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发念头曲轴断裂的仿真赏析与讨论 www.tool-tool.comb

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梁 健 摘
要:以某12缸V型启动机为例,借用法国AMESim4.2.1动静仿真软件,驳回频域和时域阐发步履,阐发了启动机和传动细碎扭振的赋性。从无抨击振型

图和Bode图注大白启动机和传动细碎的固有个性,从启动机抨击下的扭矩和应力曲线图注大白启动机和传动细碎的萎顿强度个性,揭示了启动机共振赋性,曲轴
断裂原因,以及减振器、弹性联轴器和传动细碎关于启动机扭振的影响.为车辆方案人员和启动机方案人员阐发启动机曲轴断裂问 题和车辆方案过程当中启动机成家题目供应了参考数据。Discussion and Simulation Analyse for Cracking of Engine CrankshaftLIANG Jian(Development Center of GWM Car of TJI—HS Products Design CO.Ltd.,Beijing,Beijing 10002l,China)Abstract:This
thesis entirely analysed the torsional oscillation characteristic of
the engine and the power train the method hoth in frequency field
and in time field with dynamic simulation soft of AME Sim4.2.1 from
france.A kind of engine of l2 cylinder with type V is ahalysed as
the example. According to the oscillation model plots and the Bode
plots without excitation, the natural characteristic of the engin
and the power train was explained. According the torque and
stress plots with excitation, the fatigue strength characteristic
of the engine and the power train was explained.These characteristic
indicated the performance of engine resonance, the reason.of
crankshaft cracking, the dampers, the spring conplings and the
power trains on torsional oscillation. It provided reference data
to analyse the problems of engine crankshaft cracking and to
solve the Problems of engine matching in vehicle designing. 随
着军用车辆启动
机向高速大功率发展,轴系篡改振动引起的妨碍便每每发生,成为人们关注的重点.事多的篡改振动将导致曲轴断裂、弹性联轴节粉碎、螺钉松动断裂、传动齿轮点

蚀或断裂和噪声增大等—系列题目。以往,底盘临盆企业研发部门用于手工建模,委托古板教诲计较公式估算,或用MATLAB软件编程简化计较。多么,阐发人

员只能对启动机或传动细碎截至单方面的和部分的阐发。别的,底盘打造商经常不熟悉启动机的扭振情况,而启动机打造商经常又不熟悉传动细碎配置,再有,联轴器

打造商也不熟悉启动机和传动细碎的扭振情况。所以,在车辆开发阶段经常忽略扭振计较和成家计较,留下隐患。多么,一旦细碎呈现扭振题目,再阐发计较,探讨
原因,就会造成远大丢失。 划分以某12缸V型启动机为例,借用法国AMESim4.2.1动静仿真软件阐发了启动机和传动细碎扭振的赋性,规划了一些启动机扭振断裂题目,揭示了启动机减振器、弹性联轴器和传动细碎关于启动机扭振的影响。 在
启动机曲轴断裂的原因中,有启动机共振,曲轴布局一致理,联轴器或减振器与启动机不成家,进攻负载过高,换挡进攻过大,启动机和制动器
羁糜轻松制动造成进攻负载等等。这里,仅探讨启动机固有个性、传动细碎个性、联轴器和减振器成家和启动机抨击振动个性所酿成的启动机扭振题目。 1 阐发步履和情理 AMESim
软件为法国IMAGINE公司开发的细碎仿真软件.其情理是将僵滞、液压或电控细碎简化成由标准的单位体形成的简化力学和控
制细碎数学模型。描摹细碎任务过程和结果,或许输入各个节点的动力学、流动学、频域和时域阐发数据和曲线。软件中已经方案了无关杆系、机构、牵制、液压、
气动、传动、汽车和启动机等专用模块,供用户调用组分解仿真细碎。 本文驳回了启动机模块、传动模块和牵制单位模块(见图1),遵照启动机任务情理组分解启动机模型,截至阐发计较。 图1 启动机和五挡传动细碎扭振计较仿真模型 此中主要模块是:A为活塞曲柄连杆机构模块,B为惯量模块,C为有阻尼刚性杆模块,D为无阻尼刚性杆模块,E为负载扭矩模块,另外为转速、转矩传感器和启动机活气、压力牵制细碎。 根
据图1模型划分实现了细碎的频域阐发和时域阐发,计较出细碎的固有个性、启动机抨击个性和细碎相应,经过固有个性阐发和抨击个性阐发,
揭示了启动机抨击频率与固有频率沟通,细碎产生共振,乃至启动机曲轴萎顿断裂的根起原基础底细因;经过阐发最大扭振节点的振幅和萎顿应力,或许计较出曲轴萎顿强度
和保险系数;遵照阐发计较结果,提出改良见地,并比力阐发有无减振器的曲轴强度和保险系数,来证明改良前后的可行性。 2 启动机模型 从
AMESim软件启动机模块中,调用启动机活塞曲柄连杆机构模型,输入曲柄、连杆和活塞等参数;调用惯量模块,输人每个活塞曲柄连杆机
构当量惯量;调用阻尼刚性杆,输入气缸之间的曲柄刚性参数和搅油、争持当量阻尼系数。此中,每两个活塞形成V型主缸和副缸。别的,在曲轴的输入端串连了扭

