基于AVL Designer的曲轴扭振仿真软件关键问题研究

讨论AVL Designer软件在发动机曲轴扭振计算过程中需要注意的3个关键问题:载荷数据、曲轴刚度数据和扭振结果分析。缸压传感器测量获取的载荷数据比Boost软件计算更加精确。曲轴刚度数据由试验、有限元计算或AVL Autoshaft计算获取。扭振结果分析包括临界转速、节点位置等。

基于三维有限元分析的曲轴圆角优化设计

内燃机曲轴轴颈的过渡圆角处是应力高度集中部位,易形成疲劳裂纹源,因此设计者对该部位的几何形状尺寸特别留意。本文的研究对象,是一台由四气缸母型机变形后的三气缸发动机曲轴圆角设计。四气缸母型机的曲轴圆角采用带有沉割槽加滚压的复合工艺加工,由于设备条件的限制,三缸机的试制产品无法实施上述工艺。根据曲轴生产厂家的设备条件和技术能力,拟采用曲轴圆弧过渡。作者以三维有限元应力分析为基础,在不降低曲轴轴颈承压面的前提下,采用优化过渡圆角半径,取得了令人满意的效果。

采用多体动力学的压缩机曲轴结构优化

以小型活塞式压缩机为研究对象,提出了降低曲轴系统扭振幅值、提高曲轴强度、轻量化曲轴的优化设计方法。在考虑电机转动惯量影响的同时建立了曲轴系统多体动力学模型,利用正交试验方法从多个设计参数中筛选出影响曲轴系统扭振和强度性能的显著因子,并在显著因子和曲轴系统一个周期内的最大扭转角、峰值应力及质量下拟合了二阶响应面模型,采用非劣排序遗传算法(NSGA-II)对二阶响应面拟合模型进行了优化。通过对某W型活塞式压缩机平衡重过渡圆角半径、曲轴偏心距和曲柄厚度进行优化显示,压缩机曲轴质量、自由端扭转角、峰值应力与初始值相比分别下降了11.31%、22.9%、25.10%,表明优化后曲轴系统的扭振幅值下降,质量减轻,强度提升。研究结果可为优化压缩机设计、提高曲轴的性能提供参考。

计及曲轴强度的曲轴轴承优化设计

以某4冲程4缸内燃机曲轴-轴承系统为研究对象,在计及曲轴强度下进行曲轴轴承优化设计,研究轴承优化设计中考虑曲轴强度的必要性。在建立轴承优化设计模型中,将曲轴强度作为约束条件之一,采用粒子群算法进行优化计算。结果表明,相比于原机轴承设计,在满足曲轴强度要求的情况下,通过曲轴轴承优化设计轴承总平均摩擦功耗降低了14.21%。同时进行了不考虑对曲轴影响的曲轴轴承优化设计计算,此时虽然轴承总平均摩擦功耗有明显降低,但曲轴强度已不能满足使用要求。因此,合理的曲轴轴承优化设计应从曲轴-轴承系统整体出发,计及对曲轴强度的影响,以获得满足系统要求的最优解。

新型组合式隔膜泵用三拐曲轴的研究

针对往复式隔膜泵动力端设计,提出了一种三拐四支承组合式曲轴新结构。采用有限元法,将新型组合式曲轴结构与传统三拐二支承整体式曲轴结构进行静力学对比研究,分析它们的应力变化规律并计算出最大应力值,并利用这些数据进行疲劳强度校核。通过对比分析,验证了组合式曲轴新结构的优势,对今后往复泵用曲轴的设计及制造具有一定的指导意义。

发动机缸体曲轴孔加工专用镗床设计

对发动机缸体曲轴孔加工工艺进行了分析,并对专用机床整体方案以及专用夹具结构、刀具结构、主运动传动等机床关键设计技术进行了介绍。发动机缸体曲轴孔精加工专用机床的成功研制并投入使用,为企业带来显著的经济效益,也为同类专用机床的研发提供了良好借鉴。

