汽油发动机正时齿形链疲劳分析及试验研究

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1、汽油发动机正时齿形链疲劳分析及试验研究FatigueAnalysisandExperimentalStudyofTimingSilentChainforGasolineEngine作者姓名：李鑫宇专业名称：机械设计及理论导师姓名：冯增铭副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月29号摘要汽油发动机正时齿形链疲劳分析及试验研究近年来，随着汽车主机厂家汽油发动机NVH性能要求的不断提高，齿形链越来越被广泛的应用到发动机正时传动系统领域。在设计正时齿形链之初，除了要满足传统的静强度外，链条的疲劳性能已成为评价正时系统可靠性指标的关键因素之一，以往链条企业里大多是

2、运用直线疲劳试验来预测正时链条的强度及寿命，这种传动的试验方法往往试验周期长，所费成本高。为了准确、快速实现正时齿形链正向开发的疲劳特性分析与评估，论文依托吉林省重大科技专项“现代汽油发动机正时齿形链系统开发关键技术研究”，针对某款汽油发动机正时齿形链链条，采用CAE的方法对其进行了疲劳可靠性分析及试验研究。论文的研究成果对于提高我国汽油发动机正时齿形链系统开发的工作效率和可靠性具有重要的理论意义和参考价值。论文首先详细地介绍了疲劳破坏相关理论，包括高周疲劳与低周疲劳的区别、材料疲劳特性曲线、材料疲劳极限图以及安全系数等，同时阐述了链条可靠性评估的方法以及齿形链

3、的失效机理，从而能够了解评价结构疲劳性能的理论依据。论文根据项目提供的汽油发动机规格参数以及对该正时系统的疲劳寿命所提出的要求，运用CAE分析方法对正时齿形链链条进行直线疲劳分析。主要的疲劳分析流程需要从传统的静力学分析开始，验证链条结构在实际工况的载荷作用下是否满足静强度，利用有限元软件ANSYS分析正时链条的应力分布情况，找出所受最大应力的薄弱构件，这里的关键部件为内链节的工作链板，根据链板的结构尺寸推导出所受最大应力链板的静强度理论计算公式，计算结果显示与有限元分析结果一致，说明了有限元分析结果是准确可靠的。在链条结构满足传统静强度设计要求的基础上，利用多

4、体动力学软件RecurDyn将关键部件工作链板转变成柔性体，与其它刚体构件建立刚柔耦合关系，并施加边界条件，设置系统参数，继而对整段链条结构进行刚柔耦合动力学分析，探究在动载荷作用下链条各个构件所受的应力随时间变化的情况，提取所受最大应力的链板的应力变化曲I线，并且导出所受最大应力链板的柔性体。将刚柔耦合分析所得出的有限元文件以及应力数据文件导入到疲劳分析软件FEMFAT中的ChannelMax模块，输入链板的材料特性曲线，这里包括未经表面处理的链板和热处理后的链板，然后设置系统参数，分析对比这两种链板应力集中处的疲劳强度和寿命。在疲劳分析结果中主要是从构件的S

5、-N曲线、疲劳安全系数以及疲劳损伤云纹图来对正时齿形链的疲劳强度、使用寿命以及可靠性等进行虚拟评估，结果显示经热处理后链板7的疲劳寿命达到了1.13×10，与企业的直线疲劳试验测试的数据结果相符，因此验证了CAE疲劳分析方法的可靠性。论文的研究成果为现代汽油发动机正时齿形链的疲劳强度及寿命的预测提供了准确可靠的分析方法，从而达到了对于正时齿形链正向设计的目的。该CAE研究方法不仅可以应用于链传动生产企业，也可应用到其它机械行业领域中，有助于提高我国现代汽油发动机正时齿形链系统的疲劳强度，加快正时齿形链系统开发的速度，从而达到了减少试验时间和试验成本的目的。关键词

6、：正时齿形链，有限元，刚柔耦合动力学，疲劳分析，疲劳试验IIAbstractFatigueAnalysisandExperimentalStudyofTimingSilentChainforGasolineEngineNowadays,silentchainiswidelyusedinthetimingchainsystemofautomobileenginewiththeincreasingdemandofNVHperformance.Atthebeginningofdesigningthesilentchainoftimingsystem,thestruct

7、ureneedtomeetthestaticstrength,butmoreimportantlythefatigueperformanceofsilentchainhasbecomeoneofkeyfactorstoevaluatethereliabilityofthetimingsystem,sothefatiguetestisusuallyusedtopredictthestrengthandlifeofthesilentchaininthedomesticenterprises，whichwillleadtolongtestcycleandhighcos

8、t.Inordertoe