矩传感器模块、应力换算模块和功率换算模块,将曲轴上的扭矩换算成曲轴概况的应力,并输入给数据存储模块。启动机输入端串连有角度传感器,测量曲轴转角,

用来牵制启动机活气。活气压力曲线存储在活气压力牵制模块中,以备调用。角度外形牵制模块存储着活气初始相位角和隔断角,或许牵制启动机燃烧程序和隔断。
活气牵制细碎必要输入启动机活气压力牵制细碎参数和特色,如12缸4冲程,V型陈设夹角
60℃,左、右活塞主、副连杆连贯一个曲柄,活气程序为L1→R6→L5→R2→L3→R4→L6→R1→L2→R5→L4→R3,活气隔断角为60℃。

启动机活气压力牵制情理为:启动机输入端角度传感器从曲轴输入端得到的转角-年光光阴信号,激起每个活塞角度外形牵制模块输入活气信号,使活气压力牵制模块输

出活气压力数据。角度外形牵制模块按照启动机燃烧程序,顺次、循环输入0~720°量值信号给活气压力牵制模块,活气压力牵制模块按照其时输入的12缸发
动机示功曲线,顺次、循环输入给启动机活塞模型活气压力,感导在活塞上的活气压力经过连杆,在曲柄上产生连续的振动扭矩输入。 为了检测启动机活气程序和隔断角切确性,软件或许方便的从活塞曲柄连杆机构模块上测得活塞压力变迁曲线,形成如图2所示活气示功曲线。该曲线或许验证启动机模型活气的切确性。 图2 活气压力和程序图 由图2或许看出,启动机改动一圈振动6次,那末,启动机在500~2 000 r/min范围内任务时,振动次数为:50~200次/s。可见,启动机扭矩抨击率为[1]:50~200Hz。 3 载荷模型 如
图1所示,在传动细碎两个输入端各接一个速度传感器模块、负载数据库模块和负载扭矩模块形成载荷模型。先将路面阻力曲线输入给路负载数
据库模块,以供调用。速度传感器将取得的传动输入端速度信号送给负载数据库模块,负载数据库模块按照速度信号施加阻力数据,阻力数据输送给负载扭矩模块,
对传动输入端施加载荷。施加载荷经过调停与启动机力矩达到均衡。 4 固有振型阐发 将启动机部门活气压力设置为零,负载设置为零,在频域阐发外形下,运行仿真阐发,失掉各种工况下的固有个性。 该车路上行驶有5个前进挡和1个倒挡,在水上行驶有1个挡;别的,启动机有不配减振器和配减振器工况。按照各个工况,添入相应的参数,或许得出相应的各阶振型图。这里只列出斗劲模范的几种工况,注明固有振型赋性。 4.1 启动机单机工况振型阐发 将背面传动细碎去掉,仅剩启动机模型。运行后或许失掉无减振器启动机最低阶主频率145.5Hz振型图(图3)、有减振器启动机最低阶主频率176.4 Hz振型图(图4). 振型图中横坐标的惯量模块编号与模型图上标注的数字一一对应,如图4中:1是减振器,2~9是启动机曲轴。 图3 启动机无减振器145.5Hz振型图 图4 启动机有减振器176.4Hz振型图 4.2 五挡行驶工况振型阐发 无减振器时,在启动机转速500~2 000 r/min范围内,启动机决定的固有频率为145.2 Hz,其振型如图5所示。 图中惯量模块编号1~8是启动机曲轴,另外是传动细碎编号 有减振器时,在启动机转速500~2 000 r/min范围内,启动机决定的固有频率为176.9 Hz,其振型如图6所示。 图中惯量模块编号1是减振器,2~9是启动机曲轴,另外是传动 细碎编号. 图5 启动机和五挡传动细碎无减振器145.2 Hz振型图 图6 启动机和五档传动细碎有减振器176.9 Hz振型图 4.3 水上行驶工况振型阐发 在有减振器水上工况行驶前提下,减振器决定的固有频率为76.1 Hz,是因为减振器而新添加的频率和振型,其振型图如图7所示. 在有减振器水上工况,启动机转速在500~2000r/min范围内决定的固有频率为176.12 Hz,共振型如图8所示. 图7和图8中的惯量模块编号1是减振器,2~9是启动机曲轴,另外是传动细碎编号。 图7 水上工况减振器决定的76.1 Hz振型图 图8 启动机和水上传动细碎有减振器176.1 Hz振型图 4.4 固有振型阐发 从以上振型图或许晓得,AMESim软件或许方便的阐收回各种工况,各阶频率下的固有振型图。