本文關(guān)鍵詞：基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的曲軸軸系多體動(dòng)力學(xué)研究及扭振分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件之一，一直以來是人們研究的重要對(duì)象。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力的機(jī)械設(shè)備日益增加，人們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求也越來越高，尤其對(duì)于NVH性能的要求顯的更加突出。曲軸扭振是該性能研究的一個(gè)重要組成部分。而用傳統(tǒng)的扭振研究方法需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和金錢，這對(duì)企業(yè)降低開發(fā)成本和迅速搶占市場也是非常不利的。采用虛擬樣機(jī)技術(shù)，將CAD技術(shù)、有限元法和多體動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)相結(jié)合來研究曲軸系統(tǒng)扭振問題是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。 本文以6V150發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，，結(jié)合有限元軟件ANSYS和多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS對(duì)曲軸軸系進(jìn)行了多體動(dòng)力學(xué)仿真研究和扭振分析。根據(jù)扭振仿真分析結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計(jì)兩種不同類型減振器來達(dá)到減振的目的，并對(duì)比減振效果選出了最佳減振器。本論文的主要工作如下： 1）在Pro/E中建立軸系的零部件模型，完成裝配。將裝配好的模型體導(dǎo)入ADAMS中，在零部件間加上約束，得到多剛體模型。之后，在ANSYS軟件中完成曲軸的模態(tài)分析。在此基礎(chǔ)上制作中性文件導(dǎo)入ADAMS中，并將柔性體曲軸和剛性曲軸進(jìn)行替換，從而得到剛?cè)峄旌夏Ｐ汀?2）利用ADAMS軟件對(duì)曲軸軸系多剛體系統(tǒng)和剛?cè)峄旌舷到y(tǒng)模型進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析，得到相關(guān)參量，如活塞速度及加速度、曲柄銷受力、活塞銷受力和主軸頸受力等。分析對(duì)比兩種模型中以上參量的變化情況，以便得到曲軸柔性化對(duì)曲軸軸系動(dòng)力學(xué)特性的影響。 3）根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的傳統(tǒng)方法計(jì)算并繪制軸系扭振系統(tǒng)的各諧次扭振力矩矢量圖，在理論上得出引起曲軸系統(tǒng)的強(qiáng)烈共振的簡諧階數(shù)是1.5的整數(shù)倍。接著，對(duì)實(shí)際曲軸系進(jìn)行當(dāng)量系統(tǒng)簡化和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算，得到該發(fā)動(dòng)機(jī)軸系的固有頻率、相對(duì)振幅值、振型圖、臨界轉(zhuǎn)速及其臨界轉(zhuǎn)速譜圖。在ADAMS軟件中，通過施加不同工況下的爆發(fā)壓力，仿真計(jì)算得曲軸自由端的扭振情況和相應(yīng)頻域響應(yīng)曲線。重點(diǎn)對(duì)額定轉(zhuǎn)速下的扭振結(jié)果分析可知，在4.5、7.5、8.5諧次產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振幅幅值較大需引起重視。 4）簡述扭振的減振方法，根據(jù)前面的扭振仿真結(jié)果，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)減振器來達(dá)到減振的目的。依據(jù)橡膠減振器設(shè)計(jì)原理，通過初步選定定調(diào)比設(shè)計(jì)5種方案的橡膠減振器，并分別裝在虛擬樣機(jī)模型中進(jìn)行仿真計(jì)算得出相應(yīng)的曲軸自由端扭振曲線。對(duì)比仿真結(jié)果選出減振效果最佳的2號(hào)減振器。同樣，在硅油減振器理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采用求解非線性有約束的二元優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。將設(shè)計(jì)好的硅油減振器裝于模型中進(jìn)行仿真計(jì)算，輸出扭振曲線。對(duì)比分析兩種減振器減振效果，確定硅油減振器為最優(yōu)減振器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)減振的目的。 通過對(duì)上述研究工作的結(jié)果分析顯示，在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中可以利用虛擬樣機(jī)技術(shù)來預(yù)測發(fā)動(dòng)機(jī)的扭振情況，為研究發(fā)動(dòng)機(jī)減振降噪提供了一個(gè)新方法。
【關(guān)鍵詞】：發(fā)動(dòng)機(jī) 軸系 虛擬樣機(jī)技術(shù) 扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 多體動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TK401
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 課題的提出及研究意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)14-22
• 1.2.1 軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)研究14-17
• 1.2.2 曲軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的分析計(jì)算模型及數(shù)值計(jì)算方法研究17-22
• 1.3 本論文的主要研究內(nèi)容22-23
• 第二章 虛擬樣機(jī)技術(shù)及多體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論研究23-34
