發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系設(shè)計(jì)摘要:針對(duì)某車型搭載發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系開(kāi)發(fā)的實(shí)際需求,本文在發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中,運(yùn)用專業(yè)設(shè)計(jì)軟件,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以及有限元分析,旨在創(chuàng)建輪系開(kāi)發(fā)過(guò)程中前期設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)程序。避免了傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程中樣件制作,并反復(fù)修改造成的浪費(fèi),縮短了開(kāi)發(fā)周期,降低了開(kāi)發(fā)成本。關(guān)鍵詞:基礎(chǔ)設(shè)計(jì)整車NVH強(qiáng)度斷裂有限元振動(dòng)模態(tài)分析DesignForTheFrontAccessoryDriveSystemofEngineAbstract:Contraposetothedevelopmentofthefrontaccessorydrivesystemofengineinavehicle,inthispaper,duringthedesignprocessofthefrontaccessorydrivesystemofengine.Wemanageprofessionalsoftware,computeraideddesignandfiniteelement.Aimforsetupastandardprocessofearlydesigninthedevelopmentofthefrontaccessorydrivesystem.avoidthewasteofprototypeproductandreworkinthetraditionalpractices;reducedevelopmentcycleandcoast。KeyWord:Basicdesign;VehicleNVH;Intensity;Crack;finiteelement;Vibration;modeanalysis1前言發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系為車輛輔助系統(tǒng)提供動(dòng)力,包括發(fā)動(dòng)機(jī)自身冷卻系統(tǒng)—水泵的驅(qū)動(dòng);整車供電系統(tǒng)—發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng);整車空調(diào)系統(tǒng)—空調(diào)壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng);液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)—轉(zhuǎn)向泵的驅(qū)動(dòng);更有發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)應(yīng)用中機(jī)械增壓器—壓氣機(jī)驅(qū)動(dòng)等等,是整車系統(tǒng)中最為重要的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)之一;隨著國(guó)內(nèi)乘用車市場(chǎng)用戶對(duì)車輛的整車舒適性提出的更高要求,安靜、可靠的前端輪系將是我們今后研究的重點(diǎn)。2發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系介紹三菱4G69發(fā)動(dòng)機(jī)排量2.4L,在國(guó)內(nèi)多款車型上搭載;下圖1(a)為三菱4G69型2.4L發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系各驅(qū)動(dòng)附件布置方案,圖1(b)為根據(jù)輸入條件,輸出的最終驅(qū)動(dòng)方案。(如圖1)三菱4G69發(fā)動(dòng)機(jī)前端各驅(qū)動(dòng)附件相關(guān)參數(shù)輸入信息見(jiàn)表1,根據(jù)系統(tǒng)輸入條件,計(jì)算并最終確定輪系各帶輪包角,布置圖1(b)中所示惰輪(6)、張緊輪(7)坐標(biāo)位置,輪徑大小及帶輪類型,最后輸出整個(gè)輪系驅(qū)動(dòng)方案如圖1(b)。3典型案例設(shè)計(jì)實(shí)例本設(shè)計(jì)實(shí)例以三菱4A91S發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系中液壓助力轉(zhuǎn)向泵的驅(qū)動(dòng)方案作為例子,介紹發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系的具體設(shè)計(jì)過(guò)程。3.1設(shè)計(jì)輸入(圖2表2)實(shí)際案例中;圖2為三菱4A91S發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向泵驅(qū)動(dòng)帶輪及被動(dòng)帶輪坐標(biāo),表2為簡(jiǎn)單輪系的基本參數(shù)輸入。3.2方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)輸入給出:曲軸皮帶輪為主動(dòng)輪,驅(qū)動(dòng)唯一的附件轉(zhuǎn)向泵皮帶輪;曲軸皮帶輪與轉(zhuǎn)向泵皮帶輪在發(fā)動(dòng)機(jī)上位置固定,不可調(diào)節(jié),因此需要為系統(tǒng)增加皮帶張緊單元。借助于發(fā)動(dòng)機(jī)輪系驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)軟件Simdrive,將參數(shù)輸入設(shè)計(jì)系統(tǒng),見(jiàn)表3。Simdrive系統(tǒng)根據(jù)輸入信息計(jì)算輸出結(jié)果見(jiàn)圖3以及表4。根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果,選擇皮帶長(zhǎng)度優(yōu)先序列4PK850,皮帶有效長(zhǎng)度850.5mm3.3計(jì)算機(jī)建模計(jì)算機(jī)建模運(yùn)用了CATIA軟件,在整車數(shù)模中,按照發(fā)動(dòng)機(jī)布置空間、張緊輪運(yùn)動(dòng)包絡(luò)等條件建立張緊輪3D模型,見(jiàn)圖43.4計(jì)算機(jī)輔助分析發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中承受動(dòng)載荷以及振動(dòng)影響,首先需要對(duì)張緊輪的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算,以確保張緊輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足皮帶的張緊要求,避免張緊輪斷裂;其次還需對(duì)張緊輪進(jìn)行模態(tài)分析,保證張緊輪的振動(dòng)頻率不與發(fā)動(dòng)機(jī)固有振動(dòng)頻率耦合,避免與發(fā)動(dòng)機(jī)共振。3.4.1強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果選用張緊輪本體材料:鑄鋁YL112,按照材料標(biāo)準(zhǔn)屬性、機(jī)械性能,按照系統(tǒng)計(jì)算張緊輪理論載荷考慮動(dòng)載系數(shù)以及安全系數(shù),輸入張緊輪支架受力大小400N,利用有限元分析軟件ANSYS計(jì)算并得出結(jié)論張緊輪最大應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)力為96MPa,遠(yuǎn)低于本體材料207Mpa的需用應(yīng)力,見(jiàn)圖5。3.4.2模態(tài)分析本文利用Hypermesh軟件劃分網(wǎng)格,按照張緊輪實(shí)際安裝點(diǎn)對(duì)模型進(jìn)行約束見(jiàn)圖6(a);應(yīng)用NXNASTRAN進(jìn)行求解,最終結(jié)果如圖6(b),(c)所示,張緊輪支架一階約束模態(tài)固有頻率794.8Hz,二階約束模態(tài)固有頻率1855Hz,均大于一般性設(shè)計(jì)要求模態(tài)頻率500Hz(發(fā)動(dòng)機(jī)激振頻率),在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行中沒(méi)有共振。(如圖6)4應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系設(shè)計(jì)過(guò)程中,引入標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流程,提高了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)效率;并借助于先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件和CAD、CAE工具,在設(shè)計(jì)初期將工程階段可能出現(xiàn)的問(wèn)題,提前進(jìn)行預(yù)防,降低了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本。參考文獻(xiàn)[1] 吳炎庭,袁衛(wèi)平,內(nèi)燃機(jī)噪聲振動(dòng)與控制,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005(5).[2] 康展權(quán),汽車工程手冊(cè)-設(shè)計(jì)篇,北京:人民交通出版社,2001(5).[3] 陳曉梅,模態(tài)分析在動(dòng)力總成開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用.[