从振型图或许找出部件或启动机决定的各阶振型图和频率,以及节点和主频。 从各种工况主频振型图的比力或许看出:启动机部门固有振型和主频变迁不大,注明传动细碎固有振型关于启动机固有振型影响斗劲小.这主要因为启动机飞轮和弹性联轴器具有优秀的刚性和较大的惯量,将启动机固有个性与传动细碎的固有个性断绝开,相互影响斗劲小。 从无减振器和有减振器振型图的比力或许看出,启动机冷清端添加减振器或许添加一个减振器决定的频率,篡改启动机固有频率和固有振型,添加减振器或许减小振幅. 启动机无减振器最低阶固有频率或许为145Hz,有减振器最低阶固有频率或许为176 Hz。这两个频率都在启动机任务频率50~200 Hz范围内,减振器方案并不有达到最美化。 5 Bode图阐发 经过以上振型阐发或许晓得,关于启动机曲轴断裂题目,从频域阐发角度看,传动细碎关于启动机影响很小,下面部门以启动机单机工况作为阐发器械,来截至Bode图[2]阐发。 同样,将启动机活气压力部门设置为零,负载也设置为零,在频域阐发情况下,仿真运行后,失掉Bode图。图9为无减振器启动机输入端Bode图,图10为有减振器启动机输入端Bode图。 图9 无减振器启动机输入端Bode图 从
图9或许看出,启动机在无减振器情况下,频率在145
Hz时振幅对数比最大,其峰值为56dB,分明有共振情形.从图10或许看出,启动机在有减振器情况下,频率在176
Hz时振幅对数比最大,其峰值为43 dB,曲线变得壮观陡峭,峰值个别较小。所以说,从Bode图或许看
出,驳回减振器或许将启动机输入端固有振动峰值变得壮观陡峭,最大振幅对数比消沉23%;别的,峰值点振动频率无减振器为145 Hz,有减振器为176
Hz,与上述振型阐发的频率切合。 图10 有减振器启动机输入端Bode图 6 抨击相应阐发 以上阐发部门是哄骗软件的频域阐发从命,研究启动机和传动细碎的固有模态.下面是哄骗软件的时域阐发从命,研究启动机抨击振动下的相应,并将相应转化为启动机输入真个应力,截至萎顿强度计较。 6.1 篡改应力振动图 启动机输入端扭矩传感器测得的扭矩信号输送给函数处置惩罚模块,颠末处置惩罚后换算成应力信号曲线。图11为无减振器启动机输入端应力曲线图。图12为有减振器启动机输入端应力曲线图。 图11 无减振器启动机输入端应力求 从
图11或许看出,无减振器工况,启动机曲轴输入端应力振动峰值在1 450
r/min,换算成频率为145Hz,峰值篡改应力为90Mpa。从图12或许看出,有减振器工况,启动机曲轴输入端应力不有分明的个别峰值,振幅最大值
在1760r/min,换算成频率为176Hz,峰值篡改应力为35 Mpa。关于取最大振幅时的频率与上述振型阐发和Bode图阐发的论断相切合。 图12 有减振器启动机输入端应力求 6.2 萎顿强度阐发 发
动机曲轴应力属于脉动循环振动应力,设启动机曲轴材料为18Cr2Ni4,按照轴类萎顿强度阐发步履,主要参数如下动作选取[3]:启动机曲轴脉动循环应
力下的篡改萎顿极限τ-1=160 Mpa;启动机输入花键有效应力集中系数Kτ=1.46;启动机轴概况风致系数β
=1.5;启动机轴相对尺寸影响系数ετ=0.72;材料篡改平匀应力折算系数ψτ=0.29 无减振器启动机输入端曲轴萎顿强度计较如下: 参见图11,在1450 r/min时:最大应力τmax=90 Mpa;最小应力为τmin=-60 Mpa,平匀应力值τm=15 Mpa,幅值τα= 75 MPa. 轴萎顿强度保险系数计较为[3]: 有减振器启动机输入端曲轴萎顿强度计较如下: 参见图12,在1 760 r/min时:τmax=36 Mpa;最小应力为τmin=-10 Mpa,,平匀应力值τm=13 Mpa,,幅值τα= 23MPa. 轴萎顿强度保险系数计较为[3]: 在计较斗劲准确的条 件下,许用萎顿保险系数[3][Sτ]≥1.5.从式(1)计较结果或许看出,萎顿强度保险系数偏低,有萎顿断裂的可能性。 从式(1)和式(2)比力结果看,启动机添加减振器,萎顿保险系数前进了3倍。所以说,启动机减振器关于撤销启动机共振起到很大的感导,减小应力振动幅值起到关键感导。 7 结 论 遵照以上阐发和计较,得出论断如下: (1)启动机曲轴断裂的原因阐发 根
