确性。
船舶离合器吸合过程中冲击现象的分析和管理措施
船舶离合器吸合过程中冲击现象的分析和管理措施【摘要】船舶离合器在吸合过程中常常会产生冲击现象，严重影响设备的正常运行和使用寿命。
本文旨在分析船舶离合器吸合过程中冲击现象的原因，并提出相应的管理措施。
首先通过优化设计，提高吸合过程的平稳度；其次进行定期维护保养，保持设备状态良好；再者使用缓冲装置来减少冲击力；最后提高操作员技能，避免因为操作不当而导致冲击现象的发生。
结合上述管理措施，可以有效降低船舶离合器吸合过程中的冲击现象，提高设备的可靠性和稳定性。
建议在实际操作中结合不同管理措施，以确保船舶离合器吸合过程的顺利进行，减少冲击问题的发生。
【关键词】船舶离合器、冲击现象、分析、管理措施、优化设计、定期维护、缓冲装置、操作员技能、建议1. 引言1.1 研究背景船舶离合器在船舶驱动系统中起着至关重要的作用，通过离合器的吸合和分离，实现发动机与传动系统之间的联结和分离。
在船舶离合器吸合过程中，常常会出现冲击现象，这会给船舶驾驶员和设备带来一定的危害和损坏。
对于船舶离合器吸合过程中的冲击现象进行深入研究和有效管理具有重要的意义。
1.2 研究目的研究目的是为了深入分析船舶离合器吸合过程中出现的冲击现象，找出其根本原因并提出有效的管理措施。
通过研究，我们旨在为船舶离合器的设计、维护和操作提供科学依据，减少冲击现象对船舶设备和人员的损坏风险，提高船舶运行的安全性和稳定性。
我们也希望能够为相关行业提供关于船舶离合器冲击现象管理的指导和建议，促进整个船舶工业的健康发展。
通过本次研究，我们希望能够为船舶离合器吸合过程中冲击现象的管理提供全面而实用的方案，为船舶行业的可持续发展做出贡献。
2. 正文2.1 船舶离合器吸合过程中冲击现象的原因分析1. 设计不合理：船舶离合器的设计不合理可能导致吸合力不稳定或者过大，从而造成离合过程中的冲击现象。
离合器的弹簧设计不当，或者摩擦片磨损严重等问题都可能引起冲击。
2. 操作不当：船舶操作员在离合器吸合过程中没有掌握好力度和速度，导致过度冲击或者过度拉动，从而引发冲击现象。
船用离合器脱合故障分析与排除
一故障现象该船在施工中，尤其在起锚的过程中，主机离合器脱合动作频繁。
在一次航行中，短暂地停车后起动，发现离合器合不上。
油压表指示正常，驾驶台遥控合排，卸载油压正常，离合器油轻微的泄油压声音。
二故障分析和故障排除本着由简至繁、由易到难得原则，根据以上现象对可能导致该故障的因素进行逐步排查。
第一步：现场进行初步故障排查，排查结果如下：（1）电磁阀有动作；（2）驾驶台遥控控制，油压表指示“0”，油压可以卸掉；（3）手动加油压卸载仍可卸载；（4）打开离合器上部观察端盖，并遥控控制摩擦片有轻微动作。
第二步：结合第一步排查结果及离合器动作原理，分析离合器故障摩擦片动作轻微，属重点故障现象点，离合器硬故障的可能性比较大，于是单车驶至码头进行拆解，排查故障。
图1 肖特尔K305 离合器结构原理图肖特尔K305 离合器设计比较精密，拆卸和组装过程中，必须严格按照说明书要求进行，例如：肖特尔摩擦片的弹簧片数量严格按照其数量进行组装并严格依照其扭矩进行设定，单凭借手工无法准确定扭矩。
在现场拆解过程中，做好标记，当轴端盖打开瞬间，受力自行弹开，结合故障现象进行分析初步猜测内部有多处弹簧垫片卡死，恢复时导致。
继续进行拆卸至弹簧垫片取出，发现8 组弹簧垫片，有一组卡死，难以取出。
由于这个为比较明显的故障点，当时针对该故障点进行故障排解工作，将弹簧垫片取出后，更换一组弹簧垫片，均匀分到各个垫片杆上，并进行组装，并进行扭矩设定，由于弹簧垫片使用时间已久而且备用弹簧垫片数量有限，设定扭矩选择＞6Nm 额定扭矩，此时最小气隙在4MPa 液压下4mm。
组装完毕后，试验发现离合器仍然合不上，与之前的故障现象相同。
图2 扭矩设定位考虑到船是在正常运转过程中，停车后起动出现的故障并结合原理图和故障现场进行仔细分析：摩擦片磨损过度：由于船是突发性的故障磨损存在周期，另外正常情况下加油压后，离合器脱开松动位移在1~1.2mm，而此时摩擦片脱开松动位移仅有0.5mm左右，所以这种情况首先排除。
船舶离合器吸合过程中冲击现象的分析和管理措施
船舶离合器吸合过程中冲击现象的分析和管理措施船舶离合器是用来连接和断开主机与载船设备之间的传动装置。
在离合器的吸合过程中，可能会出现冲击现象，即离合器在吸合时突然产生的冲击力或震动。
冲击现象主要是由以下因素引起的：1. 离合器片片外径不平衡：离合器片在生产过程中可能存在不平衡现象，导致旋转时产生离心力，从而产生冲击。
2. 离合器压力板磨损：离合器压力板会随着使用时间的增加而磨损，导致压力不均匀，使离合器吸合时产生冲击。
3. 链条弹性变形：传动链条在使用过程中会产生弹性变形，使得连接齿轮产生干扰，从而产生冲击。