Pro/E行为建模技术在曲轴结构优化设计中的应用

分析了Pro/E行为建模的特点和内容,探讨了行为建模的功能和基本步骤,通过实例,在对曲轴模型参数进行测量分析、灵敏度分析及可行性/优化分析的基础上,对曲轴模型进行了多目标设计研究,实现了对曲轴模型的优化设计。通过修改模型的结构形状,在满足曲轴重心和轴线重合的条件下,实现了曲轴质量、表面积、轮廓周长最小的设计目标。从设计结果来看,行为建模方法对产品设计优化效果比较明显,为设计师实现设计过程的工程目标驱动提供了一种借鉴和方法。

面向再制造的小型内燃机曲轴设计技术研究

运用面向再制造的产品设计基本概念,在对小型内燃机曲轴进行正常失效分析的基础上,研究和提出了对小型内燃机曲轴进行面向再制造的设计时,应考虑的主要问题和基本的设计技术。提出了应权衡内燃机寿命长短对内燃机再制造价值的综合影响,使产品主要零部件在整个寿命周期内的价值最大化的观点。

参数化CAD应用软件的二次开发——内燃机曲轴设计

本文在VisualC ++5 0环境下使用微软基础类库MFC和AutoCAD实时运行扩展ObjectARX 2 0并二次开发了AutoCADR14的应用程序 ,以柴油机曲轴为例进行了参数化设计。

柴油机曲轴的公理化设计

通过对公理化设计基本概念和设计过程的研究 ,提出了将公理化设计思想运用于柴油机曲轴设计的方法 ,建立了应用公理化设计进行曲轴设计的系统框架 ,开发了在UGII软件平台上进行公理化设计的软件系统。

面向产品变异设计的零件可拓物元模型研究

为满足产品变异设计的要求,提出了零件可拓物元模型结构。通过融合零件及其子结构的几何、结构关联关系、功能和语义等信息,建立了零件变异物元模型。结合可拓理论,研究了零件变异物元模型的可拓性,分析了零件变异物元模型对产品变异设计的支持情况。最后,基于零件变异物元模型,开发了产品变异设计原型系统,并以发动机曲轴零件为例,建立了零件可拓物元模型。实例证明,零件变异物元模型解决了产品变异设计引起的零件结构干涉和拓扑更新问题,为产品变异设计提供了条件。

电弧喷涂修复曲轴多轴疲劳寿命计算

为了定量研究电弧喷涂修复后曲轴的疲劳寿命,对具有3Cr13涂层的48MnV材料进行了拉伸实验,利用Baumel Jr.和Seeger提出的方法估算了该材料的循环疲劳特性参数,并将其应用到电弧喷涂后修复曲轴的疲劳寿命评估计算中。通过动态仿真获取各连杆颈上的载荷,将其作为曲轴的载荷,同时利用弹簧单元对主轴颈处的弹性支撑实际状况进行了模拟,相邻拐影响作为边界条件,进行了有限元分析模拟。利用多轴损伤模型并分别采用正应变法、SWT-Bannantine、剪应变法、Fatemi-Socie法对曲轴的寿命进行了计算。对新的曲轴分别进行500 h、1 000 h、3 000 h发动机台架强化实验,然后将强化实验后的曲轴截成单拐并进行了单拐疲劳实验。实验结果与计算结果吻合。

智能型曲轴弯曲疲劳试验系统

针对国内曲轴弯曲疲劳试验机普遍存在的试验精度和试验效率较低的问题 ,开发了智能型曲轴弯曲疲劳试验系统。该试验系统由可编程控制器 (PLC)和PC联合构成测控核心。PLC的长时间稳定运行能力和断电保护能力保证了曲轴试验的可靠性 ,PC机上专门编制的软件可对标定试验数据及最终试验数据进行快速精确的计算处理并提供了友好的人机对话环境 ,实现了曲轴弯曲疲劳试验载荷标定、试验运行、失效诊断和试验数据处理等流程的自动化 ,成为新一代的智能化试验系统。本文较详细地介绍了该试验系统的基本工作原理、组成。

