汽油发动机正时齿形链系统振动噪声特性研究

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齿形链传动作为发动机正时系统配气机构中较为常见的一种传动方式,因其具备传动效率高、承载能力强等诸多优点,而被广泛地应用到发动机领域。本文是在吉林省科技发展计划重点研发项目“乘用车混合动力用发动机正时链系统关键技术研究(No.20200401136GX)”以及国家自然科学基金项目“齿形链的变异机理及其关键设计技术(No.51775222)”的共同支持下完成的。本文对正时齿形链系统进行了参数设计并建立其仿真模型,通过一系列的仿真对比分析发现该正时齿形链系统设计合理,满足实际工作的需求。同时本论文为正时系统减振降噪的进一步研究提供了一定的参考,具体研究内容如下:本文根据主机厂提供的正时系统位置坐标以及空间大小,完成了正时齿形链系统的整体布局设计。之后分别对系统的各个结构部件:链板、链轮、张紧导轨以及固定导轨等进行了参数设计,完成了系统的总体设计。论文在Catia中建立了系统的几何模型,然后通过施加运动学约束、驱动约束以及其他初始条件,在动力学分析软件Recur Dyn中建立其物理模型。最后在三种不同的转速下,选取了运行轨迹、传动比以及角速度等动态特性参数进行对比分析,结果表明本文所设计的发动机正时齿形链传动系统运行平稳,符合实际的工况要求。本文通过Ansys Workbench建立正时齿形链传动系统的有限元模型,研究所设计的正时系统的振动特性。通过对整个系统进行静力学分析,发现系统的最大应力和最大变形都符合材料强度、刚度要求;在有预应力的模态分析下,获得了正时齿形链系统的模态振型以及对应的固有频率,模态分析结果表明系统的振动多发生在曲轴链轮靠近张紧器一侧以及两个凸轮轴链轮的跨距阶段;将动力学仿真分析中提取到的链板与链轮接触力作为激励力添加到系统的频率响应分析中,谐响应分析结果表明系统容易发生共振的位置出现在720Hz处。本文通过声辐射分析软件Virtual.Lab Acoustics建立正时齿形链传动系统的声辐射仿真模型,研究正时系统的噪声特性。仿真计算结果中声压频率响应函数曲线表明系统噪声的主要发生频率为720Hz,通过提取该频率下正时齿形链系统的声压分布云图可以看出系统噪声主要分布在曲轴链轮靠近张紧器一侧以及两个凸轮轴链轮的跨距阶段,与有限元仿真分析中振动主要发生位置基本一致,验证了本文正时系统噪声分析的准确性。综上所述,本文对正时齿形链传动系统模型进行了多体动力学仿真分析以及振动噪声特性研究,为后续正时齿形链系统的优化设计以及发动机正时系统的NVH研究奠定了一定的基础。
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