发动机前端附件驱动系统自动张紧器性能仿真研究

发布时间：2020-09-27 07:21

　　自动张紧器是汽车发动机前端附件驱动系统的重要组成部分,起维持皮带张力、降低带段横向振动的作用。当前自动张紧器的研发,主要通过试验的方法对张紧器性能进行验证,导致张紧器研发通用性差、成本高、周期长等问题。因此,通过CAE仿真技术开展自动张紧器性能仿真研究,对提高张紧器研发效率,降低研发成本具有重要意义。论文以某车型自动张紧器为研究对象,在有限元分析软件Abaqus中建立自动张紧器准静态扭矩性能仿真模型,在扭矩性能仿真模型的基础上,通过模拟阻尼材料在耐久试验中的滑动磨损过程,实现自动张紧器耐久性能仿真。论文的主要工作如下:(1)论述了发动机前端附件工作原理,分析了自动张紧器在发动机静态、稳态和动态工况下在FEAD系统中的作用;以工程上常见的弹簧外撑式阻尼机构为例,分析了自动张紧器的结构和工作原理;给出了自动张紧器的扭矩性能和耐久性能评价指标和试验方法。(2)提出了在有限元分析软件Abauqs中建立张紧器扭矩性能仿真模型的方法,获得了张紧器仿真输出扭矩;考虑衬套阻尼对输出扭矩的影响,对仿真输出扭矩进行了修正;从零件间接触状态、弹簧扭矩性能、阻尼扭矩性能详细分析了仿真与试验结果,验证了仿真模型的正确性;建立了无阻尼件约束下弹簧扭转仿真模型,分析了弹簧在无约束状态下径向形变的规律,找到了两阻尼件起作用时间先后顺序的原因;对比有无阻尼件约束下弹簧输出扭矩,验证了有约束下弹簧刚度会变大的设想。(3)基于Archard磨损模型推导出阻尼件磨损深度的计算公式,给出了该公式的离散化计算方法;将张紧器耐久试验等效为四杆机构,分析了阻尼件在耐久试验中运动学规律,并根据该运动规律确定了阻尼材料的磨损系数;在扭矩仿真模型基础上定义阻尼材料为Ale自适应网格,编写计算磨损量的用户子程序Umeshmotion,通过仿真获得了耐久试验后阻尼材料的磨损深度以及阻尼变化,并通过试验进行了验证。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U464
【部分图文】：

附件系统,实物,绪论,附件

第一章绪论第一章绪论附件系统简介车的动力源，是汽车动力系统中最关键的部件。发还需要驱动汽车上的附件正常工作，这个安装在发发动机前端附件驱动系统（FrontEndAccessoryDr驱动轮（曲轴轮）、若干从动轮、张紧器和传动带组递到各附件轮上[2]，如图 1-1 所示。

多楔带,汽车用,张紧器,结构示意图

图 1-2 汽车用多楔带结构示意图张紧器的作用是维持带段张力，避免皮带打滑，以保证发动机顺利将功率传递到附件。早期的 FEAD 系统，由于附件功率小，皮带随时间产生的塑形伸长量较小，故使用手动调整的张紧器，如图 1-3（a）所示。手动张紧器不能补偿皮带长度变化，需要定期调整张紧器的位置，以维持皮带张力，且手动张紧器无法改善附件系统的振动。因此随着附件系统的发展，手动张紧器逐渐被自动张紧器取代。自动张紧器主要由储能元件和阻尼元件构成，储能元件可持续对皮带张紧，阻尼元件可衰减皮带振动提高附件系统的稳定性。储能元件一般为弹簧，可为螺旋弹簧或钢板弹簧。阻尼元件为通过零件间相互滑动产生摩擦阻尼的称为摩擦式自动张紧器，阻尼元件为使油夜通过节流孔时产生液压阻尼的为液压式自动张紧器[8]，如图 1-3（b）、（c）所示。

张紧器,摩擦式,液压式

a）手动张紧器 b）摩擦式自动张紧器 c）液压式自动张紧器图1-3 张紧器的种类液压阻尼能够实现完美的非对称阻尼效果，即在加载时拥有大阻尼，卸载时拥有小阻尼，而附件系统在非对称阻尼下拥有更好的动态特性[9]。因此液压式自动张紧器比摩擦式自动张紧器效果要好，而且液压式自动张紧器不存在阻尼衰减的问题，且寿命更长。虽然液压式自动张紧器比摩擦式自动张紧器拥有更好、更稳定的阻尼效果，更长的使用寿命，但是由于液压式自动张紧器结构复杂，成本较高等原因，目前市面上绝大多数汽车的附件系统上还是使用的摩擦式自动张紧器。摩擦式自动张紧器的阻尼靠结构间相互作用的摩擦力实现，因此摩擦阻尼对结构尺寸较敏感。而摩擦阻尼的大小会影响系统动态响应，阻尼值过大会导致自动张紧器卡死，失去自动张紧的功能；阻尼值过小则起不到衰减皮带振动的作用。研发设计时

【参考文献】