柴油机平衡机构优化设计及性能分析

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3.0 陈辉 2024-11-19 7 4 3.45MB 73 页 15积分
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摘要
直列式四缸柴油机由于外形尺寸小,具有明显的匹配优势,应用越来越广
但是由于其本身结构的特点,该型柴油机中的二级往复惯性力在四个缸中相互
加,引起直列式四缸柴油机的低频振动,对该型柴油机的应用造成不利影响。
该型柴油机上加装二级平衡机构以减小由二级往复惯性力引起的振动,成为直
式四缸柴油机的一个发展趋势。
本文针对 D4114 型直列式四缸柴油机,设计一双轴平衡机构完全平衡二级往
复惯性力,并进行柴油机的动平衡分析及润滑性能分析,研究工作主要包括以
内容:
(1)
力特性,得出柴油机不平衡的往复惯性力、力矩和倾覆力矩等激励载荷。通过设计
一双轴平衡机构完全平衡二级往复惯性力。
(2)运用 ADAMS 软件,建立柴油机曲柄连杆机构的多体动力学仿真实体模型,
进行多刚体动力学仿真,从仿真结果中提取其二级往复惯性力、倾覆力矩、振动加
速度等,进一步分析柴油机的振动情况。
(3)线
流体动力润滑模型,并对模型进行处理。用 MATLAB 软件编制程序,求得弹流润滑
模型的完全数值解,揭示该二级平衡机构润滑系统在各种工况下的油膜压力分
与膜厚形状。
通过上述内容的研究,可以得到一个有效的二级平衡机构,达到降低柴油
振动的目的。本课题的分析研究结果为同类产品以后的研究提供了有力的参考
据和方法。
关键词:柴油机 多体系统动力柄连杆机双轴式平
性流体动力润滑
ABSTRACT
The in-line four-cylinder diesel engine is more and more widely used because of its
compact size and obvious advantage of matching. However, due to its specialty of
machinery, the second order reciprocating inertial force of this kind of engine are added
together in its four cylinders. It induces low frequency vibration of the in-line four-
cylinder diesel engine and brings disadvantageous effect on this kind of engine.
Assembling second order balance mechanism on the engine in order to reduce the
vibration caused by second order reciprocating inertial force is becoming a
developmental tendency.
This paper make the certain for D4114 type four cylinder diesel engine for example
to design a multi-axial balancing mechanism completely balance second inertia force
and carry through active balance analyzing and lubrication properties analyzing. The
research contents are as follows.
1. To attain lopsided cycle inertia force and moment and overturning moment
through the kinematics and dynamics of the engine to analyze the interior vibration
exciting force characteristic of the diesel engine balance case. Through designing a
multi-axial balancing mechanism completely balance second inertia force.
2. To build the shaft multi-rigid body simulating model in ADAMS and attain the
capsizal moment and vibrational acceleration by the simulating result of the multi
rigid body simulating. Further analysis of diesel engine vibration circumstances.
3. The work state of lubrication of the balance mechanism was predigested, and the
steady-state isothermal EHL model in line contacts of the balance mechanism was built.
This model was deal with. The EHL numerical solution calculating program is made up
by using latest numeric analyzing software MATLAB7.0, and by which the pressure
distribution and film thickness distribution of the lubrication system of this balance
mechanism are obtained.
A valid secondary balancing mechanism is obtained through the above content of
study. Meanwhile, it can get to reduce diesel engine vibration purpose. The study of the
analytical result in this dissertation provides a convincing referenced data for the later
research.
