发动机前端轮系设计

发动机前端轮系设计

摘要:针对某车型搭载发动机前端轮系开发的实际需求,本文在发动机前端轮系的基础设计中,运用专业设计软件,计算机辅助设计以及有限元分析,旨在创建轮系开发过程中前期设计的标准程序。避免了传统开发流程中样件制作,并反复修改造成的浪费,缩短了开发周期,降低了开发成本。

关键词:基础设计整车NVH 强度断裂有限元振动模态分析

Design For The Front Accessory Drive System of Engine

Abstract:Contrapose to the development of the front accessory drive system of engine in a vehicle,in this paper,during the design process of the front accessory drive system of engine.We manage professional software,computer aided design and finite element.Aim for set up a standard process of early design in the development of the front accessory drive system.avoid the waste of prototype product and rework in the traditional practices;reduce development cycle and coast。

KeyWord:Basic design; Vehicle NVH;Intensity;Crack;finite element;Vibration; mode analysis

1 前言

发动机前端轮系为车辆辅助系统提供动力,包括发动机自身冷却系统—水泵的驱动;整车供电系统—发电机的驱动;整车空调系统—空调压缩机的驱动;液压助力转向系统—转向泵的驱动;更有发动机新技术应用中机械增压器—压气机驱动等等,是整车系统中最为重要的基础设计之一;随着国内乘用车市场用户对车辆的整车舒适性提出的更高要求,安静、可靠的前端轮系将是我们今后研究的重点。

2 发动机前端轮系介绍

三菱4G69发动机排量2.4L,在国内多款车型上搭载;下图1(a)为三菱4G69型2.4L发动机前端轮系各驱动附件布置方案,图1(b)为根据输入条件,输出的最终驱动方案。(如图1)

三菱4G69发动机前端各驱动附件相关参数输入信息见表1,

根据系统输入条件,计算并最终确定轮系各带轮包角,布置图1(b)中所示惰轮(6)、张紧轮(7)坐标位置,轮径大小及带轮类型,最后输出整个轮系驱动方案如图1(b)。

3 典型案例设计实例

本设计实例以三菱4A91S发动机前端轮系中液压助力转向泵的驱动方案作为例子,介绍发动机前端轮系的具体设计过程。

3.1 设计输入(图2表2)

实际案例中;图2为三菱4A91S发动机转向泵驱动带轮及被动带轮坐标,表2为简单轮系的基本参数输入。

3.2 方案设计

设计输入给出:曲轴皮带轮为主动轮,驱动唯一的附件转向泵皮带轮;曲轴皮带轮与转向泵皮带轮在发动机上位置固定,不可调节,因此需要为系统增加皮带张紧单元。

借助于发动机轮系驱动设计软件Simdrive,将参数输入设计系统,见表3。

Simdrive系统根据输入信息计算输出结果见图3以及表4。

根据表4计算结果,选择皮带长度优先序列4PK850,皮带有效长度850.5mm

3.3 计算机建模

计算机建模运用了CATIA软件,在整车数模中,按照发动机布置空间、张紧轮运动包络等条件建立张紧轮3D模型,见图4

3.4 计算机辅助分析

发动机前端轮系在发动机运转过程中承受动载荷以及振动影响,首先需要对张紧轮的强度进行计算,以确保张紧轮的结构强度满足皮

带的张紧要求,避免张紧轮断裂;其次还需对张紧轮进行模态分析,保证张紧轮的振动频率不与发动机固有振动频率耦合,避免与发动机共振。

3.4.1 强度计算结果

选用张紧轮本体材料:铸铝YL112,按照材料标准属性、机械性能,按照系统计算张紧轮理论载荷考虑动载系数以及安全系数,输入张紧轮支架受力大小400N,利用有限元分析软件ANSYS计算并得出结论张紧轮最大应力点应力为96MPa,远低于本体材料207Mpa的需用应力,见图5。

3.4.2 模态分析

本文利用Hypermesh软件划分网格,按照张紧轮实际安装点对模型进行约束见图6(a);应用NX NASTRAN进行求解,最终结果如图6(b),(c)所示,张紧轮支架一阶约束模态固有频率794.8Hz,二阶约束模态固有频率1855Hz,均大于一般性设计要求模态频率500Hz(发动机激振频率),在发动机正常运行中没有共振。(如图6)

4 应用

在发动机前端轮系设计过程中,引入标准设计流程,提高了基础设计效率;并借助于先进的系统设计软件和CAD、CAE工具,在设计初期将工程阶段可能出现的问题,提前进行预防,降低了产品开发的成本。

参考文献

[1] 吴炎庭,袁卫平,内燃机噪声振动与控制,北京:机械工业出版社,2005(5).

[2] 康展权,汽车工程手册-设计篇,北京:人民交通出版社,2001(5).

[3] 陈晓梅,模态分析在动力总成开发中的应用.[吉林大学汽车工程学院硕士学位论文],吉林:吉林大学,2007.

[4] 吕兆平,多楔带轮系设计.[企业科技与发展],2008.

[5] 李丰军,刘长波,CA6110系列发动机前端多楔带附件传动系统设计与开发.[汽车技术]2002.