发动机正时链的动力学分析

发布时间：2020-04-17 03:48

【摘要】： 齿形链传动广泛应用于汽车、摩托车等汽油发动机的正时机构，然而齿形链传动固有的多边形效应和啮合冲击一直制约着齿形链机构的进一步发展。本文通过有限元分析软件ANSYS对齿形链进行啮合时的动力学分析，研究了链轮和链板啮合时的应力和变形的变化趋势，并利用模态仿真对紧边链条进行固有频率的分析和研究。首先基于齿形链条的啮合理论对齿形链传动进行受力分析并分析了链板和链轮之间的接触法向作用力。基于Pro／E的三维建模技术建立了节距为6.35mm的直齿链轮和渐开线齿链轮及与其相应的链条并完成了链轮和链条的装配。其次，建立了链传动的有限元模型，介绍了链轮和链条有限元接触分析前处理的相关步骤；然后对链轮进行有限元的后处理分析，介绍了链轮分别与三链板链节和四链板链节啮合时链轮齿廓上的应力和变形的分布情况及其变化趋势；利用赫兹理论对比分析了渐开线链轮与链板的接触应力，并将理论值与仿真分析结果做对比。研究表明，直齿链轮和链板啮合时，链轮的应力和接触变形主要集中在链轮齿廓的顶部位置；渐开线链轮和链板啮合时，链轮的应力和变形主要集中在链轮齿廓的中间位置；轴向都呈现由两边向中间位置逐渐减小的趋势。同时，接触应力的理论和仿真结果对比分析表明，仿真结果较好的符合了理论数值，从而验证了有限元前处理相关参数的选择。最后，利用ANSYS进行模态分析，用实体模型的方法分析了齿形链紧边链条的固有频率和振型；将紧边链条进行简化后，利用简化的模型分析了链条的固有频率和振型；介绍了利用JCY链传动性能实验台对齿形链条进行动态性能实验，测量了实验台和紧边链条的固有频率并对实验结果进行了对比分析；研究了链轮偏向和多边形效应对临界转速的影响和可能造成测量结果发生偏差的原因。结果表明，ANSYS较好的模拟了齿形链紧边链条的固有频率和振型，同时也证明了传统滚子链中计算紧边链条固有频率的方法同样适用于计算齿形链条。本文提供了利用ANSYS对齿形链传动进行动力学分析的方法并首次对齿形链条传动进行了固有频率和振型的模拟分析。
【图文】：

功率曲线,正时链,汽车发动机,传动系统

摩托车和汽车上的关键部件是发动机，而发动机的质量依赖于各主要部件的质量，其中之一是正时机构卜51。发动机正时传动是指摩托车和汽车发动机曲轴与凸轮轴之间的配气传动，以实现点火时间准确(图1一1)。配气链传动速度非常高，采用传统的链传动，将产生大的振动，进而严重影响发动机的性能。由于发动机配气链传动的重要性，其设计和制造一直是国外大公司所保密的发动机关键技术之一。目前，我国汽车发动机正时链和机油泵链多采用单排滚子链或齿形带(同步带)。主动链轮转速高达7000转/分的汽车发动机正时链和机油泵链，己远超出链传动功率曲线所限定的极限转速[51。在高速重载、变速变载下，齿形带具有较低的传递功率和寿命。采用齿形带的汽车每行驶1)15万公里，齿形带必须更换或定期更换。分析了几种常用的传动机构的传递功率后发现:在2000转/分时

链轮,链条,精密网,笛卡尔直角坐标系

标系由笛卡尔直角坐标系转化为柱坐标系，其中x为径向，约束链轮沿径向方向运动;y为周向，约束链轮沿转动方向的运动;:为轴向，约束链轮沿轴向方向的运动。选择链轮轮毅部分对其施加x和z方向的约束，释放其y方向即周向的束。对于链节来说对其销孔部分施加A工LDOFS的全约束。(3)载荷的施加对于链传动来说，其运动方式可以描述为给链轮施加一个转动力矩，通过轮和链条之间力的传递从而带动链条绕链轮一起旋转。根据第二章中求出链轮链条之间的作用力F，，然后将作用力转化成Pressure的形式施加在链轮上。(4)网格的划分网格质量的划分直接影响到有限元分析求解的精度，一般来说网格划分的细，求解精度越高，但求解速度因此降低，所以对于模型要选择合适的网格。于分析的主要目的是接触过程中链轮轮齿在啮合位置上的应力和变形情况，所对于可能发生接触的地方用精密网格划分，而对于不太关心的位置，用较粗的格进行划分，其划分后的模型如图4一4所示。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH132.45

【参考文献】