凸轮轴动力学及多轴疲劳分析研究.pdf

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1、弟3l雹弟l朋2010年2月冈燃矶上程ChineseInternalCombustionEngineEngineeringVOI．31No．1February．2010文章编号：1000--0925(2010)01一0104一04凸轮轴动力学及多轴疲劳分析研究王远1，张家玺1，朱会田1，谷叶水2(1．蚌埠汽车管理学院，蚌埠233011；2．奇瑞发动机工程研究二院，芜湖241009)StudyonDynamicsandMulti—AxleFatigueAnalysisofCamshaft310023WANGYuan

2、l，ZHANGJia—xil，ZHUHui—tianl，GUYe-shui2(1．BengbuInstituteofAutomobileManagement，Bengbu230011，China；2．TheSecondEngineEngineeringInstituteofCheryAutomobileCompanyLtd．，Wuhu241009，China)Abstract：Byestablishingaone-dimensionaldynamicssimulationmodelofvalvetrain。the

3、dynamicloadsoncamshaftwerecalculated．Basedontheone-dimensionalsimulationresults，athree-dimensionaltransientdynamicsanalysiswascarriedoutbyusingFEA．Andthestresscourseduringcamshaftrunningwascalculatedandthecamshaftstrengthwasevaluated．Thefatiguestrengthwascomp

4、utedbyusingFEM—FATtopredictfatiguecharacteristicofthecamshaft．ThismethodcanbeusedtOconfirmthedesignschemeofcamshaftandtoprovideareferenceforselectingcamshaftmaterial．0概述摘要：通过建立配气机构一维动力学系统仿真模型，获得发动机运行过程中凸轮轴承受的动态栽荷；将一维动力学仿真结果作为有限元分析的输入负载，对凸轮轴进行三维瞬态动力学分析，计算凸轮轴运转

5、过程中的应力时间历程并进行强度评价；以三维瞬态有限元分析结果作为疲劳分析的输入，预测凸轮轴的疲劳特性。实践证明，该方法能有效地校核凸轮轴设计方案。并为凸轮轴选材提供参考。关键词：内燃机；发动机；凸轮轴；动力学；有限元分析；疲劳分析Keywords：ICengine；engine；camshaft；dynamics；FEA；fatigueanalysis中图分类号：TK403文献标识码：A发动机运行过程中凸轮轴承受的载荷主要为气门和相关附件的阻力矩、气门弹簧的反作用力以及气门的动态冲击力等。这些复杂的周期载荷很难用

6、试验的方法获得，当前广泛采用的方法是一维动力学仿真[1]。然而，一维动力学仿真无法获得结构应力分布，从而无法对凸轮轴的强度进行评价，为此，需借助三维有限元分析来预测凸轮轴的强度。此外，对承受周期性动态载荷的凸轮轴来说，疲劳破坏是最为重要的破坏形式之一，需引起足够的重视。本文通过建立某发动机配气机构动力学仿真模型，计算各凸轮承受的作用力和力矩信息，并将计算结果作为动态载荷，对凸轮轴进行三维瞬态有限元强度分析，以瞬态应力历程对凸轮轴进行强度评价。最后，以有限元分析结果作为输入，对凸轮轴进行多轴疲劳分析，评价其疲劳特性

7、。实践证明，该方法能有效地校核凸轮轴设计方案并为凸轮轴选材提供参考。l数学模型1．1动力学系统模型根据动力学系统建模理论‘23可知，对空间多自由度时不变系统，其动力学方程可用二阶常微分方收稿日期：2008-09。17作者简介；王远(1975一)，男，硕士，主要研究方向为发动机结构强度及疲劳分析，E-mall：yuan_feifei@163．calm。2010年第1期内燃机工程·105·程来表示：磁(￡)+&(f)+jDx(￡)+Kx(￡)=，(￡)(1)式中，M为质量矩阵、实对角矩阵(集中质量法)、实对称矩阵(一

8、致质量法)；z(f)为位移向量，z(￡)∈R”；C为黏性阻尼矩阵、实对称正定矩阵(稳定系统)、比例阻尼，c=洲+压；J=厅；D为结构阻尼矩阵、实对称矩阵；K为刚度矩阵、实对称矩阵(无刚体自由度)、实对称半正定矩阵(有刚体自由度)；，(￡)为激励力向量。对于一维动力学仿真，其基本思路是将各零部件等效成集中质量、弹簧和阻尼系统所组成的式(1)动力学方程并求解，最后获得各质点的