• 2.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)概述23-25
• 2.1.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)的概念及應(yīng)用23-25
• 2.1.2 虛擬樣機(jī)技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)軸系設(shè)計(jì)中的運(yùn)用25
• 2.2 多體動(dòng)力學(xué)理論研究25-33
• 2.2.1 多體動(dòng)力學(xué)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀26-27
• 2.2.2 多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論27-31
• 2.2.3 多柔性體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論31-33
• 2.3 小結(jié)33-34
• 第三章 基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸系動(dòng)力學(xué)仿真建模研究34-49
• 3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸系三維幾何模型的建立34-36
• 3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸系多剛體模型的建立36-38
• 3.3 剛?cè)峄旌夏Ｐ偷慕?/span>38-45
• 3.3.1 ADAMS 中生成柔性體的 3 種方法38
• 3.3.2 曲軸的有限元模型的建立及其模態(tài)分析38-42
• 3.3.3 利用 ANSYS 軟件生成曲軸的模態(tài)中性文件42-45
• 3.3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)剛?cè)峄旌夏Ｐ蜕?/span>45
• 3.4 阻尼和爆發(fā)壓力的施加45-48
• 3.4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)45-46
• 3.4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)壓力的施加46-47
• 3.4.3 阻尼的施加47-48
• 3.5 小結(jié)48-49
• 第四章 曲軸軸系多體動(dòng)力學(xué)仿真分析49-67
• 4.1 多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析49-57
• 4.1.1 創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)49
• 4.1.2 設(shè)置仿真參數(shù)并輸出仿真結(jié)果49-57
• 4.2 剛?cè)峄旌线\(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析57-66
• 4.2.1 創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)57
• 4.2.2 設(shè)置仿真參數(shù)并輸出仿真結(jié)果57-66
• 4.3 小結(jié)66-67
• 第五章 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸系扭振仿真分析67-93
• 5.1 曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的分析方法67-70
• 5.1.1 扭振的產(chǎn)生67
• 5.1.2 相對(duì)振幅矢量和67-70
• 5.2 曲軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算70-84
• 5.2.1 扭振的計(jì)算模型及當(dāng)量轉(zhuǎn)化70-78
• 5.2.2 固有頻率和固有振型計(jì)算78-82
• 5.2.3 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算82-83
• 5.2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)共振轉(zhuǎn)速分布及需要考慮的簡諧次數(shù)83-84
• 5.3 曲軸軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)仿真結(jié)果研究84-92
• 5.3.1 各轉(zhuǎn)速工況下單列氣缸的曲軸扭振特性研究84-91
• 5.3.2 額定轉(zhuǎn)速工況下曲軸自由端扭振研究91-92
• 5.4 小結(jié)92-93
• 第六章 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸系扭振的消減93-110
• 6.1 減振措施93-94
• 6.2 發(fā)動(dòng)機(jī)橡膠減振器的優(yōu)化設(shè)計(jì)94-100
• 6.2.1 橡膠減振器工作原理94-97
• 6.2.2 橡膠減振器的設(shè)計(jì)步驟97-98
• 6.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)橡膠扭轉(zhuǎn)減振器機(jī)構(gòu)尺寸及相關(guān)參數(shù)確定98-100
• 6.3 發(fā)動(dòng)機(jī)硅油減振器的優(yōu)化設(shè)計(jì)100-104
• 6.3.1 硅油減振器優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)理論研究101-102
• 6.3.2 硅油減振器外形尺寸確定102-104
• 6.4 對(duì)減振器進(jìn)行仿真對(duì)比研究，確定最優(yōu)減振器104-109
• 6.5 小結(jié)109-110
• 第七章 總結(jié)與展望110-113
• 參考文獻(xiàn)113-117
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文117-118
• 致謝118-119

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的曲軸軸系多體動(dòng)力學(xué)研究及扭振分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：258655