陈健[1]2003年在《6102车用柴油机机体刚度和动态特性研究》文中提出随着生活水平的不断提高,人们对汽车综合性能的要求也日益提高。其中减轻振动强度,降低噪声水平以提高乘车舒适性是最重要的内容之一,而且受到越来越多的重视。做为汽车的重要组成部分,发动机除由其自身工作原理决定产生的振动外,还要承受来自外部的激励而产生的振动。当发动机的某阶模态频率与激励频率接近时就会产生共振,从而导致较大的弯曲、扭转变形,对发动机的性能、可靠性、噪声以及汽车的行驶平顺性产生重大影响。机体是发动机的骨架与外壳,很多零部件和辅助系统都安装在机体上,机体既要承重,又要经得起许多高强度螺栓拧紧所引起的局部巨大压应力。所以,机体刚度和动态特性的研究成为改进和提高发动机产品质量的重要课题。本文通过对机体的有限元分析计算,得出机体主要的频率分布情况,进而对机体的刚度进行分析。通过对机体的模态试验分析,来识别机体的某些固有的振动特性,在计算机上显示机体的变形分布和应力集中部位,验证有限元计算分析的结果。依据有限元计算分析、模态试验的结果以及对机体动态特性的研究,综合分析柴油机整机布置和结构特点,对机体的结构进行评价,提出局部的改进设计方案。根据改进后的机体计算机模型进行有限元重分析,验证机体改进的效果。结果表明,改进后的机体模型的刚度得到了很大的提高。
黄以兵[2]2012年在《16V170柴油机曲轴研制与有限元分析》文中指出曲轴是柴油机上最重要、最昂贵的运动部件,其尺寸参数很大程度上影响并决定着内燃机的整体尺寸、质量、成本、可靠性和寿命。曲轴也是柴油机上受力最复杂的零件之一,工作过程中,不仅要承受周期性变化的气体爆发压力、活塞连杆组的往复惯性力、旋转惯性力、附件不规则阻力矩,还承受着扭矩转动以及弯曲振动。因此,曲轴设计是淄博柴油机总公司“16V170柴油机开发”项目中最重要的设计工作。本文采用Pro/E叁维设计与ANSYS有限元分析相结合的设计方法来提高16V170柴油机曲轴设计的可靠性,主要的研究工作如下：采用Pro/E软件绘制活塞连杆组件的叁维实体图,并计算出它们的质量；利用Matlab软件完成16V170柴油机的工作过程估算和动力计算；按照16V170柴油机的总体布置和曲轴设计要求,结合Pro/E软件完成曲轴的结构设计与分析。利用动力计算得到的曲轴受力数值和设计的曲轴结构尺寸数据按照中国船级社《钢质海船入级规范2009》对曲轴进行疲劳强度校核计算。运用Pro/E软件绘制简化的曲轴叁维实体模型,并采用ANSYS软件对曲轴进行静力学分析,计算出曲轴在柴油机一个工作周期内的应力和变形状况,在静力学分析的基础上进行静强度、疲劳强度和疲劳寿命的计算。对曲轴进行模态分析,得到曲轴在自由状态和约束状态下的固有频率以及相应的振型,查看曲轴动态特性是否满足设计要求。用ANSYS分析比较曲轴主轴颈直径、曲柄销直径、主轴颈圆角半径、曲柄销圆角半径以及内凹圆角半径等尺寸参数对曲轴强度与刚度的影响,在分析的基础上提出几种优化方案,通过比较各优化方案对曲轴疲劳强度和疲劳寿命的影响找出最佳的优化方案。
缴文会[3]2012年在《LSDe-231型车用制动空压机曲轴性能分析及优化》文中认为近些年,随着汽车行业的发展,汽车制动系统主要元件—车用制动空压机,也随之迅速发展起来,安全性好、可靠性高与低振动、低噪声的空压机越来越受到人们的重视。曲轴作为空压机的关键部件,其性能的优劣直接影响着空压机整机性能的好坏。因此,研究分析和改善曲轴的动静态性能,对提高空压机整机性能有着重要的意义。本课题以LSDe-231型车用制动空压机曲轴为研究对象,对曲轴动静态性能做了相应的分析,保证曲轴现有设计满足使用要求,并在此基础上,对曲轴进行结构优化,提出改进曲轴性能的措施,最终确定两种优化方案。