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《基于ADAMS_Vibration的曲轴受迫振动分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、河北科技师范学院学报第25卷第2期,2011年6月JournalofHebeiNormalUniversityofScience&TechnologyVo.l25No.2Jun,2011基于ADAMS/Vibration的曲轴受迫振动分析马淑英,陈立东,刘荣昌,陈建伟(河北科技师范学院机电工程学院,河北秦皇岛,066600)摘要:在对刚柔耦合曲轴系模型建立的基础上,给出了曲轴受迫振动的分析方法,利用Adams/Vibration软件对给定载荷条件下的曲轴扭转振动进行了动态仿真,仿真计算结果表明,在曲轴圆角处的位移和速度有一突变,说明
2、在圆角处易产生变形,与实际相符。关键词:曲轴;ADAMS;振动分析;振动模型中图分类号:TK422文献标志码:A文章编号:1672-7983(2011)02-0050-06曲轴系统作为发动机上主要的运动部件,它的性能优劣直接关系到发动机乃至整车的性能、可靠性和寿命。曲轴系的振动是引发内燃机振动的主要因素。曲轴上作用有大小、方向周期性变化的切向和[1]法向作用力,故曲轴会产生扭转振动。由于曲轴较长,扭转刚度较小,且曲轴系的转动惯量较大,故曲轴扭转振动频率较低,在发动机工作转速范围内容易产生共振,从而引起较大噪声、加剧其它零件
3、的磨损,甚至导致曲轴折断。曲轴的振动本质上是三维形式的振动,不仅扭转振动是人们研究的主要内容[2]之一,弯曲振动、纵向振动也成为研究的重要内容。因此,开展轴系多维振动的机理与控制方法的研究既有较高的学术价值,又有明确的工程应用意义。1曲轴的振动分析方法由于曲轴的结构和受力情况都比较复杂,在计算曲轴轴系的振动特性时,一般都要将轴系简化为比较简单的力学模型,以便于求解。早期的曲轴振动研究主要采用离散化方法,并将曲轴振动作为纯扭转振动处理。目前,多采用Holzer法、传递矩阵法、有限元法、弹性波法、模态分析法等曲轴振动分析方法,其中传递矩
4、阵法因计算方便快速应用最广,有限元法因计算精度高而受人青睐,弹性波传播法兼具[3]上述两种方法的特点,开始被引入曲轴振动计算。2ADAMS软件简介ADAMS软件是美国MDI公司(MechanicalDynamicsInc.)开发的虚拟样机分析软件,它由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真,而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真[4]分析。3曲轴系受迫振动分析3.1刚柔耦合曲轴系模型的建立多柔体系统不同于刚体系统,当多柔体系
5、统中体的弹性不可忽略时,在多体系统的建模和分析当中[5]必须将体的柔性变形考虑进来,考虑部件柔性的多体系统称为柔性多体系统。多柔体系统动力学是多学科交叉发展的产物,所研究的问题包括了宏观世界机械运动的主要问题,研究可变形体和刚体组成[6]的系统在经历大范围空间运动时的动力学行为。多柔体系统动力学不仅考虑将系统中子部件有些抽象为刚体,计算铰接处的弹性和阻尼,而且考虑部件的变形,它相比多刚体动力学更侧重于研究部件的变形与运动的相互耦合作用所产生的动力学效应。柔体模型的建立方法主要有离散化方法和模态集基金项目:河北省教育厅自然科学研究计划项
6、目(项目编号:2008152)。收稿日期:2010-12-10;修改稿收到日期:2011-03-062期马淑英等基于ADAMS/Vibration的曲轴受迫振动分析51成法。3.1.1模态集成法模态集成法的基本原理是将柔性体视为有限元模型的节点的集合,相对于局部坐[7]标系有小的线性变形,而此局部坐标系做大的非线性整体平动和转动。每个节点的线性局部运动近似为模态振型或模态振型向量的线性叠加。如果局部坐标系的位置用它在惯性参考系中的笛卡尔坐标TX=(x,y,z)和反映方位的欧拉角=(,,)来表示,模态坐标用
7、q={q1,q2qm}(m为模态坐标数)来表示,则柔性体的广义坐标可选为:xyxz==qqj=1,m式中,x,y和z是局部坐标系相对于整体坐标系的空间位置;,和是局部坐标系相对于整体坐标系原点的欧拉角;qj是第m阶模态振幅的振型分量。柔性体第i个节点的空间位置矢量确定为:ri=X+A(si+iq)(1)式中,X表示局部坐标系在惯性坐标中的空间位置矢量;A表示局部坐标系相对于惯性坐标系原点的方向余弦矩阵;si表示第i个节点未变形前在局部坐标系的空间位置矢量;i表示第i个节点的移动自由度的模态矩阵子块;q表示模态振
8、幅向量。将式(1)对时间求导,得到第i个节点的速度为:~~~~vi=X-A(s+iq)+Aiq=[E-A(s+iq)B+Ai](2)式中,表示局部坐标系的角速度向量;B表示将欧拉角对时间求一阶导数变为
