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编号：曲轴系动力学计算分析指南（第I 版）目录目录 (1)1 FE模型 (2)1.1 FE模型建立 (2)1.1.1 曲轴系坐标系的定义 (2)1.1.2 曲轴系FE模型建立 (2)1.1.3 简易主轴承壁FE模型建立 (3)1.1.4边界条件 (3)1.2 FE模型压缩 (4)2 EXCITE模型建立 (4)2.1 FE子结构模型 (4)2.2 EXCITE模型建立 (5)2.2.1连接单元参数的确定 (6)2.2.2 曲轴参考点的定义 (6)3 EXCITE仿真计算 (8)3.1 轴承负荷计算 (8)3.2 轴承性能计算 (8)3.2.1 最大油膜压力 (8)3.2.2 最小油膜厚度 (9)3.2.3 轴心轨迹 (10)4 动应力计算 (10)5 曲轴系平衡计算 (12)6 曲轴扭振及其阶次分析 (13)7 疲劳分析 (14)1 FE模型1.1 FE模型建立几何模型的完整是FE模型建立的前提条件，一个完整的曲轴系几何模型主要由曲轴，与其相连的飞轮和正时齿轮以及皮带轮组成，其中各个零部件之间由非线性连接体连接。
FE模型可以用前处理软件PATRAN、HYPERMESH等来建立。
采用手动划分网格的方法，各部件间通过合并接触面上分布一致的节点来构成一个整体。
1.1.1 曲轴系坐标系的定义整体坐标系采用右手法则的直角坐标系，如图1，坐标系的中心在曲轴第三段主轴颈的中心，X轴为曲轴的轴线方向，Y轴的方向为曲轴的侧向，Z轴与气缸同向，同时要求曲轴的第一拐朝上放置.为了利用A VL-EXCITE软件进行曲轴系的动力学计算，需要曲轴系FE模型以及一个简易的主轴承壁FE模型。
1.1.2 曲轴系FE模型建立曲轴系FE模型采用的六面体网格如图1～图3所示：图1 曲轴系的有限元模型图2 单拐的有限元模型图3 主轴颈和拐处圆角的有限元模型在进行曲轴系的动态分析时，为了保证在圆角处有足够的网格精度，通常需要6层以上的单元。
某型柴油机曲轴系统动力特性研究的开题报告一、研究背景与目的柴油机是一种广泛应用于汽车、船舶、发电机组等领域的重要能源装置。
曲轴系统是柴油机的重要组成部分，其运动性能直接影响柴油机的工作效率和动力性能。
因此，探索柴油机曲轴系统的动力特性，对于提升柴油机的机械效率、降低排放和节能具有重要意义。
本研究的主要目的是研究柴油机曲轴系统的动力特性，分析曲轴系统运动时出现的问题，找出改善方案。
具体包括以下两方面研究：1.分析柴油机曲轴系统的动力学特性。
通过研究曲轴系统的运动学和动力学原理，建立动力学模型，以探寻曲轴系统动力学中可能存在的问题。
2.探索优化柴油机曲轴系统的方案。
在探讨柴油机曲轴系统动力学特性的基础上，研究针对某型柴油机的曲轴系统可执行的优化方案，最终实现优化曲轴系统的目的。
二、研究内容1.对柴油机曲轴系统进行分析和建模。
本研究将柴油机曲轴系统的各个部分进行分析和建模，确定模型中的各个参数，以实现研究目的。
2.研究柴油机曲轴系统的动力特性。
利用以上建立的模型，通过计算机辅助仿真和实验等手段，研究柴油机曲轴系统的动力特性，分析曲轴系统运动时出现可能存在的问题。
3.探索优化柴油机曲轴系统的方案。
基于研究得出的曲轴系统动力特性问题，研究针对某型柴油机的曲轴系统可执行的优化方案，最终实现优化曲轴系统的目的。
三、研究方法1. 理论研究和文献调研：对柴油机曲轴系统进行理论分析和相关文献调研，加深对该领域的了解，从而更好地进行后续实验。
2. 实验测试：通过实验测试，获取有关曲轴系统的运动数据，分析数据，求解曲轴系统的性能参数，并得出针对某型柴油机的优化方案。
