考虑发动机耦合振动影响的配气机构动力学特性分析
发布时间：2022-01-07 18:10
配气机构作为往复式发动机的重要组成部分,其性能的好坏对发动机的动力性能、振动噪声、可靠性、燃油经济性以及排放等将产生直接影响。同时,配气机构也是发动机中重要的振动噪声源,随着发动机朝着高转速、低排放和轻型化的方向发展,配气机构的振动和噪声问题日趋严重,由此对配气机构的设计分析提出了更高的要求。本文以国内某款汽油机为研究对象,对其配气机构的动力学特性进行了研究。主要研究工作包括:采用集中质量动力学的分析方法,建立了配气机构的集中质量动力学模型。针对双顶置凸轮轴式（DOHC）配气机构,建立了凸轮轴的弯曲振动、扭转振动以及阀系组单元的3+N自由度的数学模型。根据集总参数这一建模思想,借助经验公式、有限元软件以及实验测定等手段,确定了模型的系统参数,并对配气机构的动力学特性进行了求解计算。在发动机有限元模型基础上,利用AVL软件中的Power Unit模块和Timing Drive模块建立了考虑发动机系统耦合影响的配气机构动力学仿真模型,计算得到发动机在6000rpm下配气机构的动力学特性。通过与不考虑发动机系统耦合振动影响的配气机构单体动力学模型的计算结果进行对比分析,明确了系统耦合对凸轮-...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2.1双顶置凸轮轴式（DOHC）配气机构结构示意图
炖砉ご笱?妒垦?宦畚?（a）中置式 （b）下置式图 2.2 凸轮轴中置式和下置式配气机构结构示意图2.2 配气机构集中质量动力学模型的建立配气机构的动力学模型是配气机构动力学特性分析的首要条件，配气机构是由多个部件组成的机械系统，每个部件都具有一定的质量和弹性，集中质量法是应用最为广泛的一种方法，它将配气机构的部件简化为若干个集中质量，通过弹簧-阻尼单元将各集中质量连接。集中质量法所建立的质量矩阵通常都是对角矩阵，因此其主要优点是便于实现动力学数值求解。2.2.1 凸轮轴动力学模型的建立凸轮轴是配气机构中唯一作旋转运动的部件，工作中受到正时链轮的驱动力、气门弹簧通过挺柱传递过来的反作用力、挺柱对其的摩擦力以及凸轮轴承座的支撑力。在这些载荷的作用下，凸轮轴很可能发生弯曲和扭转振动，从而引起阀系的异常振动，并造成各缸配气的相位误差。2.2.1.1 凸轮轴弯曲动力学模型的建立图 2.3 所示为凸轮轴的弯曲振动模型示意图，凸轮轴与 X 轴同向，假设凸轮轴在O YZ平面内发生弯曲变形。将凸轮轴分成截面相同若干轴段，每一轴段几何中心点为一个节点i。定义im 为节点 i 处的集中质量；iv 为为节点 i 处的挠度；zik 和zic 分别为节点i处轴承对轴段的拉压刚度和阻尼；CT ,iN 为节点 i 处所受径向力；yiI 为节点 i 处绕Y 轴的转动惯量，i 为对应的弯角；yik 和yic 分别为绕Y 轴的拉压刚度和阻尼。
图 2.6 轴段等效示意图-挺柱动力学模型的建立-挺柱的运动学 为凸轮-平面挺柱的接触示意图，坐标系O YZ的原点定义C 为凸轮的转动角速度，所对应的角位移C 等于OP 与OY 的夹径，Ch 为凸轮升程， e 为偏心距，CR 为凸轮轴相对于速度瞬为挺柱对凸轮的切线力，CTN 为法向力。ZYOωCR0RCθCθRPC
【参考文献】：
期刊论文
[1]发动机连杆动力学特性对活塞拍击的影响分析[J]. 郑光泽,袁林. 汽车工程. 2012(12)