管理措施：1. 选择合适的离合器：在船舶设计过程中，应选择合适的离合器型号和规格，以保证其工作性能和传动平稳性。
2. 优化离合器设计：通过改进离合器的结构和材料，减少不平衡和磨损，降低冲击的发生概率。
3. 定期检查和维护离合器：定期对离合器进行检查和维护，及时更换磨损严重的部件，调整离合器的压力和间隙，保持其正常工作状态。
4. 加强操作培训：加强船舶操作人员的培训，提高其对离合器操作技巧和使用注意事项的认识，减少操作错误导致的冲击。
5. 使用减震设备：在离合器和传动系统中使用减震装置，可以有效减少冲击力传递和减缓冲击的影响。
6. 加装监测装置：在船舶离合器上加装合适的监测装置，监测离合器的工作状态和振动情况，及时发现潜在故障，并采取相应的措施进行修复。
对于船舶离合器吸合过程中的冲击现象，可以通过选择合适的离合器、优化设计、定期检查和维护、加强操作培训、使用减震设备和加装监测装置等管理措施来减少冲击现象的发生，提高离合器的工作效果和使用寿命。
船舶离合器吸合过程中冲击现象的分析和管理措施
船舶离合器吸合过程中冲击现象的分析和管理措施船舶离合器是机舱传动系统中必不可少的部件，它通过控制输入轴和输出轴之间的联接关系，实现了能量传递和变速等功能。
在使用过程中，离合器的运转会产生冲击现象，对机舱部件的安全性和使用寿命产生不良影响。
因此，对船舶离合器的冲击现象进行分析和管理具有重要意义。
离合器运转过程中产生的冲击现象是指离合器的两个制动面在吸合的瞬间，由于惯性或摩擦力的影响而产生的瞬间冲击力。
这种瞬间冲击力会导致机舱内的部件振动或受力过大，从而对机舱设备的安全性和寿命产生不良影响。
离合器冲击现象的发生与材料、结构等多个因素有关，下面具体分析一下各个因素的影响：1.材料因素离合器制动面的摩擦系数和弹性模量等材料参数的变化都会对离合器冲击现象产生影响。
如果离合器制动面的摩擦系数和弹性模量过小，吸合时的瞬间冲击力就会过大；反之，过大的摩擦系数和弹性模量也会增加冲击力的大小。
因此，选择合适的离合器制动材料和结构，能够有效地降低冲击现象的产生。
2.结构因素离合器的结构设计也是影响冲击现象产生的因素之一。
结构紧凑、接口配合合适的离合器，在吸合过程中产生的冲击力较小，反之则产生的冲击力也较大。
因此，在设计离合器时，应充分考虑机械参数的影响，合理设计结构布局和匹配尺寸，从而减小冲击现象的产生。
针对离合器冲击现象的管理，可以采取以下措施：1. 采用新型材料对制动材料和离合器主体材料的改进，能够有效地降低冲击现象的发生。
例如采用耐磨损性良好、稳定性高的复合材料，在吸合过程中制动摩擦系数不易变化，从而减小冲击力的大小。
2. 优化离合器的结构通过对离合器结构、部件匹配等参数的调整，能够有效地减少冲击现象的大小。
例如在离合器安装时，可以加装减振器、缓冲器等降低振动，从而减小冲击力的大小。
3. 加强维护管理定期对离合器进行检测和维护，确保其稳定性和减小冲击现象的发生。
例如定期更换制动片、检测轴承的状态等，避免零部件磨损和老化带来的负面影响。
某船右离合器损坏故障调查及分析
!!!!!!""""经验集锦某船右离合器损坏故障调查及分析!!中图分类号$'()"!!文献标志码$*!!!"#$#+,#%%-"./,0112,#++#34%"4,"+"",+(,+#M/0故障现象及检查某船参数$总长!%4F'型宽!#+,$F '型深!$,4F '总吨!$-M 8'航速!#%G2'主机功率!#4%M G_"Z"#&某年)月"-日上午!该船主机运转过程中发现右离合器有异常响声!随即上报并等待检查&)月%+日!设备制造商的服务工程师到船检查!建议拆检右离合器!拆检后发现右离合器上部各部位均有不同程度的损坏&主要包括$!离合器外齿套内齿磨损"如图#所示#'"离合器内齿套外齿磨损"如图"所示#'#复位弹簧损坏'$离合器摩擦片磨损'%动力油缸密封装置损坏'+轴承损坏',轴承室内侧磨损"如图%所示#'-传动横轴轴颈磨损"如图$所示#&图/0离合器外齿套内齿磨损图10离合器内齿套外齿磨损10故障原因分析及排除通过分析离合器的润滑油化验报告!可知$!润滑状态&润滑油油品的主要指标基本正常!但润滑油污染度等级偏高!润滑油中存在少量油泥颗粒图30轴承室内侧磨损图40传动横轴轴颈磨损污染!可能影响离合器系统的工作可靠性以及相关重要部件的使用寿命&"磨损状态&润滑油中含有少量的异常钢质磨损颗粒!其中金属元素铁和铅的含量较高!用直读式铁谱仪测量的大于-'F 的磨损颗粒光密度值"W[#%小于-'F 的磨损颗粒光密度值"WT #明显偏高!表明该系统有关部件存在异常磨损&据分析!圆锥滚柱轴承内圈断裂面显示此轴承在长期的运转过程中!在轴承的内圈出现了疲劳裂纹&由于离合器部件所处工作环境恶劣!