具体内容和解决的关键性问题如下：1)首先介绍LSDe-231型车用制动空压机的组成及工作原理,在此基础上展开各个零件的动力学计算,由此得到曲轴工作过程中的受力规律及特点。2)利用将曲轴面力转化为节点集中力的方法模拟加载连杆力,使用COMBIN14单元模拟轴承弹性支撑,选取曲轴最大弯矩和最大扭矩两个时刻为危险工况对曲轴进行静力分析。查看Von-Mises分布图,最大复合应力为16.28MPa,出现在主轴颈圆角处；利用Y向位移数据求得曲轴最大挠度为y=0.001154mm,最大扭转角为φ=0.27°/m,分析计算表明曲轴现有静强度静刚度均满足设计要求。3)利用模态分析求出了曲轴前十阶固有频率和振型,保证曲轴不会因外激频率与固有频率过于接近而发生共振。利用瞬态动力响应分析求出曲轴一个工作周期内应力和位移随时间的变化规律,并确定了4个危险点的应力时间和位移时间曲线,结果表明,曲轴锥面轴扭转振幅较小,而最大应力节点43应力振幅较大,相对容易发生疲劳失效。4)在ANSYS疲劳分析模块中对43号节点进行了疲劳分析,人工储存43号节点最大应力值和最小应力值。分析得到曲轴使用一年的疲劳累积损伤系数0.0588,曲轴寿命为17年。5)在ANSYS WORKBENCH优化模块中进行曲轴结构优化。以曲轴最大复合应力FESM MAX和最大总位移FTDM,MAX为优化目标,优化方案一使得FESM,MAX减小10.87%,FTDM,MAX减小11.25%,优化方案二使得FESM,MAX减小25.74%,FTDM,MAX减小6.13%。
孙连科[4]2006年在《内燃机曲轴性能分析及裂纹研究》文中指出曲轴是内燃机中最重要的部件之一，也是受力最复杂的部件。它的尺寸参数很大程度上影响着内燃机的整体尺寸和重量，同时也影响内燃机的可靠性与寿命。随着内燃机技术的不断进步和完善，使得曲轴的工作条件也愈加苛刻，对曲轴的刚度和强度也提出了更高的要求。因此，在设计曲轴时必须正确选择曲轴的尺寸参数和结构型式等。此外，曲轴的破坏，如裂纹的出现乃至发生断裂，对内燃机的性能有着致命的影响，为了避免重大事故的发生及减小事故的危害性，对曲轴实现裂纹故障诊断也有着重要的意义。 本文以6110柴油机曲轴系为主要研究对象，用ANSYS软件对整体曲轴建立了符合实际情况的叁维模型，采用有限元法对其进行了叁维有限元分析，研究了整体曲轴的应力状态和变形情况，并对曲轴在交变载荷下的疲劳强度进行了校核。同时还探讨了曲轴的部分结构参数对其应力集中部位的影响，如轴颈过渡圆角半径、曲柄销长度和曲柄臂厚度等。为了研究曲轴出现裂纹时的情况，本文对整体曲轴进行了振动模态分析，分析了带皮带轮和飞轮的曲轴和单独曲轴两种情况。同时研究了不同形式的裂纹出现后，曲轴的动态振动特性随着裂纹深度和位置的变化特点。结果表明随着裂纹深度的加深，曲轴各阶固有频率值都有所降低，但降低幅度不同，同时各节点振动峰值也发生变化。在上述模拟计算的研究基础上，得出一些有用的结论，可为实现曲轴裂纹的动态检测和诊断提供参考。
段炼[5]2015年在《柴油机高压共轨喷油器喷油特性和结构创新研究》文中提出柴油机是现代社会不可或缺的动力机械。近年来,随着能源与排放标准的日益提高,作为柴油机实现节能减排的核心技术之一,电控高压共轨燃油喷射系统(简称高压共轨系统)的研发和应用对国民经济和社会环境的健康发展意义重大。我国在高压共轨系统(尤其是该系统的关键部件高压共轨喷油器)的自主研发过程中,存在与产业化相关的若干问题亟待解决。