发动机平衡轴壳体结构分析及优化
发布时间：2021-11-17 15:53
作为最常用的汽车动力装置,四缸直列式发动机内部惯性力系中力及力矩的不平衡,是发动机产生振动和噪声的重要原因。而四缸机无法依靠自身或曲轴上的平衡重来消除二阶往复惯性力造成的振动,因此,现在开发的发动机一般都通过安装平衡轴总成来最大限度地降低发动机的运转不平衡。针对某型配备平衡轴总成的发动机在台架试验时出现的平衡轴壳体断裂问题,对此进行专项研究,以解决存在的平衡轴壳体断裂问题。本文以发动机平衡轴总成为研究对象,利用UG、ADAMS、ANSYS Workbench等软件对平衡轴壳体进行结构分析及优化,具体工作包括以下内容:（1）按照平衡轴总成的二维图纸,应用UG软件进行平衡轴总成各部件的实体建模及装配。（2）向ANSYS Workbench软件中导入简化后的平衡轴总成三维模型,对其进行模态分析,通过对比提取的前六阶模态频率和计算得到的平衡轴工作频率,排除壳体是由于刚度不足,模态频率低而发生断裂。（3）应用ADAMS软件对平衡轴总成进行多体动力学分析,得到平衡轴壳体各轴承孔的受力情况,以此作为强度分析及疲劳分析的边界条件。（4）应用ANSYS Workbench软件对平衡轴壳体进行强度分析,得...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
发动机曲柄连杆机构与平衡轴结构图
第2章平衡轴总成模态分析9nrrrr22,10（2.12）至此，得到了解耦方程组。2.1.3有限元模态分析步骤有限元模态分析可以按照如图2.1所示的步骤进行。图2.1模态分析步骤Fig.2.1Modalanalysissteps机械结构的有限元模型可以在ANSYSWorkbench的DM模块中直接建立，但平衡轴总成结构复杂，在ANSYSWorkbench中直接建模较为不方便，因此可以通过将UG与ANSYSWorkbench双向连接实现两者的数据连接和共享，所以应用专业的三维建模软件UG完成平衡轴总成实体模型的建立，再将实体模型导入到ANSYSWorkbench中，实现平衡轴总成三维实体模型到有限元模型的转换。2.2平衡轴总成模态分析2.2.1平衡轴总成几何建模发动机平衡轴总成主要由平衡轴壳体和传动部分组成，其中，发动机平衡轴总成壳体部分主要包括平衡轴上壳体、下壳体和轴承盖三部分，上、下壳体，轴承盖之间采用螺栓连接，根据各部件的结构参数，应用三维建模软件UG进行平衡轴总成壳体部分的三维建模，如图2.2所示。发动机平衡轴总成传动部分由主、从动平衡轴，齿轮等组成，三维建
沈阳工业大学硕士学位论文10模如图2.3所示。通过滑动轴承将平衡轴总成的壳体部分和传动部分有机地结合起来，建立起如图2.4所示平衡轴总成的三维模型。图2.2平衡轴总成壳体部分Fig.2.2Shellpartofbalanceshaftassembly图2.3平衡轴总成传动部分Fig.2.3Drivepartofbalanceshaftassembly图2.4平衡轴总成Fig.2.4Balanceshaftassembly2.2.2平衡轴总成有限元模型建立由于ANSYSWorkbench的DM模块支持导入的第三方模型存在格式限制，将在UG中建立的平衡轴总成的三维实体模型保存为X-T（parasolid）格式，ANSYSWorkbench可以有效识别该格式下的三维实体模型。为方便计算分析，忽略对平衡轴总成模型模态分析影响不大的六角法兰面螺栓、圆柱销、钢球、定位套等对总成质量及刚度特性影响较小的零部件。（1）添加材料属性模态分析中添加材料属性时，不会将材料的非线性特性考虑在内。进行模态分析时必须指定杨氏模量、泊松比和密度等机械结构的材料属性。可以通过EngineeringData模块对有限元模型添加材料属性。各部件材料属性如表2.1所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ADAMS的双工位全自动钢管端面铣头倒棱机自动送料机构的优化设计[J]. 郑燕武,柴晓艳,李震,贺凯悦. 重型机械. 2018(01)