受到作用力的反复冲击!并且该船在工作时产生的振动通过轴承的固定外壳传递给轴承!从而加剧了疲劳裂纹的扩大!最终导致此轴承的碎裂&圆锥滚柱轴承作用之一是固定传动轴轴线!此轴承碎裂后!传动轴不能沿着轴线做回转运动而出现了摆动的现象&固定在传动轴上的离合器部件和动力油缸也出现了摆动现象!使得离合片把离合器内外齿圈上的齿磨出凹槽!动力油缸的密封装置损坏!同时也破坏了其他轴承!最终导致了右离合器第%-卷!第(期"+""年#"月中国修船&R I S *TR I P U N P *I U V =<H %-S =H (W 57H "+""的损坏&##离合器修复&!刹车片的导向齿表面沟槽可以通过人工修复&"离合器传动套筒表面加温去油!后用德国覆熔工艺填补缺陷!最后机加工恢复原尺寸&经现场勘验支承套筒的材质为铸铁'轴承支承套筒内表面需要长焊处理'长焊前需要光车处理!将表面含油层车削掉!露出原金属本体!在满足条件的情况下!车削量越小越好'长焊时需要将套筒整体进行预热处理!预热温度%++o'焊材选用s$+4焊条!焊前焊条经#-+o左右烘焙#@'焊肉要高出工作表面-F F'长焊后需要做保温处理!使其缓慢冷却&如果机加工时硬度较高!还需要对套筒整体进行退火热处理'内孔加工粗糙度为%," 'F!尺寸比轴承外圈直径大+,+$Y+,+(F F& "#润滑油&!对润滑油进行深度过滤净化处理!离合器的润滑油仍可继续使用!同时持续关注系统的运行情况!建议缩短取样周期!加强对该机组的定期监测&"润滑油污染等级偏高并且含有少量的钢质异常磨损颗粒!表明在日常的维护保养过程中存在管理上的失误!应当加强日常维护保养& %#维护要点&"##按照说明书要求!保持主机在规定转速运转'严格按照要求保持控制单元压力正常'定期检查控制单元功能&""#虽然在常规情况下!离合器摩擦衬片的磨损量较小!且可以通过活塞的轴向移动加以补偿磨损量!但是仍需定期检查摩擦衬片的磨损情况!并建立记录表!及时检查记录&"%#按照说明书要求进行设备日常维护时!应注意保证油品%油温%油位和油压均处于正常水平!保证润滑油品质!及时补充或者更换润滑油'注意冷却!避免离合器过热!润滑油压力过高& "$#应注意按照说明书的要求储备备件"如液压阀及部分阀件内弹簧等#!并定期予以更换& "-#当离合器的液压控制系统出现故障时!应考虑使用应急合排操作!实际操作中需注意以下几点&!应急合排工况仅适用于紧急情况!无法等同于正常工况!不能长时间运转!应尽快排除故障&"应急合排功能必须在降低负荷的情况下使用!因此!仅适用于主机推进系统&#应急合排操作应在液压系统无压力的情况下!打开齿轮箱上盖!找到闭锁螺栓!拆下后安装应急操作螺栓!按照说明书要求的转矩均匀拧紧!使摩擦片轴向受力!实现机械合排&$必须保证应急合排操作螺栓随时待用&%为保证应急合排压力足够!系统恢复后!需均匀拆下应急螺栓!恢复原闭锁螺栓!并确保闭锁螺栓处无漏油情况&"海洋石油工程股份有限公司!赵!磊'中国船级社实业有限公司天津分公司!冯!玺!田志云!供稿#收稿日期$"+""3+)3+-"上接第()页#加载过程中检修梁及其吊架不允许有明显的变形! -F02后卸除载荷&30最终检验测试完成后!要同时松开手拉葫芦!以保证加载梁两端受力平衡!并最终将测试杆件逐步拆除!对轨道梁%吊点进行外观检验!检验是否有结构损坏%弯曲变形%连接失效%焊道分离%油漆剥落的情况!所有轨道梁%吊点的焊接点都需进行外观检验和#++c无损检验&如果焊道无损检验没有通过!要重新焊接修补并进行载荷试验!直到载荷测试通过为止&切除临时吊点!修补甲板!进行检修梁载荷试验!这对于后期设备的维修%倒运非常重要!因此在编制载荷试验方案时!要充分考虑现场实际情况!并及时跟进材料到货及现场情况!以便及时调整方案&从上述方案可以看出!采用锁紧装置将撑杆与检修梁进行固定后!因撑杆有许多吊孔!可根据现场情况对测试点距离进行调整!满足不同工况!消除对于检修梁载荷试验与设备安装顺序的限制&同时!锁紧装置可根据设备与滑道梁之间的空间进行上下距离调整!同样消除了设备与检修梁垂直空间的限制!撑杆与检修梁呈M+k放置!可根据对载荷测试点的需求在检修梁的任意位置进行移动!全方位满足对检修梁载荷的检测&收稿日期$"+"#3#"3"4"+""年第(期赵!磊!等$某船右离合器损坏故障调查及分析第%-卷。
棘爪离合器的原理及故障分析
棘爪离合器的原理及故障分析李 艳 苏 宁（沈阳黎明航空发动机〈集团〉有限责任公司 辽宁 沈阳 110043）摘 要： 发动机等机构中的棘爪离合器结构作为重要的超越离合器的一种被广泛应用于航空、汽车、工业等行业中。
就在于浅谈几点棘爪离合器原理及故障分析。
关键词： 离合器；棘爪；分析中图分类号：TH133 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1210009－02解决问题。