据上述频域和时域阐发和计较结果或许总结如下:原启动机在1 450
r/min,抨击频率在145Hz时,其抨击频率与细碎固有频率沟通,启动机输入端产生谐振,脉动循环振动幅值较大,造成萎顿强度保险系数消沉,属于谐振
萎顿断裂.理论试车时,有多次在行驶到3 000~5 000
km时,启动机曲轴输入端发生断裂.从启动机粉碎情形看,启动机输入轴扭振废弛的特色是断裂面与轴线呈45°角,断口概况外部有争持的晦暗部门,内部有颗
粒较大的金属结晶辉煌,属于模范的萎顿粉碎特色。 (2)启动机曲轴断裂的规划经管 在启动机冷清端布置减振器是规划启动机曲轴断裂最有效和最复杂的经管. 从
水上工况看,启动机冷清端布置减振器后,篡改了启动机的固有频率和阶次,减小了振动应力的峰值,萎顿强度保险系数从1.51前进到
4.59,减振成果分明,基础底细撤销了断裂隐患,方案改动量小,经管具有可行性。但是,减振器的刚度和阻尼系数关于细碎减振成果影响斗劲大,供应商供应的减
振器尚不有将细碎固有频率移出启动机抨击频率200Hz以上,成果尚达不到快意程度。理应以固有频率逾越200
Hz为美化目标,截至美化方案,计较出减振器成家最优刚度和阻尼系数。 (3)传动细碎振动阐发 如图13所
示,与启动机输入端Geislinger联轴器前部轴段斗劲,篡改应力振动很小,只是在启动机启动时振动斗劲大。这注明启动机
输入端驳回Geislinger联轴器,或许吸收高频振动,添加了启动机振动关于背面传动细碎的影响[4]。但是,反畴前,传动细碎的换挡进攻、路面进攻
等负载抨击关于启动机细碎的影响,还必要进一步阐发。 图13 2挡Geislinger 联轴器后部轴段的应力曲线图 参考文献: [1] 吴炎庭,袁卫平.内燃机噪声振动与牵制[M].北京:僵滞产业出书社,2005. [2] 董霞,陈康宁,李天石.僵滞牵制理论基础底细[M].西安:西安交通大学出书社,2005 [3] 徐灏.僵滞方案手册(第4卷)[M].北京:僵滞产业出书社,2003. [4] 李和言.弹性联轴器关于车辆动力传动细碎扭振个性影响研究[J].僵滞强度,2003,25(6):596~603.引用出處: http://magazine.autoinfo.gov.cn/Jsp/autoinfo_news/fdj/show.jsp?id=20797歡迎來到Bewise Inc.的天下,起首庆贺您來到這遭受新的資訊讓產業更有競爭力,我們是供应專業刀具製造商,應對客戶高品質的刀具必要,我們或许協助客戶滿足您對產業的不同申请,我們有技能花腔達到十分卓着的客戶必要品質,這是現有相關技術無法比擬的,我們凋射的滿足了各行各業的申请,囊括:精细HSS DIN切削刀具協助客戶設計刀具流程DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計超高硬度的切削刀具醫療配件刀具設計複合式再研磨機PCD地板專用企口鑽石組合刀具粉末造粒成型機主機版專用頂級電桿PCBN刀具PCD刀具單晶刀具PCD V-Cut捨棄式圓鋸片組粉末成型機航空機械鉸刀主機版專用頂級電汽車業刀具設計電子產業鑽石刀具木工產業鑽石刀具銑刀與切斷複合再研磨機銑刀與鑽頭複合再研磨機銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計;從微細刀具到大型刀具;從小型生產到大型量產;全自動整合;我們的技術可供应您連續生產的供职,我們整體的服務及卓着的技術,恭迎您親自體驗!! BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com/
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作者: ehacpcif
  (2011-07-08 15:06)
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