正时滚子链传动的动态特性研究

论文摘要

随着发动机技术的发展,车用发动机的正时传动越来越广泛地采用滚子链传动。传统的滚子链传动,由于存在多边形效应和啮合冲击,难以适应车用发动机的要求,因此,迫切需要深入探讨新的链传动机理,研究适应正时传动的链传动技术。首先,利用有限元分析方法,对滚子链内、外链节装配体以及链条与链轮的装配体分别进行有限元结构静力学分析,分析中考虑了零件之间的接触作用,通过定义接触对实现了作用力的传递。研究表明,链条的弹性变形与载荷基本上满足虎克定律,外链节的弹性变形较大,将影响正时链传动的性能,而内链节的弹性变形非常小,不会对链传动造成影响,同时这些数据也可以为以后的链节形状优化提供帮助。链轮齿廓的变形主要是齿根弯曲变形,将对正时传动产生影响,应该予以补偿,其变形规律可以作为齿形修正的依据。其次,以多刚体动力学为理论基础,应用发动机仿真软件对正时滚子链传动系统进行动力学仿真。研究表明,链条的动态张力比传统的计算值要大很多;动载荷在链条动态张力中是不容忽视的因素;链节与传动部件在啮合点与分离点的接触力比较大,并且有突变发生;在链条运动轨迹的所有非支撑部位,链条的运动有明显的横向振动发生,并且随着曲轴转速的提升链条的振动先减弱然后加强;凸轮轴链轮的角速度不断变化;该正时滚子链传动的一个共振区大约为400Hz左右。因此,通过仿真可以获得链传动的一些固有特性,为链传动零部件的改进设计提供依据。最后,以传统的链传动啮合理论为指导,结合计算机仿真技术,在GB/T 1243的基础上,提出了一种链轮齿廓双向对称修正方案。通过对比研究,采用非标准链轮的传动系统,其链条的张力、链条与传动部件之间的接触力和摩擦力以及张紧器的张紧力都有明显的改善。因此该修正链轮有利于提高链条的承载能力,改善系统的受力情况,提高系统的传动效率,延长传动系统零部件的使用寿命,减少啮入冲击降低噪音,减缓多边形效应,因而它可以满足发动机正时传动的需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题的研究方法及主要研究工作
• 第2章 滚子链传动啮合机理
• 2.1 链传动运动学
• 2.1.1 链条的速度变化
• 2.1.2 从动链轮的角速度变化
• 2.1.3 补偿多边形效应的措施
• 2.2 链传动动力学
• 2.2.1 传动链条受力分析
• 2.2.2 链条与链轮的啮入冲击
• 2.2.3 链条运动轨迹变化引起的附加动载荷
• 2.2.4 链条的振动
• 2.3 链传动啮合过程及其轮齿的受力
• 2.3.1 单个铰链及其轮齿的受力分析
• 2.3.2 围齿区间内各铰链的受力分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 基础分析理论
• 3.1 结构静力学分析理论
• 3.1.1 有限元分析的基本思想
• 3.1.2 有限元分析基本步骤
• 3.2 接触有限元基础理论
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 接触算法
• 3.2.3 接触类型
• 3.3 多体系统动力学基础理论
• 3.3.1 多体系统动力学的发展
• 3.3.2 多体系统建模理论
• 3.3.3 多体系统动力学数值求解
• 3.3.4 滚子链传动系统动力学模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 正时滚子链传动系统的有限元分析
• 4.1 链节弹性变形有限元分析
• 4.1.1 链节有限元分析前处理
• 4.1.2 外链节的弹性变形分析
• 4.1.3 外链板的等效应力分析
• 4.1.4 内链节的弹性变形分析
• 4.1.5 内链板的等效应力分析
• 4.1.6 链条弹性变形规律
• 4.1.7 补偿链条弹性变形的方法
• 4.2 链轮弹性变形有限元分析
• 4.2.1 有限元分析前处理
• 4.2.2 主动链轮的变形
• 4.2.3 从动链轮的变形
• 4.2.4 主动链轮的等效应力
• 4.2.5 从动链轮的应力分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 正时滚子链传动的动力学仿真
• 5.1 虚拟仿真前处理
• 5.1.1 正时链传动系统结构
• 5.1.2 仿真建模
• 5.2 正时链传动的时间响应
• 5.2.1 链条的张力
• 5.2.2 链节与各零件之间的接触力
• 5.2.3 链节运动轨迹
• 5.2.4 链节的角速度
• 5.3 正时链传动的频率响应
• 5.3.1 凸轮轴链轮角速度频率响应
• 5.3.2 张紧力频率响应
• 5.3.3 凸轮轴链轮角加速度频率响应
• 5.4 本章小结
• 第6章 齿形修正及新型链轮的啮合特性研究
• 6.1 链轮齿形修正
• 6.1.1 齿形修正机理
• 6.1.2 齿形修正方法
• 6.2 仿真分析前处理
• 6.2.1 传动系统结构
• 6.2.2 计算参数
• 6.3 仿真结果比较
• 6.3.1 链条张力
• 6.3.2 链条与传动部件的接触力
• 6.3.3 链条与传动部件的摩擦力
• 6.3.4 张紧器张紧力
• 6.3.5 凸轮轴链轮角速度
• 6.3.6 凸轮轴链轮角速度频率响应
• 6.3.7 张紧器张紧力频率响应
• 6.3.8 链条的运动轨迹
• 6.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文和参与课题
• 发表论文
• 参与课题
• 学位论文评阅及答辩情况表