由此,国家非常重视该项研究,且在中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所设立了国家科技重大专项(2011ZX04001-061)。本文属于该专项的部分内容,同时也得到了国家自然科学基金重点项目(51239005)的资助。本文的研究内容主要包括如何改善高压共轨喷油器的喷油特性一致性,提高其喷油可靠性,以及研发具有自主知识产权且适合我国当前制造加工水平的新型高压共轨喷油器等。在高压共轨喷油器的喷油特性一致性研究方面,采用一维建模仿真和鲁棒性Monte Carlo相结合的方法。根据主要零部件结构、动力学特性和工作原理等特点,所建高压共轨喷油器模型由多个模块构成。通过试验对整体模型和关键模块进行了验证。其中,关键模块化验证包括电磁铁模块的吸力验证、衔铁杆的位移验证和油嘴模块的流量验证等。在不同工况条件下,激励电流、压力波动和喷油速率等动态特性曲线的计算值和试验值基本相符；单次喷油量计算值和试验值的相对误差小于4.8%。通过检测试验发现,待考察的参数在批量生产的制造加工和装配调试过程中存在近似正态分布的散差。本文对喷油特性一致性的研究基于这种参数散差的统计学特征(包括均值μ和标准差σ),从而弥补了目前相关的仿真计算研究在工程应用方面的不足。研究中分别采用了单因素法和多种多因素分析法。在全工况条件下,通过单因素法分析了各因素在“±3σ”范围内变化所引起的单次喷油量偏差特性。研究表明,油嘴喷孔检测流量和针阀升程因素在小激励脉宽条件时因针阀未完全开启而对喷油量相对偏差影响较小；而其他几项因素对喷油量相对偏差的影响皆随轨压和激励脉宽条件的增大而减小。由中心复合法的多因素交互作用研究发现,影响喷油量的各因素存在一定的耦合性。将鲁棒性Monte Carlo法和响应面模型相结合,提出一种Monte Carlo-RSM方法,可使多因素研究的效率得到较大的提高。研究表明,对喷油量一致性影响较大的叁个因素依次为电磁阀升程、进油节流孔检测流量和出油节流孔检测流量,分别约为24.76%、24.75%和15.75%。在高压共轨喷油器的喷油可靠性研究方面,采用了结构可靠度Monte Carlo方法,且由MATLAB实现计算程序的编译。先建立了“泄漏-限流”失效模型。该模型的功能函数主要由一些随机变量组成,包括限流临界量、循环喷油量、动态回油量,以及与余隙泄漏量有关的控制活塞偶件和油嘴针阀偶件的结构参数。这些随机变量的统计学特征也是由试验获得。通过对结构可靠度Monte Carlo方法的直接抽样和重要抽样方式的对比得知,在相同计算精度要求下,后种方式所需样本容量较小,即计算效率更高,更适用于喷油可靠性研究。计算结果表明,油嘴针阀偶件间隙、限流临界值和控制活塞偶件间隙等变量的标准差对失效率存在显着影响,因而此叁者在批量生产过程中需尽可能缩小。其中,油嘴针阀偶件工作间隙的标准差对失效率的敏感性约为控制活塞偶件对应量的3.1倍。在研发具有自主知识产权且适合我国当前制造加工水平的新型高压共轨喷油器方面,完成了概念创新、结构设计和专利申报工作,且由一维液力和叁维CFD流动仿真方法对设计进行了校核。此250MPa级共轨喷油器的结构创新性主要体现在一种蕈形阀式控制活塞。在工作过程中,此蕈形阀式控制活塞在液力作用下会自动启闭,从而适时激活辅助进油节流孔的功能,进而增强喷油器的伺服响应性。通过一维液力设计校核表明,新型高压共轨喷油器主要具有以下优良性能：(1)具备良好的喷射柔性；(2)较快的喷油响应性,在额定轨压条件下启、闭延迟可分别缩短约24.8%和38.5%；(3)实现无静态泄漏,回油量指标可降低约15.5%。通过流量测试等试验对用于设计校核的叁维CFD流动仿真模型进行了验证。由CFD仿真设计校核表明,新结构喷油器控制阀处的空化穴蚀状况得到明显改善,有利于控制阀密封可靠性的提升；在250MPa入口压力条件时,控制阀关键区域的平均流速可降低约65.36%,且平均气液两相质量交换率可降低约70.22%。本文的主要创新点可凝炼为：(1)提出了一种适用于高压共轨喷油器喷油特性一致性的敏感性分析方法；(2)建立了高压共轨喷油器“泄漏-限流”失效模型和相关可靠性分析算法；(3)研发了一种带有蕈形阀式控制活塞的新型高压共轨喷油器结构。
