内燃机曲轴轴系多体动力学仿真分析

摘要

随着汽车保有量的急剧攀升，承受着严酷的市场竞争压力，面对着日趋严苛的环保法规的限制，内燃机行业对振动—噪声品质的要求也日益提高。在研发阶段就能够全面预测，并控制内燃机产品的振动量级和噪声水平，已成为内燃机行业追求的重要目标。轴系的运转激励，是内燃机整机振动—噪声的重要内部激励形式之一，开展针对轴系动态特性的研究，是内燃机振动—噪声控制的前提基础之一。
　　本论文针对某型 V8柴油机，利用多体系统动力学虚拟样机仿真技术，将主轴承的油膜动压润滑条件引入到仿真分析模型中，开展对曲轴轴系动力学特性的研究工作。具体工作内容如下：
　　1）以某90°夹角V8柴油机为工作对象，利用三维建模软件PRO/E，建立了该机曲柄连杆机构（曲轴、连杆组件、活塞组件、飞轮等）的参数化模型，并进行装配。
　　2）利用多体动力学仿真分析软件ADAMS/Engine，进行曲柄连杆机构多刚体系统动力学分析，得到曲柄连杆机构的有关动力学参量，包括曲轴主轴颈载荷、活塞对缸壁的侧击力等。
　　3）利用三维建模软件Pro/E和ADAMS/Autoflex模块，将多刚体模型中的曲轴进行柔性化处理，建立曲柄连杆机构的柔体系统动力学仿真模型，仿真得到了有关动力学结果，分析对比了刚、柔两种不同建模方式对曲柄连杆机构动力学仿真结果的影响。
　　4）在主轴承处施加油膜载荷，建立了含油膜润滑的曲柄连杆机构动力学模型。通过动力学仿真，得到了多体系统与油膜载荷相耦合条件下的系列动力学结果，对比分析了油膜载荷对动力学仿真结果的影响。
　　论文工作表明：在计及部件柔性和油膜润滑条件下，多体系统分析模型才更接近曲柄连杆机构的真实工作状态，才可为后续的振动—噪声分析提供更真实的激励载荷。

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1 绪 论

1.1 论文的研究背景及意义

1.2内燃机曲轴轴系多体系统动力学分析研究的概况

1.3曲轴轴系动力学分析中主轴承及油膜润滑分析的研究概况

1.4 最新研究动态

1.5 本论文的主要研究内容

2 曲轴轴系动力学分析

2.1 曲柄连杆机构的构成及工作原理

2.2曲柄连杆机构运动学及力学分析[31-32]

2.3 曲柄连杆机构多刚体系统模型建立

2.4曲柄连杆机构多刚体模型仿真结果分析

2.5本章小结

3 曲轴柔性化的轴系动力学仿真

3.1 多柔体系统动力学分析基础

3.2 曲轴柔性体模型的建立

3.3曲柄连杆机构柔体动力学模型及仿真结果

3.4计及构件柔性动力学模型与刚体动力学模型仿真结果对比

3.5本章小结

4 考虑油膜动力润滑条件的轴系动力学仿真

4.1 轴承油膜动力润滑理论基础[46]

4.2 油膜动力润滑与柔体系统动力学耦合模型

4.3 油膜动力润滑与柔体系统动力学耦合模型的仿真结果及分析

5 全文总结与前景展望

5.1主要研究工作和成果

5.2前景展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