发动机曲轴扭振的多体动力学分析

发动机曲轴扭振的多体动力学分析

2005058

汽车发动机曲轴扭振的多体动力学分析3

段秀兵1,郝志勇2,岳东鹏1,宋宝安1

(11天津大学机械工程学院,天津　300072;　21浙江大学机械与能源学院,杭州　310027)

　　[摘要]　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。建立了包括柔性曲轴的车用发动机曲轴系统的多体动力学模型。根据多体动力学仿真计算结果,分析了曲轴的扭转振动,测量了曲轴自由端的扭转振动,与仿真计算结果吻合较好。

关键词:汽车发动机,曲轴,扭振

Multi2bodyDynamicsAnalysisonTorsionalVibrationof

AutomotiveEngineCrankshaft

DuanXiubing1,HaoZhiyong2,YueDongpeng1&SongBao’an1

1.SchoolofMechanicalEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072;

2.SchoolofMechanicalandEnergyEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027

　　[Abstract]　Byusingmulti2bodysystemsimulation(MSS)method,combinedwithfiniteelementanalysis

(FEA),thetorsionalvibrationofautomotiveenginecrankshaftisanalyzedinthispaper.Themulti2bodydy2namicsmodelforthecrankshaftassemblyincludingflexiblecrankshaftisestablished.Thetorsionalvibrationofcrankshaftisanalyzedbasedontheresultsofmulti2bodydynamicssimulation.Thetorsionalvibrationatthefree2endofcrankshaftwasmeasured,whichcoincideswellwiththesimulation.

Keywords:Automotiveengine,Crankshaft,Torsionalvibration

1　前言

多年来,内燃机曲轴的扭转振动一直是人们为提高发动机工作的可靠性、减轻发动机零部件及整机的振动、减小发动机表面的噪声辐射而努力研究的课题。

最初的曲轴扭转振动研究,主要是从提高发动机工作的可靠性出发,通过预测曲轴的扭转应力而预知曲轴的可靠性。因为发动机曲轴系的扭转振动,特别是当曲轴扭振的固有频率与发动机工作时扭矩的主谐次或强谐次的频率一致或者接近时,扭振就更为剧烈,曲轴的扭转应力急剧增大,影响发动机工作的可靠性。

近十年来,在产品设计与研究上提出了NVH

3国家自然科学基金资助项目(50175078)。

概念(即振动、噪声、行驶平顺性),而这三者中振动是基础。是否具有良好的NVH性能将是决定发动机能否被市场接受的重要条件。众所周知,曲轴的扭转振动是整机激励源中最重要的因素之一。准确地预测曲轴的各向振动是当前一个很重要的研究方向。这就需要对设计中的发动机进行动力学特性分析。

自从人们首次注意到扭振的危害以后,已经相继发展了多种方法来研究轴系的扭振问题[1-4]。早期的曲轴扭转振动研究主要是采用离散化方法,将曲轴离散化为一系列的集总惯量、集总刚度,然后计算它在缸内气体力和往复惯性力产生的转矩作用下的摆动角度。但由于简化计算,精度较低。

为了得到更加准确的计算结果,所建立的曲轴模型必须能够尽量准确地模拟曲轴实际的力学状

原稿收到日期为2003年12月23日,修改稿收到日期为2004年4月21日。

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