Excite_Timing_Drive_基础培训－配气正时系统动力学计算

A D V A N C E D S I M U L A T I O N T E C H N O L O G I E S 基础培训基础培训基础培训基础培训 配气正时系统配气正时系统配气正时系统配气正时系统 动力学计算动力学计算动力学计算动力学计算 2 凸轮型线的设计和修改凸轮型线的设计和修改凸轮型线的设计和修改凸轮型线的设计和修改 运动学校核运动学校核运动学校核运动学校核 SVT动力学 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 动力学分析动力学分析动力学分析 no yesOk? 结构参数优化结构参数优化结构参数优化结构参数优化 Ok? no yes 阀系结构分析 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 一阀系结构分析流程一阀系结构分析流程一阀系结构分析流程一: Single Valve Train (SVT) 模型模型模型模型: 应用单质量或双质量模型应用单质量或双质量模型应用单质量或双质量模型应用单质量或双质量模型 输入总的刚度输入总的刚度输入总的刚度输入总的刚度,阻尼和质量阻尼和质量阻尼和质量阻尼和质量 等属性等属性等属性等属性 目标目标目标目标: 满足热力学性能的要求满足热力学性能的要求满足热力学性能的要求满足热力学性能的要求 边界条件边界条件边界条件边界条件: 产品的耐久性产品的耐久性产品的耐久性产品的耐久性, 疲劳疲劳疲劳疲劳 动力学限制动力学限制动力学限制动力学限制 (受力受力受力受力, 速度速度速度速度),耐久性耐久性耐久性耐久性,疲劳和噪声疲劳和噪声疲劳和噪声疲劳和噪声 应用多体动力学模型输入各个质点的应用多体动力学模型输入各个质点的应用多体动力学模型输入各个质点的应用多体动力学模型输入各个质点的 质量质量质量质量 ,刚度刚度刚度刚度,阻尼和摩擦系数等属性阻尼和摩擦系数等属性阻尼和摩擦系数等属性阻尼和摩擦系数等属性 动力学性能校核动力学性能校核动力学性能校核动力学性能校核 计算时间计算时间计算时间计算时间: Seconds 1 - 2 min per Engine Speed 3 阀系结构分析流程阀系结构分析流程阀系结构分析流程阀系结构分析流程2: All SVTs+Camshafts+Drive 模型模型模型模型: g 上一流程中的上一流程中的上一流程中的上一流程中的SVT模型模型模型模型 g 轴模型轴模型轴模型轴模型 g 简单的皮带链条模型简单的皮带链条模型简单的皮带链条模型简单的皮带链条模型 (纵向特性纵向特性纵向特性纵向特性) g 详细的皮带链条张紧单元详细的皮带链条张紧单元详细的皮带链条张紧单元详细的皮带链条张紧单元 目标目标目标目标: 边界条件边界条件边界条件边界条件: g 动力学评价动力学评价动力学评价动力学评价 (包括子系统的相互作用包括子系统的相互作用包括子系统的相互作用包括子系统的相互作用) g 校核设计变量校核设计变量校核设计变量校核设计变量 g 为为为为EXCITE的的的的NVH分析获得边界条件分析获得边界条件分析获得边界条件分析获得边界条件 g 动力学要求的限制动力学要求的限制动力学要求的限制动力学要求的限制 (包括受力和运动包括受力和运动包括受力和运动包括受力和运动) 计算时间计算时间计算时间计算时间: g 3h for total Speed Range (15 Speeds) All SVTs+Camshafts+Drive动力学分析动力学分析动力学分析动力学分析 Ok? 结构修正结构修正结构修正结构修正 no yes 4 详细的皮带链条模详细的皮带链条模详细的皮带链条模详细的皮带链条模 型动力学分析型动力学分析型动力学分析型动力学分析 阀系结构分析流程阀系结构分析流程阀系结构分析流程阀系结构分析流程3: Detailed Chain/Belt Drive Ok? 