1 棘爪离合器的原理3.2 结构棘爪离合器就是许多人俗称的“三爪离合器”，它是超越内啮合形式的棘爪离合器是最常见的离合器，它分别包含离合器（overrunning-clutch）的一种，即嵌合式离合器。
因棘轮、弹簧、棘爪、离合器拨轮、止动销和定位销六部分，如为它的特殊结构，许多教科书上也把它称之为棘爪式超越离合下图2。
器。
其主要的原因有两条：第一是为了区别于摩擦式工作原理的离合器，如我们俗称的“滚棒离合器”（学名为滚柱离合器）等；第二个原因就是因为它有三个楔形的小“爪”。
说起棘爪离合器的原理其实就是超越离合器的原理，离合器由主、动从动轮组成，主动带动从动，当转速 时，二者保持传递扭矩，称为结合状态；一段时间后 ，离合器脱开转速，变为超越状态。
对于超越离合器来说，主动轮的形式变化较多，如内星轮、组件外圈等。
结合状态下又分为动态楔合与静态楔合两个阶段，而超越状态也分为解楔与自锁——脱离过程，和空转状态。
2 棘爪不是“三爪”其实棘爪离合器不能等同于“三爪离合器”，当离合器大径 ＜80时，棘爪数J=3，当 ≥80时，根据需要J={3、5或者其它的数字}。
我们常见的棘爪离合器都是J=3的情况，因此我们习惯称它为三爪离合器。
1.棘轮2.止动销3.弹簧4.棘爪5.定位销6.离合器拨轮3 棘爪离合器的结合与脱开原理及结构图23.1 原理当发动机未工作时，由于弹簧的弹力作用棘爪贴合在棘轮由于超越离合器的结合与脱开原理较为相似，所以我们选的齿槽里。
船舶离合器吸合过程中冲击现象的分析和管理措施
船舶离合器吸合过程中冲击现象的分析和管理措施船舶离合器是船舶在启动和停止时的重要传动部件之一，其吸合过程中存在着冲击现象。
这是由于离合器由离合盘和压盘两部分组成，离合盘连接动力源，压盘通过离合片压紧离合盘，实现动力传递。
当离合片在压盘上接触时，由于磨损或不良制造等原因，接触也会出现不同程度的错位，导致离合器在吸合过程中发生不规则的冲击振动。
冲击现象的主要危害有三个方面，一是提高了机械部件的磨损和故障率；二是降低了船舶的运行平稳性和航行舒适性，对人员和装备的健康安全产生了潜在的威胁；三是增加了船舶和周围环境的噪声和振动对生态环境的影响。
为了有效的控制离合器冲击现象，可以从以下几个方面进行管理措施。
一、提高离合器的制造质量离合器是一个高精度的机械部件，其制造质量的关键在于生产工艺和检测手段。
生产工艺应尽可能的保证各个零部件的几何精度和材料质量，以保证整个离合器的组装和调试质量。
检测手段应充分利用现代摄影测量和成像技术的优势，通过三维光学显微镜等设备，检测离合器的组装精度和机械性能，以保障离合器的高质量和高可靠性。
二、加强离合器维护保养离合器使用寿命直接与其保养质量相关。
保养质量好的离合器可以降低故障率，减少冲击振动。
因此，船舶的离合器保养工作应切实开展。
离合器保养工作内容包括及时清洗和更换润滑油，检查和清理离合器周围环境，保证离合器在良好的工作环境中运行。
三、设计合理的离合器控制系统离合器控制系统是控制离合器组装和操作的关键。
一方面，离合器控制系统需要设计成适应船舶运行环境的控制逻辑和参数，能够实现快速的启停和变速操作；另一方面，应该采用环保和经济的控制策略，减少冲击现象对船舶和周围环境的影响。
控制系统的关键技术包括传感器技术、数据采集技术、控制算法和信息显示技术等。
综上所述，通过提高离合器的制造质量、加强离合器维护保养和设计合理的离合器控制系统可以有效的减轻由离合器冲击现象引起的危害。
这不仅有助于提高船舶的运行效率和安全性，更是顺应科技发展，促进人类社会的可持续发展的重要手段之一。
棘轮机构的改进仿真分析报告.doc
一．题目分析：这种改进的棘轮传动机构具有确定的运动，只沿同一个方向，一次转一个齿而不转过。
关键零件是一个小短轴，当棘爪保持在一个齿槽的底部时，他能很好地从一个齿槽的底部移动过齿的顶部，恰好达到下一个相邻的齿。
制动杆上装有短轴和弹簧，组成一个系统。
该系统能保持连杆和棘爪与棘轮外周相接触，并使短轴和棘爪互相支撑移动到齿间的不同空间槽。
再用一个偏移零件，可以是另一连杆或电磁线圈，将固定杆在定位销之间从一边移动到另一边，如下图双箭头线所示。
只有当短轴在一齿槽的底部不动以防止反转时，棘爪才会从一个齿槽移动到另一个齿槽。
该进的棘轮机构二.分析目的：分析机构能够按照说明所示进行运动：1、棘爪只沿同一个方向，一次转一个齿而不转过。
当棘爪保持在一个齿槽的底部时，他能很好地从一个齿槽的底部移动过齿的顶部，恰好达到下一个相邻的齿。
2、制动杆上装有弹簧，组成一个系统。
该系统能保持连杆和棘爪与棘轮外周相接触，并使短轴和棘爪互相支撑移动到齿间的不同空间槽。
