摩托车发动机曲柄连杆机构惯性力平衡理论研究与试验评价

论文摘要

振动问题一直是困扰我国摩托车制造企业产品性能和产品质量的瓶颈,因此开展通过合理设计以减小摩托车振动的研究对于提高摩托车性能和质量具有积极重要的意义。发动机是摩托车的主要激振源,采用机构动平衡技术平衡发动机曲柄连杆机构的惯性力和惯性力矩,降低发动机的振动,是降低摩托车振动的主要途径。本文结合隆鑫工业有限公司发动机降振的生产实际需求,通过以对163FML发动机增设单轴平衡机构为实例,分析了发动机运转时曲柄连杆机构所产生的惯性力,阐述了摩托车发动机采用单轴平衡机构平衡一阶往复惯性力的设计方法。通过CAE分析,实际振动测试等手段对发动机平衡效果进行了评估,结果表明单平衡轴平衡发动机惯性力切实有效,并具体开展了以下工作:①分析了摩托车单缸发动机曲柄连杆机构的特点,建立连杆的二质量系统的数学模型,并推导了计算曲柄连杆机构惯性力和力矩的数学公式;②在理论上推导了摩托车发动机惯性力单轴平衡机构平衡公式,并结合隆鑫工业有限公司的163FML发动机降振实例,进行了平衡轴的结构设计;③建立曲柄连杆机构动力学分析模型,在动力学软件ADAMS中对改进前后的曲轴连杆机构惯性力进行了分析计算,仿真表明所设计单平衡轴有效平衡了发动机的惯性力;④对平衡轴改进前后的对发动机振动特性进行了对比测试分析,实验结果表明改进后的平衡机构对整车减振起了重要作用。本文通过对其曲柄连杆机构惯性力平衡的理论分析和单平衡轴设计,并对发动机在安装平衡轴前后的惯性力平衡情况、振动情况进行了CAE分析和实验对比验证,结果表明采用平衡轴达到了预期的效果。本课题的研究,为企业采用单轴平衡机构降低摩托车发动机振动,提供了分析、设计和评价的有效方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外现状
• 1.3 摩托车发动机惯性力平衡
• 1.3.1 平衡的方法
• 1.3.2 平衡轴的分类
• 1.3.3 动平衡测试现状
• 1.4 本论文的研究内容
• 2 曲柄连杆机构运动学分析
• 2.1 正置曲柄连杆机构运动学分析
• 2.1.1 活塞的位移
• 2.1.2 活塞的速度
• 2.1.3 活塞的加速度
• 2.1.4 连杆的运动学分析
• 2.2 偏心曲柄连杆机构运动分析
• 2.3 本章小结
• 3 曲柄连杆机构动力学分析
• 3.1 曲柄连杆机构惯性力分析
• 3.1.1 连杆惯性力分析
• 3.1.2 连杆惯性力简化
• 3.1.3 活塞部件惯性力分析
• 3.1.4 单个曲拐惯性力分析
• 3.2 惯性力计算
• 3.2.1 单曲拐曲柄连杆机构的旋转惯性力
• 3.2.2 单曲拐曲柄连杆机构的往复惯性力
• 3.2.3 单曲拐曲柄连杆机构的惯性力
• 3.3 本章小结
• 4 曲柄连杆机构惯性力平衡设计
• 4.1 发动机对悬挂（或支座）的作用力分析
• 4.2 单缸发动机惯性力平衡设计
• 4.2.1 旋转惯性力的平衡
• 4.2.2 往复惯性力的平衡
• 4.2.3 过量平衡法
• 4.3 发动机惯性力平衡机构
• 4.3.1 单轴平衡机构
• 4.3.2 双轴平衡机构
• 5 发动机惯性力平衡机构设计
• 5.1 163FML 发动机曲柄连杆惯性力分析
• 5.1.1 163FML 发动机曲柄连杆机构运动质量
• 5.1.2 旋转质量合成
• 5.1.3 曲柄连杆机构惯性力
• 5.2 单轴平衡机构设计
• 5.2.1 曲柄改进设计
• 5.2.2 平衡轴平衡质量确定
• 5.3 增设单轴平衡机构后的惯性力
• 5.4 曲轴系统的CAE 分析
• 5.4.1 系统多体动力学建模与求解流程
• 5.4.2 曲轴系统平衡性CAE 分析
• 5.5 本章小结
• 6 平衡效果的试验评估
• 6.1 概述
• 6.2 振动测试
• 6.2.1 测试系统的组成与功能
• 6.2.2 试验测试与结果对比
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献