单元结构修正单元结构修正单元结构修正单元结构修正 no yes 张紧器的调整张紧器的调整张紧器的调整张紧器的调整 g 上一流程的模型上一流程的模型上一流程的模型上一流程的模型 g 详细的皮带链条模型详细的皮带链条模型详细的皮带链条模型详细的皮带链条模型(离散模型离散模型离散模型离散模型) g 详细的张紧器结构详细的张紧器结构详细的张紧器结构详细的张紧器结构 (以实验测量为准以实验测量为准以实验测量为准以实验测量为准) g 动力学受力和运动的评价动力学受力和运动的评价动力学受力和运动的评价动力学受力和运动的评价 模型模型模型模型: 目标目标目标目标: 边界条件边界条件边界条件边界条件: g 动力学评价动力学评价动力学评价动力学评价 (包括高阶效应的影响包括高阶效应的影响包括高阶效应的影响包括高阶效应的影响) g 为为为为 EXCITE的的的的NVH分析提供边界条件分析提供边界条件分析提供边界条件分析提供边界条件 计算时间计算时间计算时间计算时间: g 2 - 3h per Engine Speed for one Chain/Belt Revolution, preferably at Resonance Areas 5 例：三缸发动机-双气门,共用一凸轮轴 建议从发动机前端开始建模，凸轮轴为正向旋转 正时驱动系 凸轮轴 凸轮轴承 凸轮轴驱动 摇臂排气单阀系 相位 平面挺柱进气单阀系 简易皮带 x z 前端 后端 一拐朝上 6 � 调入进/排气单阀系模块,并复制Multiply SVT’s according to the number of valves � 建立凸轮轴,定义轴段数据 Preparing camshaft � 确定各缸配气相位(发火顺序) Determine connection geometry between valve train and camshaft. Determine timing data (consideration of intake/exhaust-shift and firing order) � 建立皮带/链条驱动模块 � 合并成整个正时驱动系 � 施加驱动和外载 � Simulation和和和和Result Control,进行计算 建模步骤 Application Steps 建模 Create Model � 全局坐标系:右手定则－ x旋转轴，顺时针旋转(正)，z轴垂直向上 Define global coordinate system: x-axis is the rotation axis � 初始条件:曲轴第一拐朝上(燃烧上死点)时,确定第一缸凸轮配气相位 � 建立并分析进/排气单阀系模型(以第一缸相位为准),存为用户模块,或直接拷 贝 Preparing a module of Single Valve Train intake(flat tappet) 7 轴段及其连接 � 凸轮段、轴承段、轴段：分别用SHAF � 皮带轮轴段/链轮轴段：用SHPU � 各段为一集中质量点，有6个自由度(质量和惯量) � 可根据x轴向位置，将本轴段与前轴段相连，考虑: �Y和Z向弯曲 bending in y- and z-direction �X向扭转 torsion in x-direction �X向拉伸/压缩 tension/compression in x-direction � 可以考虑弯曲和扭转振动Torsional and bending vibrations are considered. � 连接特性填在本轴段中(橙色箭头所指) 凸轮轴SHAF+SHPU 轴承段 凸轮段 轴段 凸轮段 轴承段 径向轴承 推力轴承 旋转驱动 驱动轴 发火顺序 轴承 轴承 凸轮 凸轮 轴段 8 凸轮轴SHAF+SHPU 质量和惯量：本轴段 x z 上死点 COG da l di x z y ρpi lDIxx 4 32 = 本轴段惯量(实心) ρpi llDDIyy ) 4 3( 48 22 2 += 本 段 本轴与前轴段连接：填 在本轴段模块中 一般不用 本轴与前轴间 本轴段 带轮有效半径 定常摩擦力矩,常不考虑 速度相关摩擦系数,常不考虑 正:绕x轴顺时针 皮带特性 无汉字 � 所有运动件绕x轴惯量 所有运动件绕y或z轴惯量 本 段 前 段 包括所有该 轴段处的质量，如轮盘质量 9 �若柴油机凸轮质心偏心较大,需考虑凸轮质 心偏心产生的离心力影响 The consideration of the eccentricity causes an additional centrifugal force acting of rigid body. �全局坐标下(y-z坐标系第一曲拐朝上),凸轮 质心位置Give cam COG refering to global coordinate �建议：用3D模型直接获得精确值 �估算：带凸轮的SHAF单元, 偏出基圆的面 积造成的偏心量为 At SHAF with a cam, eccentricity due to area above base circle cylinder can be considered by: 其中: b-基圆半径 a-基圆半径+最大升程 pi − ⋅= ba 3 4 c* 凸轮质心的偏心量 