第21卷第3期湖北工業(yè)大學學報2006年06月Vol 21 No. 3Journal of Hubei University of TechnologyJun.2006文章編號]1003-4684(2006)06-0141-02汽車曲軸的動力學建模李輝,韓少軍(武漢理工大學機電工程學院,湖北武漢)[摘要]建立普通轎車曲軸系統(tǒng)仿真模型,并通過仿真計算,分析了曲軸在安裝及運行狀態(tài)下的扭轉(zhuǎn)、震動并將分析結(jié)果與實測扭震進行了對比關(guān)鍵詞]曲軸;動力學建模;計箅機仿真[中圖分類號]TP271[文獻標識碼]:A汽車發(fā)動機曲軸是汽車動力裝置的核心零件之,其制造質(zhì)量要求很高.因此,噪聲、振動、運行平順性已經(jīng)成為發(fā)動機設(shè)計的一個重要指標,是否具有良好的性能已是決定發(fā)動機能否被市場接受的重要條件.曲軸系統(tǒng)的動力學分析在發(fā)動機設(shè)計中具有關(guān)鍵性的作用.曲軸在活塞、連桿傳遞的交變載荷作用下產(chǎn)生強烈的振動,并通過主軸承把能量傳圖1汽車曲軸示意圖遞給機體,產(chǎn)生輻射噪聲.曲軸的扭轉(zhuǎn)振動不僅影響自身的強度和可靠性,并使齒輪發(fā)生變化而影響發(fā)動機的性能,而且對內(nèi)燃機整體的振動和噪聲特性也有重要的影響現(xiàn)代設(shè)計方法是降低發(fā)動機振動噪聲、提高其圖2汽車軸曲的力學模型綜合設(shè)計水平的根本途徑.利用計算機虛擬設(shè)計手段,以曲軸軸系為主進行發(fā)動機運動件系統(tǒng)的動力2態(tài)矢量、元件傳遞矩陣和傳遞方程學仿真分析,不僅可以掌握發(fā)動機的主要機械載荷分布情況,為機體和其他固定件的分析提供依據(jù),而從質(zhì)點的受力,可知:且對于在設(shè)計階段進行發(fā)動機振動噪聲預(yù)測和低噪(1)聲設(shè)計具有重要的意義F-F(2)其中,為代表質(zhì)點i的物理量.考慮自由彎曲震動,汽車曲軸力學模型可設(shè):W= w Sina t首先,對圖1所示的曲軸,簡化成為圖2所示的M=M t F= F Sina't集中質(zhì)量模型,主軸化為9個質(zhì)點、10個彈性軸段將式(3)帶入式(1)、(2),可得和2個支撐元件的串連.所有元件都是二端元件.并通過端點連接,端點和元件分別按自然數(shù)序編號以便識別.并設(shè)M為彎矩,τ為剪力.端點的運動則由rVL中國煤化工10M繞度ω,軸橫切面轉(zhuǎn)角θ描敘CNMHGO 1簡記為[收稿日期]2006-03-15[作者簡介]李輝(1979-),男,湖北武漢人,武漢理工大學碩士研究生,研究方向:現(xiàn)代設(shè)計理論及方法.142湖北工業(yè)大學學報2006年第3軸的傳遞方程導(dǎo)出自然頻率方程為質(zhì)點元件的傳遞方程.其中x,為端點態(tài)矢量;T現(xiàn)假設(shè)兩端自由,通過式(8)計算得出曲軸自由為質(zhì)點元件的傳遞矩陣端扭轉(zhuǎn)震動曲線為圖3所從軸段元件受力可知0.15+l02+,M(4)0.=6-1+M,F(5)00010203040將式(3)帶入式(4)、(5),可得頻率/Hz0.06ZEI 6El01EⅠ2E頻率/HLF圖3曲軸自由端扭轉(zhuǎn)運動曲線實際測量得結(jié)果如圖4所示,將仿真結(jié)果與實簡記為測的曲軸自由端扭轉(zhuǎn)振動信號進行比較,可以發(fā)現(xiàn),(6)式(6)為軸段傳遞方程,其中T為軸段元件的傳遞仿真得出的扭轉(zhuǎn)振動最大幅值為0.29°,實際測量矩陣曲軸扭轉(zhuǎn)振動的最大振幅在0.18°左右,考慮到仿真模型曲軸結(jié)構(gòu)模型以及實測誤差,認為仿真結(jié)果同樣,由支撐元件受力可知是可以接受的.對仿真得岀的扭轉(zhuǎn)振動進行變換可以明顯地看出1.5、3、4.5、6諧次是該曲軸扭轉(zhuǎn)振動01000的主要諧次,這一結(jié)論也是合理的0K。10Mk00簡記為= Tz式(⑦)為支撐元件的傳遞方程,T為支撐元件的傳遞矩陣頻率/H3自然頻率和振形圖4實際測量結(jié)果對于圖1所示的曲軸自由彎曲震動,應(yīng)用元件[參考文獻的傳遞矩征方程可得逆序和順序的傳遞方程,即1]廖伯瑜,廖永宜.機床結(jié)構(gòu)建模的研究與應(yīng)用匚J].振動T=TmT2T6…TT(8)工程學報,1990,3(1):83-85端點1和20叫旋轉(zhuǎn)軸的邊界,它們是可以自由的、[2]費學博高等動力學[M].杭州:浙江大學出版社固定的或鉸接的端點.給定邊界條件后,可以由旋轉(zhuǎn)1991:29-31Automobile Crank Dynamica ModellingLI Hui, hAN Shao-jun(School of Electro Mechanical Engin., Wuhan Univ. of Technology, Wuhan 430070, China)凵中國煤化工Abstract: With the ordinary crankshaft as the example, thiCNMHGshaft system simulation model, and through the simulation computation, has analyzed the reverse and the vibration of therankshaft under the installment and the running status. And a comparison is made between the analysisresult and actual turns shakesKeywords: crankshaft; dynamics modeling; computer simulation[責任編輯:張眾]