汽车发动机曲轴扭转振动分析及控制

论文题目: 汽车发动机曲轴扭转振动分析及控制

论文类型: 硕士论文

论文专业: 车辆工程

作者: 杨礌

导师: 胡玉梅

关键词: 曲轴系,柔性多体系统动力学,扭转振动,减振器,优化设计

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着汽车相关法律法规愈来愈严格,以及人们对汽车乘座的舒适性要求越来越高,有关汽车发动机的噪声、振动和行驶平顺性(NVH)的研究愈来愈受到人们的重视。发动机曲轴系的扭转振动是汽车发动机NVH 分析的重要组成部分。传统的曲轴扭转振动设计方法和设计手段需要耗费大量的时间和多次的重复试验才能获得满意的结果。本文借助现代CAE 技术,将有限元法(FEM)、多体系统仿真(MSS)技术融于一体的发动机曲轴振动分析技术应运而生。该方法将发动机设计设计过程从昂贵的试验(TEST CELL)研究转变为更有效率、更经济的数值仿真。本文对曲轴系多体动力学仿真建模进行了深入研究,利用计算机仿真技术,研究了飞轮的不同处理方式对计算结果的影响,通过建立弹簧—阻尼单元来模拟曲轴与主轴承座之间的油膜效应,最终建立了包括柔性曲轴、柔性缸体以及柔性连杆在内的精确的曲轴系扭转振动分析多体动力学仿真模型。利用该模型,对曲轴系进行了详细的振动动态特性的研究,获得了系统的动态特性,结果表明曲轴系的第一阶扭转振动固有频率较低,需要予以重视。在此基础上,对曲轴系在不同转速下进行强迫扭转振动响应分析,发现在发动机输出扭矩最大的5000 转/分的工况,曲轴发生了较为明显的一阶扭转共振,主要原因是干扰力矩的6 次谐波分量引起了曲轴的一阶扭转振动,需要对其进行控制。通过设计扭转减振器和对曲轴系各部件结构参数进行优化设计,对扭振进行了有效的控制并对其控制效果进行评价,探讨了结构修改对系统扭振的影响规律。同时还分析了调整飞轮惯量和更改发火顺序等措施对系统扭振特性的影响。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 课题的提出及意义

1.2 汽车发动机曲轴系扭转振动的研究现状

1.2.1 模拟分析研究

1.2.2 试验研究

1.3 本文的主要研究内容

2 汽车发动机曲轴扭转振动多体系统动力学分析理论

2.1 ADAMS 多刚体动力学理论

2.1.1 广义坐标的选取

2.1.2 ADAMS 多刚体动力学方程

2.1.3 动力学方程的求解

2.2 ADAMS 多柔体动力学理论

2.2.1 多柔体系统中的坐标系

2.2.2 柔性体的运动微分方程

2.2.3 ADAMS/Flex 基本理论

3 曲轴系多体动力学仿真建模的研究

3.1 引言

3.2 三维几何模型的建立

3.3 曲轴柔性体模型的建立

3.3.1 曲轴有限元模型的建立

3.3.2 采用飞轮质量单元的曲轴动态特性分析

3.3.3 含飞轮有限元模型的曲轴动态特性分析

3.3.4 两种飞轮处理方式下的曲轴分析结果的讨论

3.3.5 曲轴柔性动力学模型的建立与验证

3.4 发动机缸体柔性体模型的建立

3.4.1 发动机缸体模态分析

3.4.2 建立缸体柔性体模型

3.5 主轴承的油膜特性与曲轴的约束模态研究

3.6 连杆柔性体模型的建立

3.7 曲轴系多体仿真模型的建立

3.7.1 曲轴系仿真模型的装配

3.7.2 曲轴系自由振动固有特性分析

3.8 小结

4 曲轴系扭转振动特性的仿真分析

4.1 曲轴扭转振动分析方法

4.1.1 曲轴扭转振动产生的机理

4.1.2 曲轴强迫扭转载荷的施加

4.2 曲轴系扭转振动仿真分析

4.3 小结

5 曲轴系扭转振动控制措施的研究及仿真分析

5.1 引言

5.2 影响曲轴系扭振响应的主要因素

5.3 扭振减振器的初步设计

5.3.1 阻尼弹性减振器的基本设计理论

5.3.2 减振器的设计

5.3.3 减振器的仿真分析

5.4 扭振控制的其他措施分析及研究

5.4.1 调整飞轮的转动惯量

5.4.2 调整发火顺序

5.5 小结

6 结论

致 谢

参考文献

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2005-11-07

参考文献

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