论文部分内容阅读
曲轴作为汽车发动机的主要传动构件之一，在工作时承受着运动惯性力、交变压力等各种复杂激振力或力矩的作用，这会引起曲轴的振动，从而使得曲轴各段发生扭转及弯曲，严重时会导致曲轴断裂、轴承破坏等，产生破坏性的后果;同时振动也会产生较大的噪音。这些都大大影响了发动机的安全性、使用寿命及人员乘坐的舒适性，因此对曲轴问题的研究分析十分必要。 本文以某发动机曲柄连杆机构为研究对象，通过三维建模软件完成所需模型的建立，再综合运用有限元方法、以多体系统动力学理论为基础的动力学仿真软件，对机构进行仿真研究。具体研究内容如下: (1)通过CATIA软件建立曲柄连杆机构的几何模型，并完成装配。利用HyperMesh对建立的曲轴模型完成有限元前处理过程，然后对曲轴进行模态分析，得到其各阶模态下的固有频率与振型，为动力学仿真做准备。 (2)利用多体动力学仿真软件ADAMS，将建立好的几何模型导入，添加相应的运动约束和条件约束，完成了刚体动力学模型的建立。再对曲轴进行柔性处理，利用HyperWorks生成所需模态中性文件，然后导入ADAMS中替换刚性体曲轴，最终完成曲柄连杆机构刚柔耦合模型的建立。 (3)对刚体模型和刚柔耦合模型分别进行动力学仿真，获得了机构中活塞、曲轴的位移、速度、力等相关数据，通过对比不同模型的仿真数据，发现刚柔耦合模型更能反映机构运动特性。然后在发动机的额定转速、临界转速下分别进行动力学仿真，获得曲轴前端轴的振幅大小，利用FFT转换得到振幅的频域响应曲线，可知在3、4、6、8谐次频率下对扭转振幅影响相对较大。 (4)选取不同材料的曲轴，利用ADAMS/Durability模块对曲轴进行应力计算，获得曲轴工作周期内各点动态应力，这为材料的选取提供了参考依据。 通过对刚体模型与刚柔耦合模型的动力学仿真，获得了曲柄连杆机构的动力学特性，这为曲柄连杆机构的设计、优化、选材等方面提供了有效的方法。