3. 计算机辅助仿真：通过使用计算机辅助仿真软件，建立柴油机曲轴系统的动力学模型，并对模型进行系统性的调整和优化，以计算柴油机曲轴系统的动力学特性。
四、预期结果和意义本研究预期通过理论分析、实验和计算机辅助仿真等手段，得出一套基于某型柴油机的曲轴系统的优化方案，实现优化曲轴系统目的。
汽车发动机曲轴动力学特性研究随着科技的不断进步，汽车作为交通工具在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。
而汽车发动机作为汽车的核心部件，对于整个车辆的性能和使用寿命有着举足轻重的影响。
其中，曲轴动力学特性是发动机研究领域的一个重要课题。
本文将从曲轴的结构和运动形式、曲轴的平衡性以及曲轴的材料等方面进行探讨。
首先，让我们了解一下曲轴的结构和运动形式。
曲轴通常由一根具有多个曲轴轴颈的轴杆组成。
曲轴在发动机内的旋转，把活塞的上下往复运动转化为连续的旋转运动，并通过连杆连接到汽缸内。
这样的设计使得曲轴承受着巨大的力和惯性负载。
由于曲轴的自身重量和受力状况的变化，曲轴的动力学特性成为研究的焦点。
其次，曲轴的平衡性是提高发动机性能和减少振动噪音的重要因素。
曲轴在高速旋转的情况下，由于受到间歇爆炸和活塞往复运动的影响，会产生很大的振动和噪音。
这些振动和噪音不仅会降低汽车的驾驶舒适性，还会对发动机零配件造成损坏。
因此，对曲轴进行平衡设计是十分必要的。
通过在曲轴上安装配重块，并且根据曲轴轴颈的质量和角位置来调整这些配重块的重量，可以有效地减少振动和噪音。
此外，曲轴的材料也对发动机的性能和寿命有着重要的影响。
曲轴要求具有高的强度、硬度和耐腐蚀性。
传统的曲轴材料多为钢，但随着材料科学的发展，铝合金也开始被广泛应用于曲轴的制造中。
铝合金曲轴具有重量轻、刚度高、热膨胀系数低等优点，在提高发动机性能和节能方面具有显著的优势。
然而，因铝合金的热膨胀系数低，与轮毂接触时容易出现疲劳和损坏，因此需要在铝合金曲轴表面涂覆一层耐磨材料，来保护曲轴并提高其寿命。
总结起来，对汽车发动机曲轴动力学特性的研究对于提高发动机的性能和使用寿命具有重要意义。
通过对曲轴的结构和运动形式的了解，可以更好地理解曲轴在发动机中的作用。
平衡性的研究可以有效减少发动机的振动和噪音，提高驾驶舒适性。
而曲轴材料的选择和涂覆技术的应用则可以增加曲轴的强度和寿命，提高发动机的可靠性和使用寿命。
文章编号:100020909(2003)0520351205212088曲轴轴系的动特性分析Ξ刘永红,任工昌,王步康,张优云(西安交通大学润滑理论及轴承研究所,陕西西安710049) 摘要:以4缸内燃机为例,在建立三维装配实体的基础上,采用有限元法对曲轴轴系和机体进行了动特性分析。
在建模中充分考虑了实际约束条件,并对关键部件的接触问题做了处理。
计算采用系统级的动特性分析方法获得了曲轴轴系的扭转、弯曲、伸缩振动及其复合振动,显示出了曲轴轴系和机体各部件振动特性。
结果表明该系统的模态密集,频率范围很宽,对于发动机工作过程中产生的宽带激励信号,比较容易引起曲轴轴系的振动。
关键词:4缸内燃机;曲轴轴系;动特性分析中图分类号:T K402 文献标识码:A引言 内燃机曲轴轴系动特性因其结构复杂和其上安装的其它零部件较多而难以计算。
由于已有的经验公式对边界条件进行了过多的简化,计算结果往往与实测偏差较大。
在目前的曲轴扭转动态分析中,关于扭转柔度的计算经验公式有6、7种之多,如Kerwilson 方法、Zimanenko 方法、Sulzer 方法、Corlor 方法等等,但各方法的计算结果差距较大,所以目前最有效的计算方法依然是有限元法[1],而且柔性多体动力学结合了几何非线性有限元和刚体动力学的优点[2]。
