基于ANSYS Workbench的凸轮机构多柔体动力学分析及寿命预估

摘要

内燃机的凸轮机构的摩擦磨损不仅在整机摩擦损失中占有一定比重，影响进排气节流损失或泵气损失，还关系到整个配气凸轮机构工作的稳定性以及使用寿命，进而影响整机的工作可靠性。因此，正确分析凸轮机构的摩擦状况有助于提高配气凸轮机构的整体效率和延长其使用寿命，有助于提高整机机械效率及其可靠性。
　　本文采用以ANSYS Workbench软件模拟计算的方法对某船用柴油机凸轮机构的动力学特性进行了研究，并在此基础上对其寿命进行了预估，为制定其维修制度提供了重要依据。
　　首先建立了配气机构的多柔体三维模型，对该配气机构中的凸轮机构进行了模态分析，从而奠定了对其进行动力学瞬态分析的基础。随后本文计算了不同转速下凸轮机构在十个工作周期内的动力学参数，并对其工作过程中的动力学特性进行了分析。结果表明，凸轮面所受的最大应力会随着转速的增大而显著增大，并且波动也逐渐增强。在低速工况下会引起凸轮机构一定程度的共振，会造成凸轮滚轮接触面的不稳接触，使得接触力波动较大，而在中速工况下摩擦状况较为稳定，摩擦力整体趋势一致，最大应力波动较小。最后，在瞬态分析的结果的基础上，应用DesignLife软件进行了凸轮面的寿命预期估算。
　　文中对凸轮面的动力学与寿命预估模拟计算的结果与实际磨损状况较为吻合。结果表明，凸轮机构在中速工况下具有较长的使用寿命，高速工况下最容易出现疲劳失效的情况，低速工况的共振现象也会对凸轮机构的使用寿命有较大的影响。本文还初步研究了不同材料对凸轮面寿命的影响，为凸轮材料的选择提供合理的依据。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 内燃机配气凸轮机构的形式及发展

1.4 国内外对配气凸轮机构的研究现状

1.5 本文研究目的及主要内容

2 有限元理论及配气凸轮机构模型的建立

2.1 配气凸轮机构动力学的发展

2.2 有限元法简介

2.3 ANSYS软件介绍

2.4 配气凸轮机构模型建立

2.5 本章小结

3. 配气凸轮机构动力学分析

3.1 模型边界条件的设定

3.2 凸轮机构多柔体模态分析

3.3 凸轮机构多柔体动力学瞬态分析

3.5 本章小结

4 凸轮型面磨损计算与疲劳寿命预估

4.1磨损原理及寿命计算理论

4.2 凸轮寿命计算模型建立

4.3 寿命计算结果及分析

4.4 本章小结

5 工作总结和展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

附录（攻读学位期间发表论文）