发动机曲柄连杆机构的CAE分析

发动机曲柄连杆机构的CAE分析
CAE技术主管培训 郭 磊 杭州 09.7.10
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结构分析平台EXCITE中的软件工具 AST – 结构平台
Structure Dynamics Hydraulics
曲柄连杆机构设计分析 结构系统动力学, 耐久性与 振动声学分析
配气阀系与正时传动系统的 动力学分析
活塞与环组动力学 窜气与滑油消耗
燃油喷射系统分析
EXCITE PU软件是NVH特性和 耐久性计算的核心软件
EXCITE Timing Drive, EXCITE Piston & Rings and HYDSIM计算得到的载荷 ，可以作为EXCITE PU整机分析中的附加载荷
Drive Cycle Simulation
车辆动力学: 驾驶操控, 燃油经济性, 尾气排放
Figure No.
2
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EXCITE的模块
配气阀系运动学与动力学分析 正时传动系动力学计算 动力总成NVH (声学响应)
弹性液力润滑EHD分析
Durability & NVH
曲柄连杆机构
Combustion & Emissions Vehicle Thermal Management
设计分析
Platform Concept
Aerodynamics & Aeroacoustics Driving Comfort & Calibration
活塞体二阶运动,环组动力学 窜气量和润滑油消耗 部件瞬态强度和耐久性分析
Figure No.
3
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曲柄连杆机构动力学模型 如何建立反映实际条件的发动机动力学模型?
曲柄连杆机构是主要的动力学系统
Figure No. 4
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结构开发中的模型阶段
曲轴系三维动力学分析 概念设计阶段
结构件声学分析
动力总成及整车传动系耦合分析
Development Process
曲轴系设计参数分析 概念设计阶段 曲柄连杆系运动件强度分析 发动机系统NVH分析 (包括动力总成悬置振动)
建模过程中需要明确: 根据分析目标来选择合适的模型深度； 项目不同阶段可获得的数据限值
Figure No. 5
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模型深度和复杂度
部件级 – 子系统级 – 系统级
产品概念设计阶段的应用模型
详细分析、定型设计及产品优化阶段的应用模型
Figure No. 6
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发动机核心运动系统－曲柄连杆机构
Figure No.
7
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曲柄连杆机构的设计分析－概念设计阶段 曲轴轴系在概念设计阶段的分 析任务AVL EXCITE Designer ：
l
CS 3D Dynamic Analysis Concept Phase
NVH Analysis
Development Process
CS Design Analysis Concept Phase Component Strength Analysis Drive Train Dynamic Analysis
一维液力轴承特性计算（主轴承、连 杆大小、头轴承） 曲轴轴系的扭转振动分析（1维模型） 由CAD模型形成振动当量模型（自动） 扭转振动固有频率计算 扭转振动响应计算 曲轴减振器设计和优化 飞轮组件概念设计（惯量、几何） 经典方法的曲轴强度及安全系数校核 曲轴系的平衡分析
l l l l l l l l
Figure No.
8
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曲轴轴系概念阶段－建模
Designer模型 Designer模型
双击à 双击à
ShaftModeler模型 ShaftModeler模型
Figure No.
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分析过程 轴承负荷
Bearing Loads
曲柄负荷
Web Loads
静态扭矩
Static Torques
质量数据
Mass Data
扭转刚度
Torsional Stiffness
扭振计算
Torsional Vibration Calculation
液体动力轴承计算
Hydrodynamic Bearing Calculation
曲轴强度计算
Crankshaft Strength Calculation
曲拐优化 Crankthrow Optimization
Figure No. 10
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输入数据

1维液动轴承分析

载荷和轴承计算结果

轴心轨迹轴承载荷

1维液动轴承分析

最小油膜厚度最大油膜压力最大单位载荷摩擦损失

n A –最小油膜厚度,持续时间长,若小于完全润滑条件,会危险

n B –轻负荷区,应在该处开油孔或油槽

n C –因高速向心运动,使油楔中出现局部真空,形成,高速离心时气

泡破裂,使瓦表面产生穴蚀

n D –多次高速离心运动,油膜压力剧增,造成合金疲劳脱落

A

D

C

轴心轨迹Orbital Path 1维液动轴承分析