只有当制动杆的制动爪在一齿槽的底部不动以防止反转时，棘爪才会从一个齿槽移动到另一个齿槽。
三．模型描述：模型包含固定杆，制动杆，棘爪，棘轮等构件。
模型中各构件的尺寸是根据导入cad的图片按比例1/10量取的。
经过了UG零件建模，装配建模和ADAMS动力学分析模型建模三个步骤建立模型。
由于题目图片上的图片不是正视图，因此，所量取的尺寸有误差，在进行UG 及ADAMS仿真时产生很多干涉，因此对棘爪和制动杆有较大的改动。
1.UG零件建模：制动杆三维实体模型棘轮：根据题目所已给的图片，棘轮上齿的个数，在根据cad中棘轮的尺寸，按所标尺寸的1/10画出UG图。
厚度:b=40.大径R1=216,小径R2=192,齿数Z=24.齿槽宽E=35棘爪：如图所示制动杆：如图所示固定杆：如图所示2.建立装配模型:3、模型中各构件约束：根据题目要求，要使棘爪能够驱动棘轮及制动爪能够防止棘轮反转，故在上述两组中各添加一个接触力。
船舶碰撞动力学过程的数值仿真研究
第21卷第1期爆炸与冲击V ol.21,No.1 2001年1月EX PL OSION AND SHOC K W AV ES Jan.,2001文章编号:100121455(2001)0120029206船舶碰撞动力学过程的数值仿真研究王自力,顾永宁(上海交通大学船舶与海洋工程学院,上海200030)摘要:在分析显式非线性有限元基本理论和关键技术的基础上,探讨了船舶动力学过程的数值仿真方法,并对碰撞过程中船体的力学性能进行了分析,获得并讨论了碰撞力、能量吸收和损伤变形的时序结果,所得结论具有一般性。
碰撞仿真分析中,被撞船的舷侧受撞区域和撞击船的首部区域作为可变形结构处理,而其余区域则视为刚体。
被撞船周围的水划分成Euler有限体积网格,船体结构则划分成Lagrange有限元网格,并采用耦合技术将它们联系在一起。
撞击船周围的水的影响采用附连水质量进行处理。
关键词:船舶碰撞;数值仿真;结构耐撞性;流体2结构相互作用中图分类号:U661143文献标识码:AX1引言船舶碰撞是船体结构在很短时间(大约零点几秒到一点几秒)内在巨大冲击载荷作用下的一种复杂的非线性动态响应过程,它具有非常明显的动力特性,而且碰撞区构件一般都要迅速超越弹性阶段而进入塑性流动状态,并可能出现撕裂、屈曲等各种形式的破坏或失效[1]。
船体是由钢板焊接而成的水中结构物,庞大的船体结构、品种繁多的构件以及流体介质的影响决定了船舶碰撞问题的分析要大大复杂于陆上结构碰撞。
就船舶碰撞问题而言,如果想通过建立一个精确的数学模型而使之得到完全解析,那几乎是不可能的,试验研究固然是一种可靠的方法,但船舶碰撞试验却是一种极昂贵的破坏性试验,而且难以实施。
因此,随着计算机硬件技术的飞速发展,特别是非线性有限元技术的日益进步和成熟,显式有限元数值仿真技术在船舶碰撞问题的研究中逐渐受到重视。
我们在分析显式非线性有限元基本理论和关键技术的基础上,着力探讨了船舶碰撞动力学过程的数值仿真方法。
船舶离合器吸合过程中冲击现象的分析和管理措施
船舶离合器吸合过程中冲击现象的分析和管理措施船舶离合器是船舶传动系统中的重要组成部分，它的作用是在引擎和传动系统之间传递动力，并在必要时断开动力传递。
在船舶运行过程中，离合器的吸合过程中常常会出现冲击现象，这种现象会对离合器以及整个传动系统造成损坏，因此需要对其进行分析和管理措施。
一、冲击现象的分析1. 冲击现象的原因离合器吸合过程中的冲击现象常常是由以下原因造成的：（1）摩擦片和压盘之间的温差：当离合器使用时间较长或工作强度较大时，摩擦片与压盘之间会产生温差，导致摩擦片回转不良，从而产生冲击。
（2）过分磨损：由于离合器长时间使用或者操作不当，摩擦片和压盘的磨损会超过正常范围，导致吸合时的冲击。
2. 冲击现象的危害离合器吸合过程中的冲击现象会对离合器本身以及整个传动系统造成以下危害：（1）缩短零部件的使用寿命：冲击现象会导致离合器摩擦片和压盘的磨损加剧，从而缩短零部件的使用寿命。
（2）增加维修成本：冲击现象会带来零部件的损坏，增加了维修的成本。
（3）影响船舶运行安全：冲击现象会导致离合器的运转不稳定，影响船舶的操纵性和安全性。
二、管理措施为了减少离合器吸合过程中的冲击现象，需要采取相应的管理措施：1. 定期检查和维护：对船舶离合器进行定期的检查和维护，及时更换磨损严重的零部件，确保离合器的正常工作状态。
2. 控制操作水平：船舶驾驶员在操作离合器时，应该尽量避免过急的加速和急剧的减速，减少离合器吸合时的冲击力。
3. 提高设备质量：选择高质量的离合器产品，能够降低因质量问题引起的冲击现象。
4. 定期清洗冷却系统：清洗冷却系统可以有效控制摩擦片和压盘之间的温差，减少摩擦片回转不良导致的冲击。
5. 减小工作负荷：合理安排船舶的工作负荷，减小离合器吸合时的工作磨损，减少冲击现象的发生。
