汽车曲轴的动力学建模 汽车曲轴的动力学建模

汽车曲轴的动力学建模

  • 期刊名字:湖北工业大学学报
  • 文件大小:885kb
  • 论文作者:李辉,韩少军
  • 作者单位:武汉理工大学机电工程学院
  • 更新时间:2020-08-31
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论文简介

第21卷第3期湖北工业大学学报2006年06月Vol 21 No. 3Journal of Hubei University of TechnologyJun.2006文章编号]1003-4684(2006)06-0141-02汽车曲轴的动力学建模李辉,韩少军(武汉理工大学机电工程学院,湖北武汉)[摘要]建立普通轿车曲轴系统仿真模型,并通过仿真计算,分析了曲轴在安裝及运行状态下的扭转、震动并将分析结果与实测扭震进行了对比关键词]曲轴;动力学建模;计箅机仿真[中图分类号]TP271[文献标识码]:A汽车发动机曲轴是汽车动力装置的核心零件之,其制造质量要求很高.因此,噪声、振动、运行平顺性已经成为发动机设计的一个重要指标,是否具有良好的性能已是决定发动机能否被市场接受的重要条件.曲轴系统的动力学分析在发动机设计中具有关键性的作用.曲轴在活塞、连杆传递的交变载荷作用下产生强烈的振动,并通过主轴承把能量传图1汽车曲轴示意图递给机体,产生辐射噪声.曲轴的扭转振动不仅影响自身的强度和可靠性,并使齿轮发生变化而影响发动机的性能,而且对内燃机整体的振动和噪声特性也有重要的影响现代设计方法是降低发动机振动噪声、提高其图2汽车轴曲的力学模型综合设计水平的根本途径.利用计算机虚拟设计手段,以曲轴轴系为主进行发动机运动件系统的动力2态矢量、元件传递矩阵和传递方程学仿真分析,不仅可以掌握发动机的主要机械载荷分布情况,为机体和其他固定件的分析提供依据,而从质点的受力,可知:且对于在设计阶段进行发动机振动噪声预测和低噪(1)声设计具有重要的意义F-F(2)其中,为代表质点i的物理量.考虑自由弯曲震动,汽车曲轴力学模型可设:W= w Sina t首先,对图1所示的曲轴,简化成为图2所示的M=M t F= F Sina't集中质量模型,主轴化为9个质点、10个弹性轴段将式(3)带入式(1)、(2),可得和2个支撑元件的串连.所有元件都是二端元件.并通过端点连接,端点和元件分别按自然数序编号以便识别.并设M为弯矩,τ为剪力.端点的运动则由rVL中国煤化工10M绕度ω,轴横切面转角θ描叙CNMHGO 1简记为[收稿日期]2006-03-15[作者简介]李辉(1979-),男,湖北武汉人,武汉理工大学硕士研究生,研究方向:现代设计理论及方法.142湖北工业大学学报2006年第3轴的传递方程导出自然频率方程为质点元件的传递方程.其中x,为端点态矢量;T现假设两端自由,通过式(8)计算得出曲轴自由为质点元件的传递矩阵端扭转震动曲线为图3所从轴段元件受力可知0.15+l02+,M(4)0.=6-1+M,F(5)00010203040将式(3)带入式(4)、(5),可得频率/Hz0.06ZEI 6El01EⅠ2E频率/HLF图3曲轴自由端扭转运动曲线实际测量得结果如图4所示,将仿真结果与实简记为测的曲轴自由端扭转振动信号进行比较,可以发现,(6)式(6)为轴段传递方程,其中T为轴段元件的传递仿真得出的扭转振动最大幅值为0.29°,实际测量矩阵曲轴扭转振动的最大振幅在0.18°左右,考虑到仿真模型曲轴结构模型以及实测误差,认为仿真结果同样,由支撑元件受力可知是可以接受的.对仿真得岀的扭转振动进行变换可以明显地看出1.5、3、4.5、6谐次是该曲轴扭转振动01000的主要谐次,这一结论也是合理的0K。10Mk00简记为= Tz式(⑦)为支撑元件的传递方程,T为支撑元件的传递矩阵频率/H3自然频率和振形图4实际测量结果对于图1所示的曲轴自由弯曲震动,应用元件[参考文献的传递矩征方程可得逆序和顺序的传递方程,即1]廖伯瑜,廖永宜.机床结构建模的研究与应用匚J].振动T=TmT2T6…TT(8)工程学报,1990,3(1):83-85端点1和20叫旋转轴的边界,它们是可以自由的、[2]费学博高等动力学[M].杭州:浙江大学出版社固定的或铰接的端点.给定边界条件后,可以由旋转1991:29-31Automobile Crank Dynamica ModellingLI Hui, hAN Shao-jun(School of Electro Mechanical Engin., Wuhan Univ. of Technology, Wuhan 430070, China)凵中国煤化工Abstract: With the ordinary crankshaft as the example, thiCNMHGshaft system simulation model, and through the simulation computation, has analyzed the reverse and the vibration of therankshaft under the installment and the running status. And a comparison is made between the analysisresult and actual turns shakesKeywords: crankshaft; dynamics modeling; computer simulation[责任编辑:张众]

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