王银惠[6]2016年在《柴油机固定件振动传递特性研究》文中进行了进一步梳理柴油机在船舶、车辆等大功率机械结构领域中广泛使用,其工作中产生的振动噪声成为亟待解决的问题,研究柴油机振动传递特性具有一定的应用价值和科学意义。柴油机固定件作为一种组合弹性体,其主要包括油底壳、轴承座、机体和缸盖等部件;组合体的振动传递特性研究主要是TPA传递路径分析,即振动信号传递路径贡献量分析和主要传递路径确定;在组合弹性体中振动信号的传播有多个不同的路径,虽然各路径难以用确切的物理解析式表达,但可通过传递函数数学模型表示;采用一种利用有限元动力学分析数据辨识传递函数的方法,根据所得传递函数计算出工况下各路径输出响应,通过对比响应结果的得出振动主要传递路径和贡献量。本文针对某直列四缸柴油机进行了以下研究:1.为说明基于有限元分析弹性体传递函数辨识的有效性,以悬臂梁板为例进行分析,建立其有限元模型,确定激励位置、大小及方向,利用ABAQUS软件对其进行稳态动力学和瞬态动力学分析,确定输出点,提取响应数据,进行频域、时域参数辨识,求得传递函数,以所得传递函数的时频特性说明了辨识结果可靠。2.建立柴油机固定件有限元模型,分析确定其激励、响应位置,按悬臂梁辨识流程求得其传递函数;对于多项式频域法辨识,对比X,Y,Z方向的传递函数的幅频曲线与CAE动力学分析响应点幅频曲线,发现各曲线峰值对应的各频率点相差微小,辨识结果可靠;对于采用ARM模型时域法辨识,利用系统辨识工具箱分析出模型参数值,绘制模型预测信号与实测信号曲线,发现二者比较接近,所得模型能够反映结构的输出特性。3.分析柴油机振动主要来源,建立柴油机固定件振动传递路径模型;将从轴承座上试验采集的激励信号进行傅立叶变换,得到频域信号,其主要集中在低频范围内,其在频率17.56Hz幅值最大;利用所求传递函数计算出各路径各向响应点输出信号,绘制各向输出信号的幅频曲线,得出在不同频率下振动传递路径贡献大小;矢量迭加各路径输出信号,绘制总输出信号的幅频曲线,观察趋势发现其主要集中在低频范围,对比输入激励可知,该型号柴油机固定件对轴承座所受激励的频率成分的影响不大。
屈真真[7]2014年在《6M型车用制动空压机曲轴性能分析及优化》文中进行了进一步梳理制动空压机作为汽车制动系统的元件之一,人们对其工作时的可靠性和安全性要求越来越高,此外,空压机在工作时产生的振动和噪声会影响人们的身心健康,污染环境。而曲轴作为空压机的关键部件,其性能的好坏直接影响着空压机的整机性能。因此,研究曲轴性能对改善空压机的整机性能有着重要意义。本课题的研究对象为6M型车用制动双作用空压机的曲轴,分别对曲轴动静态性能做了相应的分析,保证曲轴现有设计满足使用要求,并在此基础上,对曲轴进行结构优化,提出改进曲轴性能的措施,最后确定了叁种优化方案。主要内容如下：1)根据车用制动空压机的基本计算参数(曲轴的几何特性、理论排量、输入功率),分析曲柄连杆机构的运动规律,利用MATLAB软件和ADAMS仿真软件,分别仿真得到活塞的位移、速度、加速度的运动规律曲线,并在此基础上展开各个零件的力学计算,由此得到曲轴工作过程中的受力规律及特点。