Small Eccentricities c* 可选:考虑凸轮质心 凸轮轴SHAF 10 �各轴段阻尼:整轴由n段组成(串连)，则每轴 段的相对阻尼为:Shaft Damping: for n pieces of shaft, the relative damping of one SHAF/SHPU:(series-connection) 其中:D为整个轴材料相对阻尼，可取D=0.01 Entire shaft relative damping D = 1% �等效截面积Equivalent area: 若为锥形轴，分成多段， 分别取平均半径和质心间距 ��等效截面2阶截面矩(绕y,z抗弯2阶截面矩,绕 x抗扭2阶截面矩) Equivalent 2nd degree moment of area:(around x and bending axis ): 其中:实心/空心圆柱2阶截面矩2nd degree Moment of area �绕y和z轴(抗弯�) 绕x轴(抗扭�) around y,z-axis (bending): around x-axis (rotation): 2 2 1 1 21 A l A l llAequ + + = 2 2 1 1 21 xx x I l I l llI + + = ( ) 32 44 ia x ddI −⋅= pi( ) 64 44 ia zy ddII −⋅== pi 考虑弯曲和扭转刚度 Beam Connection COG 1 x y z COG 2 Predecessor 前轴段 Actual 本轴段 l1 l2 l 质心 质心 质心间距 A1=A1=pipipipipipipipidd22/4/4 横截面积横截面积 A2A2 横截面积横截面积 � 凸轮轴SHAF+SHPU 每段轴相对阻尼 剪切面积率,实心0.9 � � � � � � 弹性模量E 剪切模量G=E/2(1+v), v泊松比 DnD Shaf ⋅= 11 连接扭转刚度：考虑带轮与轴间 的连接形式、连接表面质量等。 Depending on the type of joint between pulley and shaft reduce torsional stiffness between SHAF-elements 抗扭2阶截面矩约缩小为reduction rates for 2nd degree moment of area : 螺钉连接40%Screw connection 螺栓连接50% Form-fitting connection 锥形连接70-80% Conical connection 压力装配80-90% Force fit connection 弯曲特性：受连接方式的影响较 小For cross sectional area and 2nd degree moment of area for bending, the influence of connection is small. �皮带轮与轴 间的连接 Connection between Pulley and Shaft COG da l di x z y �剪切面积率 Shear Area Ratio 3.0=ν 887.0=SAr ..........剪切面积比 Shear Area Ratio .............波松比 Poisson Number (Steel: 0.3) .............轴内径 Shaft Inner Diameter .............轴外径 Shaft Outer Diameter 实心轴 For Solid Shafts with: ( ) ( ) ( ) 222 22 1220167 116       ⋅⋅++               +⋅⋅+               +⋅+⋅ = a i a i a i SA d d d d d d r νν ν SAr ν id ad � 凸轮轴SHAF+SHPU 12 � 凸轮型线数据�：来自于CAM Design (或图纸)，必须0～360CAMdeg �CAM Design中可知，该凸轮型线产生的计 算气门最大升程点位置 �实际气门与计算气门最大升程点的相位差 δ�(超前为正) 第一缸凸轮配气相位 凸轮型线数据 � 相位单元Connection Shaft-Valvetrain 超前 +Crankdeg Crankdeg 落后 -Crankdeg 计算气门曲线实际排气门升程 实际进气门升程 +δ -δ 燃烧上止点(FTDC)====0 CAMdeg 