[2]基于传递路径的车内轰鸣声解析与优化[J]. 严辉,宋飞,王成,陈林. 汽车科技. 2017(04)
[3]某四缸柴油机平衡轴壳体断裂原因分析及改进[J]. 魏云腾,胡洪涛,刘金濮,邱继虎. 柴油机设计与制造. 2016(01)
[4]东风雪铁龙C5轿车EW12A发动机平衡轴结构及装配调整[J]. 黄林火. 汽车维修. 2015(03)
[5]发动机NVH测试与诊断[J]. 张朝辉,盛仁斌,沈磊,陈潇文,郭金华,房智彬. 柴油机设计与制造. 2014(03)
[6]立式加工中心床身静动态特性分析及优化[J]. 高东强,陈超群,马金锋,杨飞. 机械设计与制造. 2013(12)
[7]变速箱壳体静力分析及模态分析[J]. 田增强,郑德聪,郭玉明,冯华. 中国农机化学报. 2013(04)
[8]基于DoE的内燃机平衡轴优化设计[J]. 王琦玮,倪计民,张子庆,杜倩颖. 车用发动机. 2011(05)
[9]遗传算法整定PID控制器在下肢电刺激康复训练中的应用[J]. 郭新奇,李晴,郝林琳. 中国医学装备. 2011(10)
[10]汽车变速箱壳体早期断裂失效分析[J]. 莫明珍,谭莹,曹标,陈明. 金属热处理. 2011(S1)
博士论文
[1]刚—柔耦合问题与空间多杆柔性机械臂的动力学建模理论研究[D]. 陈思佳.南京理工大学 2012
[2]基于试验与仿真分析的发动机运动件摩擦耦合动力学研究[D]. 林琼.浙江大学 2008
硕士论文
[1]WK-75矿用挖掘机回转平台及A形架结构分析[D]. 苏蕾.太原理工大学 2017
[2]基于遗传算法的混合动力汽车多目标优化及控制策略研究[D]. 杨东徽.重庆交通大学 2017
[3]轻卡变速箱壳体静动态特性分析及多目标拓扑优化[D]. 孟凡龙.中北大学 2017
[4]基于排队网络模型的制造单元构建[D]. 李翔.兰州交通大学 2016
[5]某轻卡变速器壳体的强度分析与疲劳寿命预测[D]. 陈剑伟.中北大学 2016
[6]改进遗传算法在多目标问题上的应用研究[D]. 郭修豪.重庆师范大学 2016
[7]萤火虫群优化算法的改进及应用[D]. 庞闪闪.合肥工业大学 2016
[8]掘进机整机动力学分析及电控箱减振研究[D]. 孙英.太原理工大学 2016
[9]某重型载货汽车车架的疲劳分析及优化[D]. 郜慧超.北京理工大学 2016
[10]某轻卡变速箱壳体静动态特性及拓扑优化研究[D]. 罗朝阳.中北大学 2015
本文编号：3501231
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
发动机曲柄连杆机构与平衡轴结构图
第2章平衡轴总成模态分析9nrrrr22,10（2.12）至此，得到了解耦方程组。2.1.3有限元模态分析步骤有限元模态分析可以按照如图2.1所示的步骤进行。图2.1模态分析步骤Fig.2.1Modalanalysissteps机械结构的有限元模型可以在ANSYSWorkbench的DM模块中直接建立，但平衡轴总成结构复杂，在ANSYSWorkbench中直接建模较为不方便，因此可以通过将UG与ANSYSWorkbench双向连接实现两者的数据连接和共享，所以应用专业的三维建模软件UG完成平衡轴总成实体模型的建立，再将实体模型导入到ANSYSWorkbench中，实现平衡轴总成三维实体模型到有限元模型的转换。2.2平衡轴总成模态分析2.2.1平衡轴总成几何建模发动机平衡轴总成主要由平衡轴壳体和传动部分组成，其中，发动机平衡轴总成壳体部分主要包括平衡轴上壳体、下壳体和轴承盖三部分，上、下壳体，轴承盖之间采用螺栓连接，根据各部件的结构参数，应用三维建模软件UG进行平衡轴总成壳体部分的三维建模，如图2.2所示。发动机平衡轴总成传动部分由主、从动平衡轴，齿轮等组成，三维建