基于仿真分析的曲轴平衡重动态优化设计

针对现有多缸内燃机曲轴平衡重设计存在的优化目标不明确、动力学模型简单等问题,以四缸内燃机曲柄连杆机构的虚拟样机为设计平台,对曲轴平衡重进行了动力学仿真分析及优化设计,介绍了包括有限元计算、动力学建模、动态优化设计和结构优化设计的整个设计流程.仿真结果表明,采用虚拟样机对曲轴平衡重进行动态优化设计,设计过程的效率和精度都有所提高;选择不同的优化目标会产生差异很大的最终优化方案.经过比较各种目标的优化结果,建议将曲轴主轴承载荷工作周期内的平均值作为动态优化设计的优化目标.

曲轴平衡重动态优化设计方法研究

针对现存多缸内燃机曲轴平衡重设计的不足,基于虚拟样机技术对曲轴平衡重进行动态优化设计。以四缸内燃机曲轴为例,论述了平衡重设计所面临的若干问题,提出了一系列切实可行的解决方案并归纳为动态优化设计的设计流程。结果表明:优化目标的合理选取对设计流程的成功实现十分重要,且针对集中质量的动态优化设计不会为整个设计流程的可靠性带来潜在的风险。

汽车发动机曲轴阻尼式扭振吸振器设计方法探讨及应用

往复活塞式发动机曲轴扭振吸振器是应用得最早且最普通的一类阻尼式动力吸振器。本文在简要述评阻尼式动力吸振器设计方法研究进展的基础上,探讨了汽车发动机曲轴扭振吸振器的设计方法,并以一种车用柴油机为例,阐述了其设计程序及有关的一些理论和实际问题,最后对该机现用的橡胶式吸振器提出了几点改进建议。

基于有限元分析的空压机曲轴弯曲疲劳试验

采用电动谐振法对空压机曲轴进行疲劳试验。首先,介绍了疲劳试验机的工作原理。然后,采用简化的有限元模型,利用ANSYS软件对谐振器进行模态分析。在此基础上,以预定的固有频率为追求目标,在ANSYS软件中对谐振器的主要参数进行了优化,得出了音叉臂的几何尺寸。最后,在载荷标定过程中引入有限元的分析结果作为确定最大应力部位的依据,采用“静标动测”法对试验机进行标定。

基于正交试验设计的压缩机曲轴电化学抛光工艺参数优选

利用正交试验设计的方法,研究了涡旋压缩机曲轴电化学抛光工艺参数的最佳组合。归纳了影响曲轴电化学抛光效果的8个主要因素,通过正交试验设计方法,优选出影响曲轴电化学抛光工艺的因素水平,在此条件下,通过试验验证,压缩机曲轴电化学抛光技术与传统的磨削工艺相比抛光后的粗糙度降低了40%以上,大大降低了涡旋压缩机曲轴由于运动产生的摩擦损耗。

基于DOE设计的曲轴结构优化

曲轴是发动机中的重要零件,将活塞的往复运动转换为旋转运动.曲轴强度直接影响发动机的可靠性及使用寿命,而结构参数直接影响曲轴强度.在同一边界条件下,研究7个曲轴结构参数单因素变化对曲轴强度的影响;通过部分因子试验确定影响曲轴强度的主效应参数;利用响应面设计研究主效应因素多参数变化对曲轴强度的影响.结果表明:平衡重大端半径、连杆轴颈长度、平衡重厚度、主轴颈圆角4个参数是影响曲轴强度的主效应因子;应用响应面法优化设计曲轴强度,优化后曲轴应力最小值为86.592 MPa,较原模型减少31.3%.

基于遗传算法的三柱塞往复泵曲轴优化设计

根据三柱塞往复泵曲轴的实际设计要求,建立了三柱塞往复泵曲轴优化数学模型,确定了优化设计变量、优化目标函数和边界约束条件,利用MATLAB其功能强大的遗传优化工具箱,结合优化设计的基本算法、以重量最轻优化目标进行优化,优化结果表明曲轴重量可以进一步降低。