[2]柴油机配气机构动力学仿真研究[J]. 李鹏飞,黄映云,高浩鹏,康桂东. 船海工程. 2011(03)
[3]内燃机配气机构的动力学虚拟仿真研究[J]. 曹晓辉,姜树李,郭晨海,吕杏梅. 内燃机工程. 2009(02)
[4]柴油机配气机构多体动力学的仿真研究[J]. 舒歌群,马维忍,梁兴雨,许世杰. 机械设计. 2009(03)
[5]发动机配气机构刚柔耦合动力学特性研究[J]. 张晓蓉,宋朝省,吴佳芸,朱才朝. 汽车工程. 2009(02)
[6]125型发动机配气机构的噪声分析[J]. 罗虹,夏铁权,胡加强,王攀. 重庆大学学报(自然科学版). 2007(09)
[7]配气机构动力学模型的比较研究[J]. 刘忠民,俞小莉,沈瑜铭. 浙江大学学报(工学版). 2005(12)
[8]气门动态信号处理方法研究[J]. 李建锋,俞小莉,沈瑜铭,刘忠民. 内燃机工程. 2004(01)
[9]关于结构高频响应分析中有限元网格划分的细化标准[J]. 徐孝诚,尹立中. 振动与冲击. 2002(01)
[10]一种新型配气机构的数值模拟[J]. 刘靖,郑德林,肖敏,曾朝阳,于宏文. 内燃机学报. 1998(01)
博士论文
[1]配气机构动力学试验方法与模型规划研究[D]. 刘忠民.浙江大学 2005
[2]内燃机配气系统的非线性动力学研究[D]. 王韬.天津大学 2004
硕士论文
[1]高速汽油机配气机构分析及优化[D]. 靳玉刚.湖南大学 2014
[2]柴油机气门组动态特性分析研究[D]. 陈仲海.中北大学 2013
[3]发动机配气凸轮轴负载扭矩计算及振动研究[D]. 范芳.重庆大学 2012
[4]发动机配气机构振动噪声研究[D]. 李帅.湖南大学 2012
[5]配气机构优化对发动机性能影响的研究[D]. 魏国东.天津大学 2010
[6]配气机构多体系统动力学建模及仿真[D]. 李兴然.中北大学 2010
[7]柴油机配气机构及正时驱动系动力学特性研究[D]. 秦凤莲.昆明理工大学 2010
[8]发动机配气机构优化改进设计[D]. 冯仁华.湖南大学 2009
[9]发动机配气机构及链传动系动力学分析及性能优化[D]. 刘刚.上海交通大学 2009
[10]发动机配气机构多体动力学建模与分析[D]. 牛文博.天津大学 2008
本文编号：3575017
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2.1双顶置凸轮轴式（DOHC）配气机构结构示意图
炖砉ご笱?妒垦?宦畚?（a）中置式 （b）下置式图 2.2 凸轮轴中置式和下置式配气机构结构示意图2.2 配气机构集中质量动力学模型的建立配气机构的动力学模型是配气机构动力学特性分析的首要条件，配气机构是由多个部件组成的机械系统，每个部件都具有一定的质量和弹性，集中质量法是应用最为广泛的一种方法，它将配气机构的部件简化为若干个集中质量，通过弹簧-阻尼单元将各集中质量连接。集中质量法所建立的质量矩阵通常都是对角矩阵，因此其主要优点是便于实现动力学数值求解。2.2.1 凸轮轴动力学模型的建立凸轮轴是配气机构中唯一作旋转运动的部件，工作中受到正时链轮的驱动力、气门弹簧通过挺柱传递过来的反作用力、挺柱对其的摩擦力以及凸轮轴承座的支撑力。在这些载荷的作用下，凸轮轴很可能发生弯曲和扭转振动，从而引起阀系的异常振动，并造成各缸配气的相位误差。2.2.1.1 凸轮轴弯曲动力学模型的建立图 2.3 所示为凸轮轴的弯曲振动模型示意图，凸轮轴与 X 轴同向，假设凸轮轴在O YZ平面内发生弯曲变形。将凸轮轴分成截面相同若干轴段，每一轴段几何中心点为一个节点i。定义im 为节点 i 处的集中质量；iv 为为节点 i 处的挠度；zik 和zic 分别为节点i处轴承对轴段的拉压刚度和阻尼；CT ,iN 为节点 i 处所受径向力；yiI 为节点 i 处绕Y 轴的转动惯量，i 为对应的弯角；yik 和yic 分别为绕Y 轴的拉压刚度和阻尼。