Key Word: diesel engine, multi-body system dynamics, crank and
connection rod mechanism, the double-shaft balance, elastic
hydrodynamic lubrication
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摘要
ABSTRACT
.................................................................................................................................I
第一章 .....................................................................................................................1
§1.1 课题的背景及意义...............................................................................................1
§1.2 往复惯性力平衡方式...........................................................................................2
§1.3 二级平衡机构研究现状.......................................................................................4
§1.3.1 国内研究现状分析........................................................................................4
§1.3.2 国外研究现状分析........................................................................................5
§1.4 发展趋势...............................................................................................................6
§1.5 本课题主要研究内容...........................................................................................9
第二章 柴油机平衡机构技术研究................................................................................10
§2.1 直列式四缸柴油机振动分析.............................................................................10
§2.1.1 直列式四缸柴油机中作用力系的基本力源分析......................................10
§2.1.2 直列式四缸柴油机激振力特点及平衡方式..............................................14
§2.2 二级平衡机构设计原理.....................................................................................16
§2.2.1 D4114 型柴油机二阶惯性力的平衡以及平衡块质量矩的确定...............17
§2.2.2 D4114 型柴油机惯性力矩的平衡...............................................................19
§2.2.3 D4114 型柴油机气体力矩的平衡...............................................................20
§2.2.4 多种工况下平衡机构布置方式的分析......................................................22
§2.2.5 D4114 型柴油机平衡机构布置方式的分析...............................................25
§2.3 D4114 直列式四缸柴油机总体方案设计及分析..............................................30
§2.3.1 平衡轴尺寸的确定......................................................................................30
§2.3.2 平衡块尺寸的确定......................................................................................31
§2.3.3 滑动轴承的计算..........................................................................................33
§2.4 本章小结.............................................................................................................35
第三章 曲柄连杆机构动力学仿真分析........................................................................36
§3.1 多刚体系统动力学分析基.............................................................................36
§3.1.1 多刚体系统动力学建模原理......................................................................36
§3.1.2 ADAMS 多刚体系统动力学方程...............................................................36
§3.2 D4114 型柴油机多刚体系统动力学仿真..........................................................37
§3.2.1 柴油机曲柄连杆机构实体模型的建立......................................................37
§3.2.2 仿真结果分析..............................................................................................40
§3.3 本章小结.............................................................................................................42
第四章 二级平衡机构润滑系统分析............................................................................43
§4.1 平衡机构润滑系统弹性流体动力润滑模型的建立.........................................43
§4.1.1 基本......................................................................................................43
