發(fā)動機凸輪軸動態(tài)特性及多軸疲勞的研究.pdf

1、疲勞強度與相關(guān)振動動態(tài)特性是評價發(fā)動機配氣機構(gòu)的重要性能指標之一，隨著大功率大扭矩發(fā)動機的發(fā)展，凸輪軸作為配氣機構(gòu)的一個重要組成部分其承受的載荷更加復(fù)雜多變。目前國內(nèi)外對凸輪軸的研究大多集中在材料、工藝及型線設(shè)計等方面，而合理的分析與優(yōu)化凸輪軸的振動及疲勞強度特性卻日益成為一個重要的研究課題。在此過程中CAE技術(shù)已經(jīng)成為工程分析與學(xué)術(shù)探索中不可或缺的手段。本文根據(jù)目前車用內(nèi)燃機凸輪軸在設(shè)計分析與工程應(yīng)用中受到關(guān)注的熱點問題，通過CAE技

2、術(shù)分別對某1.6L汽油機、某493柴油機和某V12柴油機進行了凸輪軸的型線設(shè)計、徑向振動動態(tài)優(yōu)化研究、扭轉(zhuǎn)振動分析及疲勞強度的分析計算這四個方面的研究，形成了從凸輪型線優(yōu)化到動態(tài)特性研究再至疲勞強度計算這樣一個逐次遞進的研究體系，對凸輪軸的設(shè)計優(yōu)化與工程分析具有一定的指導(dǎo)意義。
　　論文首先以1.6L汽油機的單閥系多體動力學(xué)模型為例，通過三種型線函數(shù)擬合的方法對凸輪型線進行了優(yōu)化設(shè)計，包括高次多項(Polydyne)擬合函數(shù)、分段

3、加速度(ISAC)擬合函數(shù)和高次多項-分段加速度(Poly-ISAC)非對稱擬合函數(shù)三種型線，并分析了這三種凸輪型線設(shè)計的差異性，對主要的動力學(xué)和運動學(xué)參數(shù)進行了比較。
　　在凸輪軸的徑向振動動態(tài)特性研究中綜合考慮了軸承支承剛度、軸頸摩擦狀況、曲軸轉(zhuǎn)速波動及缸內(nèi)爆發(fā)壓力等因素的影響，建立了某493柴油機凸輪軸的多體動力學(xué)模型，采用高次多項-分段加速度擬合的凸輪型線作為優(yōu)化方案，在凸輪軸運動學(xué)及軸承徑向力、軸承接觸段凸輪軸徑向運動速

4、度及諧次振動等方面與原機數(shù)據(jù)進行對比分析，并研究了機油動力粘度及軸承配合相對間隙對凸輪軸徑向動態(tài)特性的影響。
　　除了在凸輪軸徑向的振動動態(tài)特性分析外，論文還進行了凸輪軸在扭轉(zhuǎn)振動方面的計算分析，獲得了發(fā)動機軸系（曲軸及四根凸輪軸）的強迫扭轉(zhuǎn)振動及自由扭轉(zhuǎn)振動的結(jié)果，并對凸輪軸扭振評價指標以及滾振問題進行了探索性的研究。
　　論文最后以凸輪軸的強度及疲勞分析為主要內(nèi)容，通過發(fā)動機曲軸軸系動力學(xué)分析獲得了凸輪軸在實際工作狀態(tài)下