图 2.6 轴段等效示意图-挺柱动力学模型的建立-挺柱的运动学 为凸轮-平面挺柱的接触示意图，坐标系O YZ的原点定义C 为凸轮的转动角速度，所对应的角位移C 等于OP 与OY 的夹径，Ch 为凸轮升程， e 为偏心距，CR 为凸轮轴相对于速度瞬为挺柱对凸轮的切线力，CTN 为法向力。ZYOωCR0RCθCθRPC
【参考文献】：
期刊论文
[1]发动机连杆动力学特性对活塞拍击的影响分析[J]. 郑光泽,袁林. 汽车工程. 2012(12)
[2]柴油机配气机构动力学仿真研究[J]. 李鹏飞,黄映云,高浩鹏,康桂东. 船海工程. 2011(03)
[3]内燃机配气机构的动力学虚拟仿真研究[J]. 曹晓辉,姜树李,郭晨海,吕杏梅. 内燃机工程. 2009(02)
[4]柴油机配气机构多体动力学的仿真研究[J]. 舒歌群,马维忍,梁兴雨,许世杰. 机械设计. 2009(03)
[5]发动机配气机构刚柔耦合动力学特性研究[J]. 张晓蓉,宋朝省,吴佳芸,朱才朝. 汽车工程. 2009(02)
[6]125型发动机配气机构的噪声分析[J]. 罗虹,夏铁权,胡加强,王攀. 重庆大学学报(自然科学版). 2007(09)
[7]配气机构动力学模型的比较研究[J]. 刘忠民,俞小莉,沈瑜铭. 浙江大学学报(工学版). 2005(12)
[8]气门动态信号处理方法研究[J]. 李建锋,俞小莉,沈瑜铭,刘忠民. 内燃机工程. 2004(01)
[9]关于结构高频响应分析中有限元网格划分的细化标准[J]. 徐孝诚,尹立中. 振动与冲击. 2002(01)
[10]一种新型配气机构的数值模拟[J]. 刘靖,郑德林,肖敏,曾朝阳,于宏文. 内燃机学报. 1998(01)
博士论文
[1]配气机构动力学试验方法与模型规划研究[D]. 刘忠民.浙江大学 2005
[2]内燃机配气系统的非线性动力学研究[D]. 王韬.天津大学 2004
硕士论文
[1]高速汽油机配气机构分析及优化[D]. 靳玉刚.湖南大学 2014
[2]柴油机气门组动态特性分析研究[D]. 陈仲海.中北大学 2013
[3]发动机配气凸轮轴负载扭矩计算及振动研究[D]. 范芳.重庆大学 2012
[4]发动机配气机构振动噪声研究[D]. 李帅.湖南大学 2012
[5]配气机构优化对发动机性能影响的研究[D]. 魏国东.天津大学 2010
[6]配气机构多体系统动力学建模及仿真[D]. 李兴然.中北大学 2010
[7]柴油机配气机构及正时驱动系动力学特性研究[D]. 秦凤莲.昆明理工大学 2010
[8]发动机配气机构优化改进设计[D]. 冯仁华.湖南大学 2009
[9]发动机配气机构及链传动系动力学分析及性能优化[D]. 刘刚.上海交通大学 2009
[10]发动机配气机构多体动力学建模与分析[D]. 牛文博.天津大学 2008
本文编号：3575017
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