發(fā)布時間：2017-03-21 00:03

  本文關(guān)鍵詞：基于虛擬樣機技術(shù)的曲軸軸系多體動力學(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)動機的重要部件之一，一直以來是人們研究的重要對象。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以發(fā)動機作為動力的機械設(shè)備日益增加，人們對發(fā)動機的要求也越來越高，尤其對于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重要組成部分。而用傳統(tǒng)的扭振研究方法需要耗費大量的時間和金錢，這對企業(yè)降低開發(fā)成本和迅速搶占市場也是非常不利的。采用虛擬樣機技術(shù)，將CAD技術(shù)、有限元法和多體動力學(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)動機設(shè)計的發(fā)展方向。 本文以6V150發(fā)動機為研究對象，，結(jié)合有限元軟件ANSYS和多體動力學(xué)仿真軟件ADAMS對曲軸軸系進(jìn)行了多體動力學(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)計兩種不同類型減振器來達(dá)到減振的目的，并對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)行了運動學(xué)和動力學(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曲軸軸系動力學(xué)特性的影響。 3）根據(jù)發(fā)動機曲軸扭轉(zhuǎn)振動的傳統(tǒng)方法計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)的強烈共振的簡諧階數(shù)是1.5的整數(shù)倍。接著，對實際曲軸系進(jìn)行當(dāng)量系統(tǒng)簡化和扭轉(zhuǎn)振動計算，得到該發(fā)動機軸系的固有頻率、相對振幅值、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。重點對額定轉(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)計減振器來達(dá)到減振的目的。依據(jù)橡膠減振器設(shè)計原理，通過初步選定定調(diào)比設(shè)計5種方案的橡膠減振器，并分別裝在虛擬樣機模型中進(jìn)行仿真計算得出相應(yīng)的曲軸自由端扭振曲線。對比仿真結(jié)果選出減振效果最佳的2號減振器。同樣，在硅油減振器理論設(shè)計的基礎(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。將設(shè)計好的硅油減振器裝于模型中進(jìn)行仿真計算，輸出扭振曲線。對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，同時實現(xiàn)減振的目的。 通過對上述研究工作的結(jié)果分析顯示，在發(fā)動機設(shè)計過程中可以利用虛擬樣機技術(shù)來預(yù)測發(fā)動機的扭振情況，為研究發(fā)動機減振降噪提供了一個新方法。
【關(guān)鍵詞】：發(fā)動機 軸系 虛擬樣機技術(shù) 扭轉(zhuǎn)振動 多體動力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：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)外研究動態(tài)14-22
• 1.2.1 軸系扭轉(zhuǎn)振動研究14-17
• 1.2.2 曲軸系扭轉(zhuǎn)振動的分析計算模型及數(shù)值計算方法研究17-22
• 1.3 本論文的主要研究內(nèi)容22-23
• 第二章 虛擬樣機技術(shù)及多體動力學(xué)基礎(chǔ)理論研究23-34
• 2.1 虛擬樣機技術(shù)概述23-25
• 2.1.1 虛擬樣機技術(shù)的概念及應(yīng)用23-25
• 2.1.2 虛擬樣機技術(shù)在發(fā)動機軸系設(shè)計中的運用25
• 2.2 多體動力學(xué)理論研究25-33
• 2.2.1 多體動力學(xué)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀26-27
• 2.2.2 多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論27-31
• 2.2.3 多柔性體系統(tǒng)動力學(xué)理論31-33
• 2.3 小結(jié)33-34
• 第三章 基于虛擬樣機技術(shù)的發(fā)動機曲軸軸系動力學(xué)仿真建模研究34-49
• 3.1 發(fā)動機曲軸軸系三維幾何模型的建立34-36
• 3.2 發(fā)動機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)動機剛?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)動機的主要參數(shù)45-46
• 3.4.2 發(fā)動機爆發(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 曲軸軸系多體動力學(xué)仿真分析49-67
• 4.1 多剛體運動學(xué)和動力學(xué)仿真分析49-57
• 4.1.1 創(chuàng)建驅(qū)動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\動學(xué)和動力學(xué)仿真分析57-66
• 4.2.1 創(chuàng)建驅(qū)動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)動機曲軸軸系扭振仿真分析67-93
• 5.1 曲軸扭轉(zhuǎn)振動的分析方法67-70
• 5.1.1 扭振的產(chǎn)生67
• 5.1.2 相對振幅矢量和67-70
• 5.2 曲軸系扭轉(zhuǎn)振動計算70-84
• 5.2.1 扭振的計算模型及當(dāng)量轉(zhuǎn)化70-78
• 5.2.2 固有頻率和固有振型計算78-82
• 5.2.3 臨界轉(zhuǎn)速計算82-83
• 5.2.4 發(fā)動機共振轉(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)動機曲軸軸系扭振的消減93-110
• 6.1 減振措施93-94
• 6.2 發(fā)動機橡膠減振器的優(yōu)化設(shè)計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)計步驟97-98
• 6.2.3 發(fā)動機橡膠扭轉(zhuǎn)減振器機構(gòu)尺寸及相關(guān)參數(shù)確定98-100
• 6.3 發(fā)動機硅油減振器的優(yōu)化設(shè)計100-104
• 6.3.1 硅油減振器優(yōu)化設(shè)計的數(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 對減振器進(jìn)行仿真對比研究，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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本文編號：258655