沈阳工业大学硕士学位论文10模如图2.3所示。通过滑动轴承将平衡轴总成的壳体部分和传动部分有机地结合起来，建立起如图2.4所示平衡轴总成的三维模型。图2.2平衡轴总成壳体部分Fig.2.2Shellpartofbalanceshaftassembly图2.3平衡轴总成传动部分Fig.2.3Drivepartofbalanceshaftassembly图2.4平衡轴总成Fig.2.4Balanceshaftassembly2.2.2平衡轴总成有限元模型建立由于ANSYSWorkbench的DM模块支持导入的第三方模型存在格式限制，将在UG中建立的平衡轴总成的三维实体模型保存为X-T（parasolid）格式，ANSYSWorkbench可以有效识别该格式下的三维实体模型。为方便计算分析，忽略对平衡轴总成模型模态分析影响不大的六角法兰面螺栓、圆柱销、钢球、定位套等对总成质量及刚度特性影响较小的零部件。（1）添加材料属性模态分析中添加材料属性时，不会将材料的非线性特性考虑在内。进行模态分析时必须指定杨氏模量、泊松比和密度等机械结构的材料属性。可以通过EngineeringData模块对有限元模型添加材料属性。各部件材料属性如表2.1所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ADAMS的双工位全自动钢管端面铣头倒棱机自动送料机构的优化设计[J]. 郑燕武,柴晓艳,李震,贺凯悦. 重型机械. 2018(01)
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[3]某四缸柴油机平衡轴壳体断裂原因分析及改进[J]. 魏云腾,胡洪涛,刘金濮,邱继虎. 柴油机设计与制造. 2016(01)
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[7]变速箱壳体静力分析及模态分析[J]. 田增强,郑德聪,郭玉明,冯华. 中国农机化学报. 2013(04)
[8]基于DoE的内燃机平衡轴优化设计[J]. 王琦玮,倪计民,张子庆,杜倩颖. 车用发动机. 2011(05)
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博士论文
[1]刚—柔耦合问题与空间多杆柔性机械臂的动力学建模理论研究[D]. 陈思佳.南京理工大学 2012
[2]基于试验与仿真分析的发动机运动件摩擦耦合动力学研究[D]. 林琼.浙江大学 2008
硕士论文
[1]WK-75矿用挖掘机回转平台及A形架结构分析[D]. 苏蕾.太原理工大学 2017
[2]基于遗传算法的混合动力汽车多目标优化及控制策略研究[D]. 杨东徽.重庆交通大学 2017
[3]轻卡变速箱壳体静动态特性分析及多目标拓扑优化[D]. 孟凡龙.中北大学 2017
[4]基于排队网络模型的制造单元构建[D]. 李翔.兰州交通大学 2016
[5]某轻卡变速器壳体的强度分析与疲劳寿命预测[D]. 陈剑伟.中北大学 2016
[6]改进遗传算法在多目标问题上的应用研究[D]. 郭修豪.重庆师范大学 2016
[7]萤火虫群优化算法的改进及应用[D]. 庞闪闪.合肥工业大学 2016
[8]掘进机整机动力学分析及电控箱减振研究[D]. 孙英.太原理工大学 2016
[9]某重型载货汽车车架的疲劳分析及优化[D]. 郜慧超.北京理工大学 2016
[10]某轻卡变速箱壳体静动态特性及拓扑优化研究[D]. 罗朝阳.中北大学 2015
本文编号：3501231
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