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.pdf

1、曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件之一,一直以來(lái)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(lái)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(qián),這對(duì)企業(yè)降低開(kāi)發(fā)成本和迅速搶占市場(chǎng)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(lái)研究曲軸系統(tǒng)扭振問(wèn)題是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。<

2、br>　　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(lèi)型減振器來(lái)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

3、。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?br>　　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(xiāo)受力、活塞銷(xiāo)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

4、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(jiǎn)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(jiǎn)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(guò)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(xiàn)。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(jiǎn)述扭振的減振方法,根據(jù)前面的

5、扭振仿真結(jié)果,通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)減振器來(lái)達(dá)到減振的目的。依據(jù)橡膠減振器設(shè)計(jì)原理,通過(guò)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(xiàn)。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(xiàn)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(xiàn)。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