基于虛擬樣機技術的曲軸軸系多體動力學研究及扭振分析.pdf

1、曲軸作為發(fā)動機的重要部件之一,一直以來是人們研究的重要對象。隨著科學技術的迅猛發(fā)展,以發(fā)動機作為動力的機械設備日益增加,人們對發(fā)動機的要求也越來越高,尤其對于NVH性能的要求顯的更加突出。曲軸扭振是該性能研究的一個重要組成部分。而用傳統(tǒng)的扭振研究方法需要耗費大量的時間和金錢,這對企業(yè)降低開發(fā)成本和迅速搶占市場也是非常不利的。采用虛擬樣機技術,將CAD技術、有限元法和多體動力學仿真技術相結合來研究曲軸系統(tǒng)扭振問題是發(fā)動機設計的發(fā)展方向。<

2、br>　　本文以6V150發(fā)動機為研究對象,結合有限元軟件ANSYS和多體動力學仿真軟件ADAMS對曲軸軸系進行了多體動力學仿真研究和扭振分析。根據(jù)扭振仿真分析結果,優(yōu)化設計兩種不同類型減振器來達到減振的目的,并對比減振效果選出了最佳減振器。本論文的主要工作如下:
　　1)在 Pro/E中建立軸系的零部件模型,完成裝配。將裝配好的模型體導入ADAMS中,在零部件間加上約束,得到多剛體模型。之后,在ANSYS軟件中完成曲軸的模態(tài)分析

3、。在此基礎上制作中性文件導入ADAMS中,并將柔性體曲軸和剛性曲軸進行替換,從而得到剛柔混合模型。
　　2)利用ADAMS軟件對曲軸軸系多剛體系統(tǒng)和剛柔混合系統(tǒng)模型進行了運動學和動力學仿真分析,得到相關參量,如活塞速度及加速度、曲柄銷受力、活塞銷受力和主軸頸受力等。分析對比兩種模型中以上參量的變化情況,以便得到曲軸柔性化對曲軸軸系動力學特性的影響。
　　3)根據(jù)發(fā)動機曲軸扭轉振動的傳統(tǒng)方法計算并繪制軸系扭振系統(tǒng)的各諧次扭振力

4、矩矢量圖,在理論上得出引起曲軸系統(tǒng)的強烈共振的簡諧階數(shù)是1.5的整數(shù)倍。接著,對實際曲軸系進行當量系統(tǒng)簡化和扭轉振動計算,得到該發(fā)動機軸系的固有頻率、相對振幅值、振型圖、臨界轉速及其臨界轉速譜圖。在ADAMS軟件中,通過施加不同工況下的爆發(fā)壓力,仿真計算得曲軸自由端的扭振情況和相應頻域響應曲線。重點對額定轉速下的扭振結果分析可知,在4.5、7.5、8.5諧次產(chǎn)生的扭轉振幅幅值較大需引起重視。
　　4)簡述扭振的減振方法,根據(jù)前面的

5、扭振仿真結果,通過優(yōu)化設計減振器來達到減振的目的。依據(jù)橡膠減振器設計原理,通過初步選定定調比設計5種方案的橡膠減振器,并分別裝在虛擬樣機模型中進行仿真計算得出相應的曲軸自由端扭振曲線。對比仿真結果選出減振效果最佳的2號減振器。同樣,在硅油減振器理論設計的基礎上,采用求解非線性有約束的二元優(yōu)化函數(shù)進行優(yōu)化設計。將設計好的硅油減振器裝于模型中進行仿真計算,輸出扭振曲線。對比分析兩種減振器減振效果,確定硅油減振器為最優(yōu)減振器,同時實現(xiàn)減振的目