动特性的分析主要包括3个方面的内容:首先,建立一个与物理样机相对应的虚拟数字样机;然后,在虚拟数字样机的基础上根据研究需要进行机构和结构动特性分析以及机构和结构响应分析;最后,根据计算和试验的结果对数学模型进行修改,重新计算,形成一个循环的过程。
其中,动力学建模及模态分析、动态响应评估等国内外已有许多文献介绍[3],但是大都局限于单一的零部件分析,而且为了计算简单对边界条件进行了简化,不能够真实地反映工况,所以实用性都不高[4]。
本文以曲轴轴系为例,首先在三维建模软件I 2DEAS 上构造实体模型,然后在ANSYS 软件中进行网格划分,建立有限元模型,在此基础上进行了曲轴轴系的动特性分析。
柴油机曲轴静力学有限元分析
柴油机曲轴的静力学有限元分析是一种在柴油机领域中非常重要的研究方法。
它不仅可以用来分析柴油机曲轴本身的结构强度，提高柴油机的可靠性和使用寿命，而且可以进一步分析柴油机系统协作运作时的工作状态。
柴油机曲轴的静力学有限元分析技术由基础的实验技术和建模技术构成，是一
种计算技术，可以以极快的计算速度进行位移分布和应力应变分布的研究，从而获取可靠的结构强度参数。
有限元分析技术采用三角形或者四边形对模型进行网格划分，将曲轴整个结构模型划分成若干空间小元，再根据空间小元形状进行相应物理量的划分，用来求解围绕曲轴结构出现的位移和应力应变分布规律。
基于柴油机曲轴静力学有限元分析，有助于精准的研究机组曲轴的结构强度分布，从而对机组的设计有着良好的参考价值，提高了机组的可靠性与使用寿命。
此外，还可以从有限元分析中确定柴油机的重心位置和最小惯性，辅助元件结构的优化提高柴油机系统的整体运行性能。
总之，柴油机曲轴静力学有限元分析技术可以实现快速、准确的结构强度分析，对于提高柴油机的可靠性和使用寿命以及实现机组整体动态优化都具有重要意义，是高等学校学习工程技术不可或缺的重要课程和实践内容。
柴油机曲轴强度的三维有限元分析
曲轴是汽车发动机的核心部件，强度的耐受力是汽车发动机的重要性能指标之一。
随着汽车发动机的发展，柴油机曲轴的强度是汽车发动机比较重要的研究课题。
柴油机曲轴强度的研究主要通过有限元分析来进行，有限元分析是一种计算机模拟技术，可以很好地表示柴油机曲轴的强度。
通过将复杂的多维几何模型转换为有限元数据，可以快速地模拟出柴油机曲轴的强度。
在进行有限元分析之前，必须首先建立柴油机曲轴的三维模型，用于准确表示曲轴的详细几何信息和物理参数，其中最重要的是曲轴的弹性参数。
模型的建立可以通过CAD软件或CATIA软件完成，而且可以很容易地调整和改进曲轴的几何尺寸和物理参数。
接下来，就需要将柴油机曲轴的三维模型转换为有限元模型，有限元模型可以表示曲轴的几何尺寸和物理参数，这也是有限元分析的关键步骤。
在有限元模型的建立中，还要考虑柴油机曲轴的热应力和振动响应的影响，以便更准确地模拟曲轴的强度。
有了有限元模型，就可以灵活地进行有限元分析，开始对曲轴的强度进行模拟。
有限元分析需要指定曲轴的应力状态和荷载情况，根据不同的应力状态和荷载情况，可以分析出曲轴的极限强度和疲劳寿命。
此外，还可以通过有限元分析，更精确地研究柴油机曲轴的热应力和振动响应，以及曲轴的不同部件在受力和受荷的分布情况，这些
将有助于更好地设计柴油机曲轴，提高曲轴的强度和可靠性。
总之，利用有限元分析，可以有效地研究柴油机曲轴的强度，而有限元分析的过程至少包括三维模型的建立，有限元模型的建立和有限元分析，这是实现柴油机曲轴强度可靠性评估的关键环节。
