汽車(chē)曲軸的動(dòng)力學(xué)建模

第21卷第3期湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報2006年06月Vol 21 No. 3Journal of Hubei University of TechnologyJun.2006文章編號]1003-4684(2006)06-0141-02汽車(chē)曲軸的動(dòng)力學(xué)建模李輝,韓少軍(武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院,湖北武漢)[摘要]建立普通轎車(chē)曲軸系統仿真模型,并通過(guò)仿真計算,分析了曲軸在安裝及運行狀態(tài)下的扭轉、震動(dòng)并將分析結果與實(shí)測扭震進(jìn)行了對比關(guān)鍵詞]曲軸;動(dòng)力學(xué)建模;計箅機仿真[中圖分類(lèi)號]TP271[文獻標識碼]:A汽車(chē)發(fā)動(dòng)機曲軸是汽車(chē)動(dòng)力裝置的核心零件之,其制造質(zhì)量要求很高.因此,噪聲、振動(dòng)、運行平順性已經(jīng)成為發(fā)動(dòng)機設計的一個(gè)重要指標,是否具有良好的性能已是決定發(fā)動(dòng)機能否被市場(chǎng)接受的重要條件.曲軸系統的動(dòng)力學(xué)分析在發(fā)動(dòng)機設計中具有關(guān)鍵性的作用.曲軸在活塞、連桿傳遞的交變載荷作用下產(chǎn)生強烈的振動(dòng),并通過(guò)主軸承把能量傳圖1汽車(chē)曲軸示意圖遞給機體,產(chǎn)生輻射噪聲.曲軸的扭轉振動(dòng)不僅影響自身的強度和可靠性,并使齒輪發(fā)生變化而影響發(fā)動(dòng)機的性能,而且對內燃機整體的振動(dòng)和噪聲特性也有重要的影響現代設計方法是降低發(fā)動(dòng)機振動(dòng)噪聲、提高其圖2汽車(chē)軸曲的力學(xué)模型綜合設計水平的根本途徑.利用計算機虛擬設計手段,以曲軸軸系為主進(jìn)行發(fā)動(dòng)機運動(dòng)件系統的動(dòng)力2態(tài)矢量、元件傳遞矩陣和傳遞方程學(xué)仿真分析,不僅可以掌握發(fā)動(dòng)機的主要機械載荷分布情況,為機體和其他固定件的分析提供依據,而從質(zhì)點(diǎn)的受力,可知:且對于在設計階段進(jìn)行發(fā)動(dòng)機振動(dòng)噪聲預測和低噪(1)聲設計具有重要的意義F-F(2)其中,為代表質(zhì)點(diǎn)i的物理量.考慮自由彎曲震動(dòng),汽車(chē)曲軸力學(xué)模型可設:W= w Sina t首先,對圖1所示的曲軸,簡(jiǎn)化成為圖2所示的M=M t F= F Sina't集中質(zhì)量模型,主軸化為9個(gè)質(zhì)點(diǎn)、10個(gè)彈性軸段將式(3)帶入式(1)、(2),可得和2個(gè)支撐元件的串連.所有元件都是二端元件.并通過(guò)端點(diǎn)連接,端點(diǎn)和元件分別按自然數序編號以便識別.并設M為彎矩,τ為剪力.端點(diǎn)的運動(dòng)則由rVL中國煤化工10M繞度ω,軸橫切面轉角θ描敘CNMHGO 1簡(jiǎn)記為[收稿日期]2006-03-15[作者簡(jiǎn)介]李輝(1979-),男,湖北武漢人,武漢理工大學(xué)碩士研究生,研究方向:現代設計理論及方法.142湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報2006年第3軸的傳遞方程導出自然頻率方程為質(zhì)點(diǎn)元件的傳遞方程.其中x,為端點(diǎn)態(tài)矢量;T現假設兩端自由,通過(guò)式(8)計算得出曲軸自由為質(zhì)點(diǎn)元件的傳遞矩陣端扭轉震動(dòng)曲線(xiàn)為圖3所從軸段元件受力可知0.15+l02+,M(4)0.=6-1+M,F(5)00010203040將式(3)帶入式(4)、(5),可得頻率/Hz0.06ZEI 6El01EⅠ2E頻率/HLF圖3曲軸自由端扭轉運動(dòng)曲線(xiàn)實(shí)際測量得結果如圖4所示,將仿真結果與實(shí)簡(jiǎn)記為測的曲軸自由端扭轉振動(dòng)信號進(jìn)行比較,可以發(fā)現,(6)式(6)為軸段傳遞方程,其中T為軸段元件的傳遞仿真得出的扭轉振動(dòng)最大幅值為0.29°,實(shí)際測量矩陣曲軸扭轉振動(dòng)的最大振幅在0.18°左右,考慮到仿真模型曲軸結構模型以及實(shí)測誤差,認為仿真結果同樣,由支撐元件受力可知是可以接受的.對仿真得岀的扭轉振動(dòng)進(jìn)行變換可以明顯地看出1.5、3、4.5、6諧次是該曲軸扭轉振動(dòng)01000的主要諧次,這一結論也是合理的0K。10Mk00簡(jiǎn)記為= Tz式(⑦)為支撐元件的傳遞方程,T為支撐元件的傳遞矩陣頻率/H3自然頻率和振形圖4實(shí)際測量結果對于圖1所示的曲軸自由彎曲震動(dòng),應用元件[參考文獻的傳遞矩征方程可得逆序和順序的傳遞方程,即1]廖伯瑜,廖永宜.機床結構建模的研究與應用匚J].振動(dòng)T=TmT2T6…TT(8)工程學(xué)報,1990,3(1):83-85端點(diǎn)1和20叫旋轉軸的邊界,它們是可以自由的、[2]費學(xué)博高等動(dòng)力學(xué)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社固定的或鉸接的端點(diǎn).給定邊界條件后,可以由旋轉1991:29-31Automobile Crank Dynamica ModellingLI Hui, hAN Shao-jun(School of Electro Mechanical Engin., Wuhan Univ. of Technology, Wuhan 430070, China)凵中國煤化工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[責任編輯:張眾]