发动机曲轴模锻件动平衡性能研究

【摘要】曲轴是汽车发动机的重要零件，其运动方式为回转运动。发动机曲轴的回转中心线与质量中心线出现偏差时，曲轴的惯性合力和惯性合力矩不为零，导致曲轴的动不平衡。当曲轴的动不平衡量超过许用值时，旋转的曲轴会产生机械振动和噪音，这将加重轴承的磨损，缩短曲轴寿命，降低曲轴的终平衡率。本文以直列四缸曲轴为主要研宄对象，对其动平衡性能进行计算、分析和优化。首先，分析了直列四缸曲轴的静平衡和动平衡；其次，针对目前曲轴动平衡精确计算的难以实现的问题，编译了双面动平衡算法，并开发了一个曲轴动平衡计算软件，该软件不仅计算精度高，还便于普通工程人员进行操作。该软件的工作原理是：在UGNX建模环境下沿着曲轴回转中心线对曲轴实体自动进行有限次等距离分割，并生成包含有曲轴每个切片的质量、回转中心等运动特性的数据文件，利用Matlab软件编写的相关程序提取该数据文件，继而根据转子双面动平衡原理对数据文件进行编译并计算获得曲轴的动不平衡量。为了对计算结果的精度进行进一步的检验，本文利用商业软件Solidworks的Simulation功能模块计算了曲轴的动不平衡量，本研宄开发的曲轴动平衡计算结果、SolidworksSimulation软件计算结果与实际计算结果较好吻合，可应用于工程实际。最后，禾M商业软件DEF0RM-3D模拟了曲轴热锻过程中模具的磨损，分析结果表明：曲轴锻模连杆轴颈内外圆角部位的磨损对曲轴动平衡的影响较为显著。通过改进曲轴平衡块的几何参数，对曲轴动平衡性能进行了优化。本研宄结合使用了模具CAD/CAE技术：基于双面动平衡算法开发了一个曲轴动平衡计算软件，基于刚黏塑性有限元原理分析模具磨损对曲轴动平衡的影响，不仅能够精确计算曲轴的动平衡，还能够高效地改善曲轴动平衡性能，这为曲轴锻件动平衡的研宄提供了重要参考，并为实际生产带来帮助。
【作者】张报建；
【导师】李名尧；刘淑梅；
【作者基本信息】上海工程技术大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】发动机曲轴；双面动平衡原理；UG二次开发；Matlab软件；模具磨损；动平衡优化；

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