§4.1.2 基本方程......................................................................................................44
§4.1.3 基本方程的..................................................................................47
§4.1.4 基本方程的离散......................................................................................48
§4.1.5 边界条......................................................................................................49
§4.1.6 计算流程与收敛准则..................................................................................50
§4.2 二级平衡机构润滑系统性能分析.....................................................................51
§4.2.1 弹流油膜的型特..................................................................................51
§4.2.2 二级平衡机构润滑系统不同速下的计算结果及分析..........................52
§4.2.3 轴承间隙对润滑性能的影响......................................................................56
§4.3 本章小结.............................................................................................................57
试验设计............................................................................................................59
§5.1 二级平衡机构减振试验.....................................................................................59
§5.2 油膜厚度试验.....................................................................................................61
§5.3 本章小结.............................................................................................................63
结论与展........................................................................................................64
.................................................................................................................................65
参考文.........................................................................................................................71
第一章 绪论
第一章
§1.1 课题的背景及意义
近年汽车业飞速发展,伴随而来的是对环保问题的关噪声问
是其中的点。发动机振动产噪声汽车噪声污染要源头之一,有关
降低发动机振动的技术到越来越多的关[1]
般汽车发动机产的振动和噪声污染,主要危害如下:
1影响发动机的工作情况,破坏发动机的机结构,降低发动机的使
寿命,可性降低。
2振动耗费能量,加了发动机的能源消耗经济性降低。
3振动产噪声会影响汽车他零部件的正常工作,破坏整车的工作
性能。在进行汽车检测时还会影响检测灵敏度。
4振动噪声会影响驾驶员驾驶环境事故率全性降低。
因此,加对发动机减振技术的研究力度,进设计型低振动性能的发动
成为现今汽车发展的新需求,各产部、研发机构都已大投入,
重视
今汽车发动机的种类多,用的汽车发动机有直列式四缸发动机、直列
缸发动机、V缸发动机、V缸发动机等。其中,直列式四缸柴油机具有
小,对装尺寸要求低,制造成本低,低速矩特性较好燃料消耗
较少等特点,在领域应用广泛。例如大型机械领域客车领域通级轿
车领域[2]外,对现有的直列式缸发动机进行进,以满足新需求和
市场新竞争形势,产直列式四缸柴油机不为一种方法,新思路。可以
,直列式四缸柴油机必将得到越来越广泛的应用。
直列式四缸柴油机的振动情况与其它常用发动机(如六缸发动机比较大
其中二级往复惯性力是主要激振力源,该激振力是使得发动机产振动及噪声
主要原。要降低缸发动机的振动情况,仅仅依靠对发动机身的设计
满足平衡件。但直列式四缸柴油机的结构特点使一的身设计不能满足
衡要求,要进行进设计。目国内外的主要方法是装置二级平衡机构,
来减轻或消除这题。装置二级平衡机构后的直列式四缸柴油机减振效果
较好已商业产。1-1为直列式四缸发动机与缸机的往复惯性力的
比较。从中可以出,直列式四缸发动机的往复惯性力的比六缸机的往
复惯性力的量要大很多,其是二级往复惯性力和四级往复惯性力,
明显。
1-1 直列式四缸发动机与缸机的往复惯性力的比较
一级 二级 三级 四级 备注
直列四缸机 0 4 0 0.088 火顺1-3-4-2
1
柴油机平衡机构优化设计及性能分析
直列缸机 0000 火顺1-5-3-6-2-4
本文研究的柴油机平衡机构是针对上柴油机股份限公司D4114直列式
四缸柴油机二级平衡机构。D4114型柴油机是在D6114系列柴油机的基上进行
进设计,最终研发成的,广泛适用于中型载货汽车中型客车领域D4114
柴油机的性能指标先进、动力性强劲振动及噪声小、低、结构精巧
全性和可性提升较大[3]对激市场竞争进直列四缸柴油机的振动及
噪声情况是提产品竞争力的有效方法一,因此需要加D4114型柴油机二
级平衡机构的发力度。1-2D4114型柴油机的基本参数[4]
1-2 D4114 型柴油机的基本参数
数据 目 数据
气缸直D 114mm 曲柄半径 R 65mm
活塞行程 S 130mm 连杆L 216mm
消耗率 Gmin 204 功率 Ne 132kw
2266r/min 缩比 ε 17.8
排放标准 EURO储备系数 1.20
活塞组质量 2.839kg 邻两曲柄间距离 134mm
连杆小质量 0.852kg 火顺1-3-4-2
连杆大头质量 2.473kg 柴油机总776.7kg
§1.2 往复惯性力平衡方式
关于发动机往复惯性力的平衡,主要有以下种平衡方式:
1平衡块平衡机构
平衡块平衡机构在发动机端安偏心轮束,平衡块对布置,以两倍
发动机曲轴旋转个平衡块的运相同,与曲轴的旋转,以
实现对二级往复惯性力的平衡。1-1示为平衡块平衡机构的简
2
摘要:

摘要直列式四缸柴油机由于外形尺寸小,具有明显的匹配优势,应用越来越广泛。但是由于其本身结构的特点,该型柴油机中的二级往复惯性力在四个缸中相互叠加,引起直列式四缸柴油机的低频振动,对该型柴油机的应用造成不利影响。在该型柴油机上加装二级平衡机构以减小由二级往复惯性力引起的振动,成为直列式四缸柴油机的一个发展趋势。本文针对D4114型直列式四缸柴油机,设计一双轴平衡机构完全平衡二级往复惯性力,并进行柴油机的动平衡分析及润滑性能分析,研究工作主要包括以下内容:(1)基于对发动机运动学和动力学的分析,深入了解柴油机的内部振动激励力特性,得出柴油机不平衡的往复惯性力、力矩和倾覆力矩等激励载荷。通过设计一双...

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