船舶离合器吸合过程中的冲击现象会对船舶的安全和传动系统的正常运行造成影响，需要引起船舶管理者和使用者的重视。
通过定期检查维护、控制操作水平、提高设备质量、清洗冷却系统和减小工作负荷等管理措施，可以有效减少冲击现象的发生，从而延长离合器和传动系统的使用寿命，保障船舶的安全运行。
基于MSC Adams的新型离合器动态特性仿真
基于MSC Adams的新型离合器动态特性仿真
沈杨;卫冬生;徐筱欣
【期刊名称】《计算机辅助工程》
【年(卷),期】2006(015)0z1
【摘要】新型同步离合器的结构中,棘轮棘爪及中间件的啮合机构是最重要的部件. 利用Pro/E及MSC Adams建立该离合器的虚拟样机模型,并在MSC Adams中对离合器动态接合过程进行仿真,分析棘轮棘爪的碰撞特性,以及中间件的啮合特性. 所得结果对进一步研究该离合器动态接合过程的特性和设计有重要的指导意义.【总页数】4页(P140-143)
【作者】沈杨;卫冬生;徐筱欣
【作者单位】上海交通大学,船舶海洋与建筑工程学院,上海,200030;上海交通大学,船舶海洋与建筑工程学院,上海,200030;上海交通大学,船舶海洋与建筑工程学院,上海,200030
【正文语种】中文
【中图分类】TH13
【相关文献】
1.基于ADAMS的新型大功率离合器同步机构的仿真研究 [J], 王言正;徐筱欣
2.基于MSC Adams的3-UPS并联机床动态特性仿真 [J], 陈旭;邓亮;朱春霞
3.基于MSC Adams的3-UPS并联机床动态特性仿真 [J], 陈旭;邓亮;朱春霞
4.基于MSC Adams的新型离合器动态特性仿真 [J], 沈杨;卫冬生;徐筱欣
5.基于MSC.ADAMS的滚筒洗衣机动态特性研究 [J], 魏玉东;高建;杨志永
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船用大功率离合器接合过程仿真研究的开题报告
船用大功率离合器接合过程仿真研究的开题报告一、研究背景和意义大功率离合器广泛应用于船舶的各种传动系统中，其正确的接合过程是保证船舶安全和正常运行的关键。
然而，由于离合器接合过程的复杂性和非线性，导致传统试验方法难以获得准确的结果。
因此，利用计算机仿真方法对船用大功率离合器的接合过程进行研究，对于提高船舶传动系统的可靠性和安全性具有重要的理论和实用价值。
二、研究目标本研究旨在建立船用大功率离合器接合过程的数值仿真模型，并对其进行仿真分析，探索离合器的接合过程参数对于系统性能的影响规律。
三、研究内容和方法1. 离合器接合过程的仿真模型建立基于离合器的结构和接合过程特性，采用有限元方法建立离合器接合过程的数值仿真模型，并分析不同参数对系统性能的影响。
2. 离合器接合过程的仿真分析通过仿真分析，探究离合器接合时的转速、压力、温度等重要物理量的变化规律，研究不同参数对系统性能的影响。
3. 建立优化模型，探究离合器性能提升途径根据仿真分析结果，建立离合器性能优化的数学模型，确定优化方案，提高离合器的性能。
四、预期成果通过建立数值仿真模型，探究船用大功率离合器接合过程的规律和性能优化方法，最终达到提高船舶传动系统可靠性和安全性的目的。
五、研究计划年度 | 工作内容第一年 | 1. 离合器结构和接合过程的研究；2. 离合器数值仿真模型建立。
第二年 | 1. 离合器接合过程仿真分析；2. 接合过程参数对系统性能的影响规律研究。
第三年 | 1. 建立离合器性能优化的数学模型；2. 离合器性能优化方案确定。
六、论文结构安排第一章绪论1.1 研究背景和意义1.2 研究目标1.3 研究内容和方法1.4 预期成果1.5 研究计划第二章离合器结构和接合过程研究2.1 离合器结构和工作原理2.2 离合器接合过程特性研究2.3 离合器数值仿真模型建立第三章离合器接合过程仿真分析3.1 离合器接合过程仿真分析方法3.2 离合器接合过程仿真分析结果3.3 接合过程参数对系统性能的影响规律研究第四章离合器性能优化方法研究4.1 建立离合器性能优化的数学模型4.2 优化方案确定4.3 仿真分析结果验证第五章结论5.1 离合器接合过程规律5.2 离合器性能提升途径5.3 研究不足和展望参考文献。
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关键的部件.棘轮和棘爪在不同转速下的碰撞接触提 供了同步离合器输入、输出端同步感受，以及驱使螺 旋花键套滑移所需要的扭矩.棘轮和棘爪较大的转速 差可以加快自动同步离合器的结合和脱离过程，但同 时又直接影响啮合转换的过程的工作可靠性.因此，有 必要对其中的棘轮和棘爪的瞬态工作进行动力学分 析，为其结构设计及试验研究提供充分的理论依据.
