基于多体动力学的DK4-A柴油机曲轴轻量化设计及模态试验与分析
对汽车进行轻量化设计是实现汽车节约能源重要措施之一，受到广大研发人员的广泛关注。曲轴作为汽车“心脏”---内燃机的重要部件，对其进行结构轻量化设计具有十分重要的意义。本课题对曲轴进行轻量化设计，且从多个方面分析了该轻量化设计方案的可靠性。 本课题的研究如下：以DK4-A柴油机曲轴为设计基础，在保证外形结构尺寸与原柴油机相关配合不变的情况下，对该曲轴进行轻量化设计；基于响应面分析法理论，确定轻量化设计方案，得到的轻量化曲轴质量是20.15kg，比原曲轴质量减少了2.76kg；搭建曲轴动平衡仿真实验平台，得到轻量化曲轴比原曲轴的振动特性更好，消耗的能量更低；基于仿真手段测得轻量化曲轴主轴颈、连杆轴颈的负荷数据，得到轻量化曲轴主轴颈、连杆轴颈的负荷均比原曲轴要小；运用仿真测得的相关数据以及流体润滑相关知识，得到轻量化曲轴的润滑特性满足使用要求；使用AnsysWorkbench对轻量化曲轴进行强度分析，并针对其薄弱位置进行部分结构优化，得到轻量化曲轴的强度满足使用要求，且经过对其部分结构优化后，该曲轴强度增加；基于多体动力学理论，利用Adams对轻量化曲轴的进行动力学分析，得到多体动力学分析结果与强度校核结果分布情况类似，且在该计算模型中得到的活塞位移、速度值和理论计算值的误差分别是：1.06%和2.39%，即该计算模型是可靠的；利用AnsysnCode对轻量化曲轴进行疲劳分析，得到结果：若以曲轴每天工作8小时、每年工作10个月计算，则该曲轴可以使用10.43年，满足曲轴的寿命要求；为了获得轻量化曲轴的振动特性，为进一步减小曲轴的振动提供指导，本课题使用两种计算方法对轻量化曲轴进行模态分析，两种计算方法的最大误差是3.73%，如此不仅得到了轻量化曲轴的振动特性，为进一步提高曲轴工作性能提供指导，还验证计算模型的准确性，增加分析结果的可靠度。
汽车柴油机;曲轴轻量化设计;模态试验;多体动力学
西华大学
硕士
车辆工程
曾东建
2019
中文
U464.172
2020-04-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）