水平对置与直列四缸发动机曲轴的模态与动态分析

摘要

汽车如今已经走进了千家万户，而人们对汽车的了解却并不多，大多数人只是从汽车的品牌和口碑来选择自己的车型。而对发动机的了解，则是少之又少。本文通过介绍两种不同汽车的发动机，将使人们对不同类型发动机的特点产生相应的认知。并对两种发动机的曲轴分别进行模态和动态分析，比较分析两种不同发动机所表现出的异同，可以使人们对汽车的认识有一个新的提升。本文以斯巴鲁和雪佛兰两种相同排量（2.0升）的发动机作为研究对象，对发动机的曲轴分别进行模态与动态分析。因斯巴鲁发动机为水平对置四缸结构，而雪佛兰发动机为直列四缸结构，故其输出特性有着很大的不同。本文主要探讨两种不同发动机曲轴的输出特性的问题。首先，使用三维造型软件分别对两种发动机曲轴系的相关零件进行模型的建立，并将曲轴系进行装配。在建模时，忽略了一些对分析影响较小的细节部分，同时验证装配的准确性。其次，在ANSYS中对两种曲轴分别进行自由模态分析和约束模态分析，并根据所产生的模态结果对两种曲轴进行比较分析。接着，将进行了模态分析的曲轴进行柔性化处理，将处理后的曲轴导入到多体动力学分析软件，代替刚性曲轴，并施加相关的力与约束。最后，对以柔性曲轴为核心的曲轴系进行动力学分析，并分析比较两种不同的曲轴在其各自所对应的转速下，所产生的异同之处。通过对两种不同的发动机的曲轴的输出性能的对比，对两种曲轴所产生的异同进行相应的分析，其分析结果会使人们对不同的发动机的输出特性产生更进一步的认识。

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第1章 绪 论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本章小结

第2章 模态分析理论

2.1 模态分析概述

2.2 模态分析理论基础

2.3 多自由度系统振动的近似解法介绍

2.4 本章小结

第3章 曲轴的模态分析

3.1 曲轴的自由模态分析

3.2 曲轴的约束模态分析

3.3 本章小结

第4章 曲柄连杆机构受力分析

4.1 曲柄连杆机构的运动学

4.2 曲柄连杆机构中的作用力

4.3 本章小结

第5章 曲轴的动态分析

5.1 曲轴系的刚体运动学分析

5.2 曲轴系动力学分析

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

附录