發(fā)動機(jī)凸輪軸動態(tài)特性及多軸疲勞的研究.pdf

1、疲勞強(qiáng)度與相關(guān)振動動態(tài)特性是評價(jià)發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的重要性能指標(biāo)之一，隨著大功率大扭矩發(fā)動機(jī)的發(fā)展，凸輪軸作為配氣機(jī)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分其承受的載荷更加復(fù)雜多變。目前國內(nèi)外對凸輪軸的研究大多集中在材料、工藝及型線設(shè)計(jì)等方面，而合理的分析與優(yōu)化凸輪軸的振動及疲勞強(qiáng)度特性卻日益成為一個(gè)重要的研究課題。在此過程中CAE技術(shù)已經(jīng)成為工程分析與學(xué)術(shù)探索中不可或缺的手段。本文根據(jù)目前車用內(nèi)燃機(jī)凸輪軸在設(shè)計(jì)分析與工程應(yīng)用中受到關(guān)注的熱點(diǎn)問題，通過CAE技

2、術(shù)分別對某1.6L汽油機(jī)、某493柴油機(jī)和某V12柴油機(jī)進(jìn)行了凸輪軸的型線設(shè)計(jì)、徑向振動動態(tài)優(yōu)化研究、扭轉(zhuǎn)振動分析及疲勞強(qiáng)度的分析計(jì)算這四個(gè)方面的研究，形成了從凸輪型線優(yōu)化到動態(tài)特性研究再至疲勞強(qiáng)度計(jì)算這樣一個(gè)逐次遞進(jìn)的研究體系，對凸輪軸的設(shè)計(jì)優(yōu)化與工程分析具有一定的指導(dǎo)意義。
　　論文首先以1.6L汽油機(jī)的單閥系多體動力學(xué)模型為例，通過三種型線函數(shù)擬合的方法對凸輪型線進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括高次多項(xiàng)(Polydyne)擬合函數(shù)、分段

3、加速度(ISAC)擬合函數(shù)和高次多項(xiàng)-分段加速度(Poly-ISAC)非對稱擬合函數(shù)三種型線，并分析了這三種凸輪型線設(shè)計(jì)的差異性，對主要的動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)參數(shù)進(jìn)行了比較。
　　在凸輪軸的徑向振動動態(tài)特性研究中綜合考慮了軸承支承剛度、軸頸摩擦狀況、曲軸轉(zhuǎn)速波動及缸內(nèi)爆發(fā)壓力等因素的影響，建立了某493柴油機(jī)凸輪軸的多體動力學(xué)模型，采用高次多項(xiàng)-分段加速度擬合的凸輪型線作為優(yōu)化方案，在凸輪軸運(yùn)動學(xué)及軸承徑向力、軸承接觸段凸輪軸徑向運(yùn)動速

4、度及諧次振動等方面與原機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，并研究了機(jī)油動力粘度及軸承配合相對間隙對凸輪軸徑向動態(tài)特性的影響。
　　除了在凸輪軸徑向的振動動態(tài)特性分析外，論文還進(jìn)行了凸輪軸在扭轉(zhuǎn)振動方面的計(jì)算分析，獲得了發(fā)動機(jī)軸系（曲軸及四根凸輪軸）的強(qiáng)迫扭轉(zhuǎn)振動及自由扭轉(zhuǎn)振動的結(jié)果，并對凸輪軸扭振評價(jià)指標(biāo)以及滾振問題進(jìn)行了探索性的研究。
　　論文最后以凸輪軸的強(qiáng)度及疲勞分析為主要內(nèi)容，通過發(fā)動機(jī)曲軸軸系動力學(xué)分析獲得了凸輪軸在實(shí)際工作狀態(tài)下