发动机轮系液压张紧器阻尼性能研究

摘要

附件轮系皮带传动系统与正时轮系皮带传动系统广泛应用于汽车发动机中。为了自动调节轮系中皮带的张紧力以及衰减皮带振动,在发动机轮系中普遍采用了带有阻尼机构的自动张紧装置。相较于干摩擦式自动张紧器,选用液压式自动张紧器具有较大的阻尼,并且可以降低轮系的预张紧力,进而可以提高皮带以及轴承的使用寿命,因此使用越来越广泛。然而国内外对液压张紧器阻尼特性的研究很少,因此对发动机轮系液压张紧器阻尼特性进行理论研究具有一定的学术和实用意义。本文研究的主要内容和结论有:①通过对目前广泛使用的液压张紧器的结构形式和工作过程的分析,总结液压张紧器结构和工作原理上的共同点,得到了液压张紧器产生阻尼的原理,确定了阻尼力的来源,提出以最大阻尼力和阻尼能作为液压张紧器阻尼特性的评价指标。②利用ADINA软件,建立了液压张紧器关键部分的流固耦合有限元模型,分析了环形阻尼缝隙内油液的流动状态,以及活塞受到的两个主要的消耗能量的力的大小。③根据液压流体力学知识,建立了考虑油液可压缩性情况下高压腔压强微分方程和单向阀小球运动微分方程;对微分方程进行求解,得到了阻尼力示功曲线,并从中得到了张紧器的阻尼能和最大阻尼力。将数学模型计算结果与流固耦合有限元计算的结果进行对比,对数学模型进行了验证。④对各参数与液压张紧器阻尼特性之间的关系及影响进行了研究,主要结论内容包括:油液中混有空气会降低其阻尼性能,混气比为3％时阻尼能比混气比为0.01%时降低30%(以激励频率为100Hz为例);应该选取合适的油液粘度(动力粘度应在1×10-8-4×10-8MPa*s之间)和尽量低的粘温系数(至少应低于0.031/℃);环形缝隙的大小和长度应当选择适当的值,为了保证低频与高频激励下阻尼能均不至于过低,环形缝隙大小应在0.02-0.04mm之间,长度应在10-40mm之间;增大活塞直径和降低高压腔长度可以增加阻尼;随着振幅的增加,液压张紧器消耗的能量大大增加,阻尼能的增加的倍数约为振幅增加倍数的平方;偏心比对高频激励下的阻尼能影响不大,但会使低频激励下阻尼能明显下降;增大低压腔压力可以有效的增大液压张紧器的阻尼。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 发动机液压张紧器研究现状

1.3 研究内容

2 液压张紧器结构及阻尼产生原理

2.1 液压张紧器结构介绍

2.1.1 附件轮系液压张紧器结构介绍

2.1.2 正时轮系液压张紧器结构介绍

2.2 液压张紧器阻尼产生原理

2.3 液压张紧器阻尼特性评价指标

2.4 小结

3 液压张紧器流固耦合有限元计算

3.1 流固耦合仿真理论

3.1.1 流固耦合分析介绍

3.1.2 流固耦合的基本理论

3.1.3 流固耦合的求解方式

3.1.4 求解方法的选择

3.2 有限元模型的建立

3.2.1 流固耦合模型的建立

3.2.2 计算参数控制

3.3 有限元分析计算结果

3.3.1 环形缝隙内流体流动状态

3.3.2 活塞侧壁所受粘滞阻力

3.4 小结

4 液压张紧器数学模型的建立

4.1 建模中涉及到的流体力学知识

4.1.1 圆环状缝隙流量压力特性

4.1.2 薄壁小孔流量压力特性

4.2 前提假设及分析模型的建立

4.3 液压张紧器阻尼特性数学模型的建立

4.3.1 高压腔压强微分方程的建立

4.3.2 单向阀小球运动微分方程

4.3.3 数学模型的求解方法

4.4 模型验证及结果分析

4.5 小结

5 液压张紧器设计参数对阻尼特性的影响

5.1 材料参数对液压张紧器阻尼特性的影响

5.1.1 混气比对液压张紧器阻尼特性的影响

5.1.2 油液粘度对液压张紧器阻尼特性的影响

5.1.3 油液粘温系数对液压张紧器阻尼特性的影响

5.2 几何参数对液压张紧器阻尼特性的影响

5.2.1 环形阻尼缝隙大小对液压张紧器阻尼特性的影响

5.2.2 环形阻尼缝隙长度对液压张紧器阻尼特性的影响

5.2.3 活塞直径对液压张紧器阻尼特性的影响

5.2.4 高压腔长度对液压张紧器阻尼特性的影响

5.3 激励幅值对液压张紧器阻尼特性的影响

5.4 其他参数对液压张紧器阻尼特性的影响

5.4.1 偏心比对液压张紧器阻尼特性的影响

5.4.2 低压腔压强对液压张紧器阻尼特性的影响

5.5 小结

6 全文总结

6.1 工作总结及主要结论

6.2 存在的问题和发展方向

致谢

参考文献

附录