编号：曲轴系动力学计算分析指南（第I 版）目录目录 (1)1 FE模型 (2)1.1 FE模型建立 (2)1.1.1 曲轴系坐标系的定义 (2)1.1.2 曲轴系FE模型建立 (2)1.1.3 简易主轴承壁FE模型建立 (3)1.1.4边界条件 (3)1.2 FE模型压缩 (4)2 EXCITE模型建立 (4)2.1 FE子结构模型 (4)2.2 EXCITE模型建立 (5)2.2.1连接单元参数的确定 (6)2.2.2 曲轴参考点的定义 (6)3 EXCITE仿真计算 (8)3.1 轴承负荷计算 (8)3.2 轴承性能计算 (8)3.2.1 最大油膜压力 (8)3.2.2 最小油膜厚度 (9)3.2.3 轴心轨迹 (10)4 动应力计算 (10)5 曲轴系平衡计算 (12)6 曲轴扭振及其阶次分析 (13)7 疲劳分析 (14)1 FE模型1.1 FE模型建立几何模型的完整是FE模型建立的前提条件，一个完整的曲轴系几何模型主要由曲轴，与其相连的飞轮和正时齿轮以及皮带轮组成，其中各个零部件之间由非线性连接体连接。
FE模型可以用前处理软件PATRAN、HYPERMESH等来建立。
采用手动划分网格的方法，各部件间通过合并接触面上分布一致的节点来构成一个整体。
1.1.1 曲轴系坐标系的定义整体坐标系采用右手法则的直角坐标系，如图1，坐标系的中心在曲轴第三段主轴颈的中心，X轴为曲轴的轴线方向，Y轴的方向为曲轴的侧向，Z轴与气缸同向，同时要求曲轴的第一拐朝上放置.为了利用A VL-EXCITE软件进行曲轴系的动力学计算，需要曲轴系FE模型以及一个简易的主轴承壁FE模型。
1.1.2 曲轴系FE模型建立曲轴系FE模型采用的六面体网格如图1～图3所示：图1 曲轴系的有限元模型图2 单拐的有限元模型 图3 主轴颈和拐处圆角的有限元模型在进行曲轴系的动态分析时，为了保证在圆角处有足够的网格精度，通常需要6层以上的单元。
郝志勇(1955-)陕西绥德人,教授(收稿日期:2003-09-15)文章编号:1008-7842(2003)S0-0086-03柴油机曲轴轴系的柔性多体动力学仿真分析郝志勇1,段秀兵2,程金林2(1 浙江大学机械与能源学院,浙江杭州310027;2 天津大学机械学院,天津300072)摘 要 以曲轴有限元模型为基础,建立了包括活塞、连杆、飞轮和减振器皮带轮在内的三维实体曲轴系统多体动力学模型。
通过进行曲轴系统在发动机工作状态下的柔性多体动力学仿真计算,求出了柴油机在不同工况下的扭矩输出特性和各主轴承在一个工作循环内的载荷变化情况,分析了曲轴在实际安装和运行状态下的扭振响应特性,并将计算与实测的结果进行了比较,证明柔性多体动力学仿真分析的结果是可靠的。
关键词 柴油机,曲轴系统,多体动力学中图分类号:TK 42313 文献标志码:A1 前言NVH (N oise ,Vibration and Harshness )性能已经成为内燃机设计的一个重要指标,是否具有良好的NVH性能已是决定内燃机能否被市场接受的重要条件。
曲轴系统的动力学分析在内燃机NVH 设计中具有关键性的作用〔1〕,〔2〕。
曲轴在活塞、连杆传递的爆发压力的交变载荷作用下产生强烈的振动,并通过主轴承把能量传递给机体,产生辐射噪声。
曲轴的扭转振动不仅影响自身的强度和可靠性,并使齿轮正时发生变化而影响发动机的性能,而且对内燃机整体的振动和噪声特性也有重要的影响。
现代设计方法是降低内燃机振动噪声、提高其综合设计水平的根本途径。
内燃机的噪声级取决于它的设计和制造水平,而首先是设计水平。
用传统的经验、试凑和静态的设计方法很难在资金、时间受激烈市场竞争限制下保证低噪声内燃机的设计。
利用计算机虚拟设计手段,进行曲轴轴系为主的发动机运动件系统的多体动力学仿真分析不仅可以掌握发动机的主要机械载荷分布情况,为机体和其他固定件的分析提供依据,而且对于在设计阶段进行内燃机振动噪声预测和低噪声设计具有重要的意义。
