上海电气集团股份有限公司中央研究院

The Application of COSMOS in Large Size Crankshaft Dynamic Research Used for Marine diesel
张青雷
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主要内容
公司简介 产品设计面对的挑战 曲轴转子-轴承系统动力学分析 技术手段 结论
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上海电气集团股份有限公司
上海电气集团股份有限公司是中国最大的装备制造业集 团。

上海电气的历史可追溯到1880年。

前身是政府管理上 海机械工业的职能部门---上海市机电工业管理局，1995年 5月改制为上海机电控股公司，1996年10月组建成上海电 气(集团)总公司，2004年3月成立混合所有制的上海电气 集团股份有限公司，2005年4月28日在香港H股上市。

共有核心企业60余家,净资产约152亿元，职工约4万人。

上海电气中央研究院在集团及所属企业的大力支持下,坚 持以信息化技术带动工业化发展,重点研究集团产业和科技 发展中迫切需要解决的共性技术、关键性技术和前瞻性技 术,并力求取得新突破。

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我国制造业面临的问题
世界制造业的巨大挑战
我国制造业新产品开发速度缓慢，与世界水平差距较大
新产品快速开发单元技术较成熟、集成技术落后
基于CAD/RE/RP/RT技术集成的新产品快速开发技 术能显著提高我国企业新产品开发水平
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国内产品开发瓶颈
缺乏产品项目决策与管理能力 对国外技术依赖程度过高 国内50%； 韩国22%；日本6.6%；美国1.6% 产品创新能力低下 50.9%产品项目为本省/地区之新 43.3%产品项目为全国同行业之新 近5.8%产品为具国际竞争力的创新产品 产品开发周期长 同类产品开发周期一般为国外的2-3倍以上 先进开发平台的应用水平低—导致产品开发质量不高 上海电气集团股份有限公司中央研究院 SHANGHAI ELECTRIC CENTER ACADEME


我国制造业与发达国家的差距
技术开发能力薄弱
美国等发达国家 典型产品中技术源于国内 制造业新产品贡献率 产品开发周期 主导产品平均生命周期 98.4 52 3-6个月 3年 中国 43 5.9 12-24个月 10.5年
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20世纪的产品增值过程
产品=原材料 + 制造资源（物质形态） 增 值 比
整机的 制造装配 零部件制造 原材料 维修保养 售后服务 培 训 回收再造
例 产品设计 产 品 生 命 周 期
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21世纪产品的增值过程
增 值 比 例 产品=原材料 + 知识 + 制造资源 + 服务 （知识形态 +物质形态）
产品设计和软件 新材料 关键零部 件制造 整机的 制造装配 产品重构 回收再造 远程诊断 远程培训
产 品 生 命 周 期
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制造策略的变迁
新经济 21世纪 技术创新 90年代 响应速度 80年代 产品质量 70年代 生产成本
资源经济
60年代 生产规模
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设计参照对象
大型船用柴油机6S60MCC(8030)曲轴
设计目的
大功率低速船用柴油机曲轴转子－轴承系统动力学性能研究
动力学性能
● 曲轴结构相似 试验台曲轴转子设计成6拐、红套结构、结构相似 上海电气集团股份有限公司中央研究院 SHANGHAI ELECTRIC CENTER ACADEME


柴油机6S60MCC(8030)曲轴
试验台曲轴上海电气集团股份有限公司中央研究院
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●刚支振型相同或相似
刚支形式反映了曲轴转子的固有特性。

大量计算，用于确定试验台转子的大致结构、尺寸等。

8030曲轴刚支第1阶振型试验台曲轴刚支第1阶对应振型上海电气集团股份有限公司中央研究院
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8030曲轴刚支第2阶振型试验台曲轴刚支第2阶对应振型8030曲轴刚支第3阶振型试验台曲轴刚支第3阶对应振型
8030曲轴刚支第4阶振型试验台曲轴刚支第4阶对应振型8030曲轴刚支第5阶振型试验台曲轴刚支第5阶对应振型
●滑动轴承支承方式相同或相似
滑动轴承支承位置相同，8个径向轴承，2个推力轴承布置在推力盘（链轮）两侧。

●滑动轴承支承时的振型相同或相似
滑动轴承支承时，反映了滑动轴承油膜力与曲轴转子耦合后，形成的曲轴转子－滑动轴承系统的动力学特性，代表了设计工作状态。

需确定滑动轴承的间隙比、宽径比；需考虑刚支情况下曲轴转子的振型，反复调整曲轴转子的部分结构尺寸，考虑传感器的安装位置、系统的润滑方式等因素。

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8030曲轴滑动轴承支承第1阶振型试验台曲轴滑动轴承支承第1阶对应振型8030曲轴滑动轴承支承第2阶振型试验台曲轴滑动轴承支承第2阶对应振型
8030曲轴滑动轴承支承第3阶振型试验台曲轴滑动轴承支承第3阶对应振型8030曲轴滑动轴承支承第4阶振型试验台曲轴滑动轴承支承第4阶对应振型
8030曲轴滑动轴承支承第5阶振型试验台曲轴滑动轴承支承第5阶对应振型8030曲轴滑动轴承支承第6阶振型试验台曲轴滑动轴承支承第6阶对应振型
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载荷形式
曲轴转子－轴承系统试验台设计额定功率为5.5Kw ，转速105r/min ，在50～200r/min 范围内，转速可调。

●曲轴转子受力方式相同
柴油机的功率流向为：高压气体推动活塞，活塞通过连杆推动曲轴旋转，曲轴通过联轴器将功率输送出去。

试验台的功率流向为：电动机带动曲轴旋转，曲轴轴颈通过连杆推动活塞做往复运动，从而压缩气缸体中的空气，使空气应力增大，在活塞上产生阻力。

●曲轴转子受力大小可调
改变排气阀开度和流量，可以改变载荷的大小和变化方式。

●转速可调
电动机由变频器控制，在50～200r/min 内可调，同时也可以改变试验台的功率。

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技术手段
•零件建模：快速建模，简单的实施设计修改； •构件和测试装备体 ：考虑其它零件并保持关联； •复杂曲面：曲面缝合，创新的填充曲面特征； •COSMOSWorks Professional:分析功能。

结论
随着中国制造业的发展，在从“中国制造" 走向"中国创造”的路上，Solidworks正发 挥着日渐重要的作用。

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