2 碰撞问题的非线性瞬态分析方法 碰撞问题可以采用解析法或数值解法.解析法只
能用于几何形状规则的问题，应用场合有限.数值解法 是将连续的空间域进行离散，把微分方程转换成代数 方程.对于瞬态问题，还需要在时间域进行离散.空间 域离散的方法包括有限差分法、有限元法、边界元法 和控制容积法等.时间域离散一般采用时间积分法.
把棘轮端面定义为主表面，棘爪的接触端面为从 表面.如前所述，棘爪（从表面）的网格必须总是比棘 轮齿（主表面）网格细，以避免发生未检测出的穿透.
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根据分析需要，建立的模型定义了两种材料模式， 一种是弹性材料 DMATEL，定义的时候填写参考密度 和 4 个弹性常数，即杨氏模量 E，泊松比μ、体积模量 K 及剪切模量 G 中的两个；另外一种是弹塑性材料 DMATEP，增加了定义 Johnson-Cook 屈服模式，并用 最大等效塑性应变失效模式定义材料的失效.
图 1 棘轮棘爪的有限元模型
根据仿真的工况不同，模型的初始位置定义为棘 爪和棘轮齿在相对坐标下的距离分别是 0.5mm 和 6mm 两种状态.将棘轮的内表面依据实际工况进行相 应的约束，以圆心坐标为基准六个自由度，位移量 x-y 平面自由，z 方向约束为 0，转动量在 z 轴方向转动自 由，x 和 y 轴方向保持约束.同时在圆心处再建立一个 柱坐标，设定径向 R 方向约束为 0，这就保证了棘轮 在碰撞后绕着圆心发生相对位移.
关键词：船舶动力装置；自动同步离合器；碰撞；MSC.Dytran；仿真分析 中图分类号：TH133.4, U664.16 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2010) 03-0024-03
Simulation Analysis of the Collision Problem to the Ratchet and Pawl Mechanism in Marine Synchronous Clutch
收稿日期：2009-10-22；修回日期：2009-12-11 作者简介：沈小刚（1984-），男，硕士，研究方向：船舶动力装置计算机仿真研究.
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目前采用最广泛的有限元法是一种拉格朗日方 法，各个结点固定在分析对象上，通过连接有关结点 形成单元，再由单元组成网络.当分析对象变形时，结 点移动，单元也随之变形.对于碰撞问题，参与碰撞的 部分在碰撞过程中边界条件发生改变，成为非线性问 题.关于碰撞问题，或者更一般的接触的计算方法，可 以参考相关的专著[2].这里将结合使用的 MSC.Dytran 软件进行讨论.
MSC.Dytran 软件采用的算法将第一阶段的任务 进行了简化，要求用户确定可能发生接触的表面，每 个表面由若干个面段组成.用户最多定义两个接触面.
MSC.Dytran 软件允许两个接触表面都是变形的. 在第二阶段，对于每个从结点，搜索主表面上的临近 结点，并通过投影算法确定接触区域.
接触过程的约束属于不定式约束，其常用的解法 包括拉格朗日乘子法和罚函数法等.MSC.Dytran 软件 采用了罚函数法，其惩罚因子相当于在结点和接触面 之间的虚拟弹簧的刚度.
在该平台下在棘轮的圆心和所研究的棘齿处建立两个 相对笛卡儿坐标系和一个柱坐标系
棘轮和棘爪的有限元模型采用六面体单元，其生 成方法是先在面上划分四边形单元，然后在面的垂直 方向扫掠生成六面体网格.在所研究的棘轮齿和棘爪 碰撞的端面上撒点要密集，棘轮齿的接触端面是 3×6 的撒点，棘爪接触端面是 7×6 的撒点.棘轮棘爪实体模 型的单元数为 4098 个.对于瞬态冲击动力学的有限元 数值模拟，在接触面二维的情况下，四节点常应变单 元被广泛引应用，因为由于积分点的数目少从而有效 地减少了计算时间，而且它能防止在不可压材料计算 过程中的所谓 Locking 效应.但同时，这一类单元在模 拟材料动力学过程时，也会出现沙漏现象，它是一种 由单元状态所决定的，在合适的外载荷条件下无控制 发展的变形模态，由于它在每个单元的中心处并不引 起变形，因此常规的四节点算法无法发现它，也就无 从加以控制，从而破坏数值模拟的结果.所以采用了 DYTRAN 中的人工粘性的方法抑制沙漏现象的出现， 设定刚度阻尼，将沙漏抑制参数为 0.1，让它保证计算 的稳定性.棘轮棘爪的有限元模型如图 1 所示.
