柴油机平衡分析及平衡机构优化设计

论文摘要

振动、噪声量级是发动机设计要求的重要指标之一,良好的振声品质是提高发动机市场竞争力的重要途径,降低发动机振动还是解决车辆振动的主要途径,而从内部抑制发动机的振动激励载荷,是控制发动机振动水平的主要技术措施之一。因此,曲柄连杆机构动平衡技术是解决发动机振动的主要方法,在发动机中应用很广泛。往复活塞式发动机内部惯性力系中的不平衡力和力矩成分,是引起发动机振动的重要激励源,所以发动机在方案设计阶段都须进行整机平衡分析,并采取相应的措施、设计相应的平衡机构,对惯性力系中的未平衡成分进行抑制或消减,以降低发动机的振动,改善发动机的工作特性。本文针对某60°V8柴油机,通过多体动力学分析软件ADAMS,进行柴油机的动平衡分析及平衡优化设计,研究工作主要包括以下内容:1)在发动机运动学和动力学的基础上,深入分析柴油机的内部振动激励力特性,得出柴油机不平衡的往复惯性力、力矩和倾覆力矩等激励载荷。2)运用ADAMS软件,建立柴油机曲柄连杆机构的多体动力学仿真实体模型,进行多刚体动力学仿真,从仿真结果中提取其倾覆力矩。3)运用ADAMS软件,建立拥有双轴平衡机构的柴油机仿真实体模型,以和柴油机倾覆力矩大小相等方向相反的飞轮扭矩为测量目标,以平衡轴的结构参数为设计变量,进行平衡轴的试验设计分析,并由试验设计的优化结果设计计算平衡轴的结构尺寸。4)运用ADAMS软件建立安装平衡重的柴油机仿真实体模型,以最大减小主轴轴颈的合力平均值为测量目标,进行平衡重的优化设计分析,得出的优化结果为平衡重的结构设计奠定基础。上述研究工作表明:运用多体动力学仿真软件ADAMS进行柴油机的平衡分析和平衡优化设计的方法,是一条可以缩短柴油机研制周期行之有效的技术途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题提出的背景
• 1.2 发动机振动控制技术研究现状综述
• 1.2.1 国外研究现状分析
• 1.2.2 国内研究现状分析
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 本文研究内容
• 2 柴油机惯性力系平衡技术研究
• 2.1 中心曲柄连杆机构运动学和动力学分析
• 2.1.1 中心曲柄连杆机构运动学分析
• 2.1.2 中心曲柄连杆机构的质量代换
• 2.1.3 中心曲柄连杆机构动力学分析
• 2.2 柴油机的平衡分析
• 2.2.1 平衡的基本概念
• 2.2.2 柴油机内部激励平衡方法
• 2.3 60°V8柴油机理论平衡分析及计算
• 2.4 结论
• 3 基于多刚体方法的曲柄连杆机构动力学仿真
• 3.1 ADAMS/ENGINE与ADAMS/INSIGHT模块简介
• 3.1.1 ADAMS/Engine介绍
• 3.1.2 ADAMS/Insight介绍
• 3.2 多刚体系统动力学分析基础
• 3.2.1 多刚体系统动力学建模原理
• 3.2.2 ADAMS多刚体系统动力学方程
• 3.3 60°V8柴油机多刚体系统动力学仿真
• 3.3.1 柴油机曲柄连杆机构实体模型的建立
• 3.3.2 仿真结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 60°V8柴油机的平衡机构优化设计
• 4.1 平衡方案设计
• 4.2 柴油机双平衡轴机构优化设计模型
• 4.2.1 设计变量的选择
• 4.2.2 测量目标的选定
• 4.2.3 约束条件
• 4.3 优化实现
• 4.3.1 试验设计简介
• 4.3.2 优化结果
• 4.4 平衡轴的结构设计
• 4.5 本章小结
• 5 60°V8柴油机平衡重的优化设计
• 5.1 发动机的内部平衡
• 5.2 设计变量和优化目标的选取
• 5.3 柴油机平衡重的动态优化设计
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 主要工作和成果
• 6.2 本文的主要特色
• 6.3 前景展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