内燃机曲轴停缸扭振特性多体动力学分析

基于虚拟样机技术,采用结合有限元法(FEM)的多体系统仿真(MSS)方法对汽车发动机曲轴进行扭转振动分析。建立了包括柔性体曲轴在内的内燃机曲轴系统的多体动力学模型,并由此模型对发动机采用停缸系统时的扭振特性进行模拟,分析了计算结果,提出了较好的停缸方案。

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摘

要：于虚拟样机技术，用结合有限元法 ( E的多体系统仿真 ( S方法对汽车发动机曲轴进行扭转振动基采 F M) MS )

分析。建立了包括柔性体曲轴在内的内燃机曲轴系统的多体动力学模型，由此模型对发动机采用停缸系统时的扭振特并性进行模拟，析了计算结果，出了较好的停缸方案。分提 关键词：内燃机曲轴扭振多体动力学停缸

中圈分类号：H13U 6 . 3 T 1;4 41 3

文献标识码： A

文章编号：0 0 4 9 (0 1 1 0 3— 3 10 - 9 82 1)— 04 0 0装配起来，方便以后导入到 ADAMS中。以 12曲轴轴系多刚体模型建立 .

在满足了低能耗、排放、噪声目标的同时， 低低也 对内燃机结构可靠性设计和振动控制提出了更高的

要求。其中内燃机曲轴轴系的扭转振动问题日益突 出。同时，场的要求使汽车技术必须对 N市 VH ( ie Nos, V b ai n a d Ha s n s )准予以足够的重视。这一 i r t n rh e s标 o在

在 UG中将内燃机曲轴轴系各个零件装配完成 后，再将曲轴轴系的三维模型导人到 ADAMS中生成 相应的实体图形。随后根据轴系各零件间的实际运动

背景下 .求扭振理论的进一步完善，求新的扭振追寻 解决方法势在必行。

关系将运动副简化成 ADAMS中的理想约束。其中活 塞销与活塞、塞销与连杆小头、杆大头与曲柄销活连

有关轴系扭转振动的理论分析、算和数值解法计等问题的研究，比较完整的方法。目前轴系振动所采 有 用的模型分为集中质量模型 (离散模型 )分布质即和

简化成铰链约束；活塞和气缸套间简化为滑动约束 (考虑气缸套的弹性变形作用 )皮带轮和飞轮分别不；

与曲轴固接；振器与曲轴简化成铰链约束，在两减并者间添加扭转阻尼弹簧。在 ADAMS中的铰链约束也 限制了两相连物体在连接点处各方向上的相对位移 .

量模型 (连续模型 )集中质量模型虽然计算量小，即。 但模型简化工作量大，高阶频率的振动计算误差很对大。实际的振动系统具有连续分布的刚度和质量， 故

因此无须添加轴向止推片来限制曲轴的轴向窜动。 主轴承是发动机曲轴系统动力学分析中重要的环节，有很多论文对油膜进行研究 n 对主轴承的已 .。

称为分布参数系统或连续系统。由于大多数机械轴系均为圆直轴，连续分布系统模型进行轴系的振动计用算，直接根据轴系的几何形状建立更准确和直观的可阶梯轴连续体模型，不仅模型与实际情况更加吻合，

模拟有线性弹簧阻尼、线性弹簧阻尼、体有限元非流

等模型。对弹簧阻尼模型中曲轴轴颈常采用单排、 双 排和三排弹簧阻尼支撑。图 1所示为三排弹簧阻尼。 本文研究曲轴的扭转振动，主要是一阶扭转振 动，用相对简单的单排线性弹簧阻尼模型。曲轴工采作是由油膜支撑的，以模拟只考虑油膜支撑。采用所如图 2所示的支撑方式来模拟机体主轴承润滑油膜

而且节省了当量系统简化过程，幅度提高了计算精大 度。但遇见复杂轴系时，要对其进行阶梯轴系的简还 化过程。由于理论与计算机技术的发展，出现了一又种结合有限元法 ( E )多体系统仿真 ( S)法对 F M的 MS方汽车发动机曲轴进行扭转振动分析的方法。

1曲轴轴系扭转振动分析模型 曲轴扭转振动的多体系统动力学分析模型主要 包括曲轴的柔性体模型，塞组件、杆组件以及飞活连

对曲轴的约束支撑作用，水平和竖直两个方向的弹用簧单元来模拟主轴承对曲轴的约束作用。 按上述方法对曲轴轴系各零件施加约束，立曲建 轴系统多刚体模型，图 3所示。如

轮和皮带轮的刚体模型，构件问的连接副以及作用各 于系统上的外力。下面分别介绍各部分的建模方法， 以 W D6 5型发动机为例进行分析。 1 11 .曲轴轴系三维模型建立

输人轴系各零件相应参数 .得多体动力学分析获 所

需要的质心、量和惯性矩等动力学分析参数。质

从发动机生产厂获得曲轴、塞、杆、轮、活连飞皮

带轮、振器等相关的零件参数及各个零件的三维模减 型。后在 UG中，从厂家那里得到的零件三维模型然把 收稿日期：0 0i 8月 21f -

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机械制造4卷第 57期 9 5

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