工况的使用系数 K=1.5[5]，当差动角速度在 120r/min 左右，碰撞应力超过了材料的屈服强度，棘爪会出现
有效屈服变形和相应结构破坏.而文献[6]中燃气轮机 自动离合器设计所允许的差动角速度为 100r/min，这 证明了碰撞分析的合理性.
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
0 20 40 60 80 100 差动角速度/r·min-1
4 棘轮棘爪碰撞过程的仿真分析 在设置了结果输出参数后，提交 MSC.Dytran 进行
了计算.由于 MSC.Dytran 在时间域 采用显式积分算 法，需要小时间步长保证计算的稳定性.
由于篇幅所限，这里仅给出转速差为 100r/min 时 的应力云图以及碰撞接触处某单元的应力时间历程曲 线等仿真结果.图 2 显示的是棘轮棘爪在转速差 100r/min 时的应力云图，图中显示最大应力为 122MPa. 选取图 2 中最大应力处的一单元的应力随时间历程的 曲线，如图 3 所示.
用 Rotation Boundary 赋予了棘爪强迫速度，在相 对位置为 0.5mm 时，给棘爪的所有节点施加 10r/min~ 50r/min 不同的差动角速度，以棘轮中心为圆心.在相 对 位 置 为 6mm 时 ， 给 棘 爪 的 所 有 节 点 施 加 60r/min~100r/min 不同的差动角速度，以便在不同工况 下进行碰撞分析和比较，并找出相应的运动规律.
1 前言 同步离合器是船舶联合动力装置中特有的，是必
不可少的一种主离合器.它通常装在加速机一侧，但巡 航机一侧有时也使用它，供加速机或巡航机和推进系 统之间的结合和脱离之用.自动同步离合器 (Synchronizing-Self-Shift Clutch，简称 S.S.S 离合器)是 目前应用最广泛的同步离合器，其同步机构由爪棘机 构和螺旋机构两者结合而成.爪棘机构起着同步转速 感受器的作用，而螺旋机构则提供齿形离合器在接合 和脱离时所需的轴向位移.当输入轴和输出轴的转速 经过同步点时，由爪棘机构推动螺旋机构运动，使齿 形离合器自动结合.如有一个反向扭矩，离合器就开始 自动脱离.这种离合器的接合和脱离完全自动的，不依 赖于伺服机构或控制连型的接触中，当接
触面上的单元因承受过大的应变而发生破坏时，这些
单元将被从接触面中去除.这样可以保证在仿真过程
中，棘轮和棘爪在发生局部破坏的情况下依然存在正
确的接触关系.
从差动转速 100r/min 开始逐渐提高差动转速，观 察棘轮和棘爪的碰撞云图.根据机械手册在碰撞时取
由于碰撞过程中接触面难以预测，检测接触的算 法非常重要.当采用数值解法时，在一定范围内每个时 间步长或加载步长都需进行接触搜索，再考虑可能接 触的单元数，搜索的计算量可能会很大.接触搜索一般 可分为两个阶段，第一阶段是空间搜索，确定可能发 生接触的区域；第二个阶段是接触检测，在上一阶段 确定的区域内确定发生接触的结点和单元[3].根据接 触过程中结点和另外一个表面之间的相对位移范围， 可将接触问题分为小变形和大变形两类.对于小变形， 两个表面结点之间的相对位移都在较小范围，检测问 题变为结点和结点之间的问题.而对于大变形，其中一 个表面（成为从表面）的结点，相对于另外一个表面 （主表面）的位移在较大的范围，检测问题变为结点 和一段表面之间的问题.所以，检测方法是不对称，即 只检查从表面上的结点是否与主表面接触.
3 棘轮棘爪的有限元模型 棘轮和棘爪的实体建模采用 PRO/E 软件.由于棘
轮棘爪机构十分的复杂，所以在建立模型时作了必要 的简化.零件中无关紧要的机构，如小的倒角等予以简 化.在建立棘轮模型的过程中，棘轮齿的型线均用直线 代替，而棘爪用同一平面内的不规则体来代替.在建立 多体模型时，坐标系的选取对建立模型的力学方程的 难易程度有着很大的影响.因此，在建立实体模型时， 主要从建立模型的方便性考虑，采用笛卡儿坐标系. 然后以 Parasolid 格式导入到 MSC.Dytran 的前处理软 件 MSC.Patran 平台中，同时为了方便研究碰撞问题，
图 4 不同差动角速度下最大碰撞应力
有效应力/MPa 碰撞应力/MPa
图 2 转速差为 100r/min 时的应力云图 120 100 80 60 40 20 0 0 2 4 6 8 10 12 时间×10-3/s
图 3 碰撞接触处某单元的应力随时间变化曲线
SHEN Xiao-gang, LIU Yong-wen
(Institution of Turbo Machinery, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)
Abstract: Self-synchronizing clutch is the most widely used synchronous clutch to the joint power plant in the ship, and the ratchet-pawl mechanism is one of the key components. A synchro transmitter and the axial force to engagement and disengagement of the toothed clutch are provided by the collision of different speeds ratchet and pawl. The transient dynamic analysis of the ratchet and pawl provide a sufficient basis research for structural design and test. This paper introduced a simulation analysis process about the collision problem between ratchet and pawl with MSC.Dytran, which based on a general contact problem solving method. Key words: ship power equipment; self-synchronizing clutch; collision; MSC. Dytran; simulation analysis