2)根据车用制动双作用空压机曲柄连杆机构的力学模型,研究曲轴六个转角下的受力情况,利用有限元分析软件ANSYS,通过静态分析得出六种工况下的应力云图和应变云图,并确定应力最大和变形最大的位置及数值,确保曲轴的强度和刚度满足使用要求。通过模态分析求出曲轴前八阶固有频率和振型,保证曲轴不会因外激频率与固有频率过于接近而发生共振。3)根据曲轴动静态性能分析,利用有限元分析软件ANSYS WORKBENCH进行曲轴参数化建模,选择主轴颈直径D1、曲柄销直径D2、主轴颈圆角f1、主轴颈圆角f2、曲柄销圆角f3、曲柄销圆角f4为设计变量,以曲轴最大复合应力为优化目标,利用ANSYS WORKBENCH优化模块进行曲轴结构优化,优化方案A使最大复合应力相对初始值减少了27.44%；优化方案B使最大复合应力相对初始值减少了27.96%；优化方案C使最大复合应力相对初始值减少了29.71%。相比较而言,方案C的优化效果最好,实际应用时,优先选择方案C,并以优化后的曲轴所受最大应力进行疲劳寿命计算,得到曲轴的疲劳累积损伤系数为0.0625,疲劳寿命为16年。
张坤鹏[8]2011年在《满足国Ⅴ排放的天然气发动机开发》文中研究表明为应对日益严格的汽车用发动机排放法规、缓解日益紧缺的石油能源危机,汽车发动机的发展面临着在满足日趋严格的排放法规要求下发挥最佳性能的挑战。各国都开始认真思考汽车工业的能源结构调整问题,积极开发新型清洁能源,以期主动减少和控制汽车污染物的排放。天然气能源因资源丰富、价格低廉、排放污染低而受到重视。本文根据国内外天然气发动机先进技术和应用经验,结合雷沃动力天然气发动机开发项目,在雷沃动力Phaser210Ti柴油机的基础上,通过优化设计与标定,开发出满足国Ⅴ排放的天然气发动机。本文首先阐释了本课题的研究背景和意义,在充分分析天然气特性,详细研究国内外天然气发动机技术特点和应用经验以及天然气发动机排放污染物生成机理和控制策略的基础上,提出了满足国Ⅴ排放要求的天然气发动机的设计方案。以Phaser210Ti柴油机为基础机型,通过对燃烧系统,燃料供给系统,点火系统,进排气系统的重新设计,采用稀薄燃烧结合氧化型后处理技术使发动机动力性、经济型、排放性能得到优化。同时在达标国Ⅴ排放的基础上,探讨了达标国Ⅵ排放的技术路线。本文在理论分析,数值模拟计算的基础上,通过对基本机型的优化设计,关键性能零件的匹配验证等工作,设计开发出电控喷射单燃料CNG发动机,并且经过电控系统标定,催化器匹配试验,排放开发试验等工作,使发动机性能达到了设计目标,排放达到了国Ⅴ排放限值的要求。在此基础上进行了OBD系统的标定和试验验证以及更高排放要求天然气发动机技术路线的研究探讨,为发动机升级做好了充分准备。
参考文献：
[1]. 6102车用柴油机机体刚度和动态特性研究[D]. 陈健. 天津大学. 2003
[2]. 16V170柴油机曲轴研制与有限元分析[D]. 黄以兵. 山东理工大学. 2012
[3]. LSDe-231型车用制动空压机曲轴性能分析及优化[D]. 缴文会. 兰州理工大学. 2012
[4]. 内燃机曲轴性能分析及裂纹研究[D]. 孙连科. 大连理工大学. 2006
[5]. 柴油机高压共轨喷油器喷油特性和结构创新研究[D]. 段炼. 江苏大学. 2015
[6]. 柴油机固定件振动传递特性研究[D]. 王银惠. 中北大学. 2016
[7]. 6M型车用制动空压机曲轴性能分析及优化[D]. 屈真真. 兰州理工大学. 2014
[8]. 满足国Ⅴ排放的天然气发动机开发[D]. 张坤鹏. 天津大学. 2011
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