换气上止点(ETDC)====180 CAMdeg CrankAngle � 进 13 例:进气门相位(发火顺序1-2-3) Firing Order for Intakes 配气相位：实际气门比计算气门落后(负)140CAMdeg，故凸轮数据 向后偏移 -140CAMdeg calculation must start 140 cam-deg before cam data starts: Shift Angle for Cam Data = -140 deg cam (1st cylinder) 发火顺序(1-2-3)：第一缸0 CAMdeg；第二缸落后(负)120 CAMdeg； 第三缸落后(负)240 CAMdeg 相位单元Connection Shaft-Valvetrain 第一缸燃烧上死点 第一缸换气上死点 实际进气门 最大升程点 计算气门数据 落后-140 14 �发火顺序:第一缸为0CAMdeg，，，，其它 各缸按发火落后角度(负数) �若外载曲线施加在排气阀门上,须 定义其时间偏移量(如：缸压曲线 从燃烧上死点开始，则第一缸载 荷数据偏移0秒，其它各缸按转速 和发火落后角度推算) 各缸发火顺序 Firing Order 相位单元Connection Shaft-Valvetrain �载荷数据时间偏移量 �从动件运动方向 一般就是凸轮中心到基圆接触点的单位矢量 �凸轮中心到基圆接触点的距离矢量 �发火顺序 例2:摇臂与凸轮接触点 Camshaft to VT Connection of Exhaust 例1:挺柱与凸轮接触点 Camshaft to VT Connection of Intake x y z 基圆 挺柱 x z y 基圆 摇臂 �凸轮中心为坐标原点 �定义基圆接触点的距离和方向 Vector cam center to contact center �距离：y和z方向，主要是描述与凸轮轴的 相对运动方向，能够正确加入轴承的负载 Get the forces in the correct direction onto the camshaft model (so that the bearing loads are correctly considered). �从动件方向：单位矢量 Unit vector of follower motion 15 径向滑动、止推、滚动轴承 轴向间隙 可取：边缘阻尼＝接触阻尼 XXXX轴向止推轴承SABS �支承结构刚度（接触部分刚度串连）: �径向轴承刚度：受支座形式的影响，建 议有限元计算。缺省值为1×109 N/m。 �止推轴承刚度：受止推形式的影响，对 动力学计算影响较小。可取缺省值 5×108 N/m。Structural Stiffness: FEM or estimation (5E+08 N/m) (small influence on dynamic behavior, mainly influenced by the mounting plate �径向轴承中，计算液体动力润滑。负数时 （无数据时）程序不考虑润滑。 �不选择时：计算液体动力润滑，得到摩擦 力矩。 选择时:用摩擦系数计算摩擦力矩，常不计 常0.01 轴承孔径＝轴颈+2*半径间隙 YZYZYZYZ径向滑动轴承SRBS 半径间隙/半径 瓦宽径比=宽/直径 常不计 � � � � � � � � � � � � 16 �接触阻尼-与轴承材料和接触状况有关: (Ns/m) 其中:D -相对阻尼系数:一般径向轴承0.2, 止推轴承0.07 Structural Damping: Determined by assuming a relative stiffness of 5 to 10 % m (kg) –被支承部分的轴段质量＝整轴 质量/径向或止推轴承数 c (N/m) –该方向的结构刚度 �止推轴承－边缘阻尼：止推片/轴段无接 触时，考虑缝隙中机油阻尼特性Damping at fringes: Considers the damping behavior of the oil in the gap �滚动轴承－间隙区阻尼：轴段/滚子/轴承 圈无接触时，程序使用的阻尼 �轴向和径向变形方向矢量(m): 范围[1.E-9/∞]， 对滚球轴承Axial=0, Radial=1m TRBE滚动轴承:YZ+X三个方向 cmDd ⋅⋅⋅= 2 � � � 常不计 常不计 半径间隙 可取：＝接触阻尼 � � � 径向滑动、止推、滚动轴承 注意： �该元件是无质量单元Mass-less element �表示凸轮轴和机体的连接（刚度和阻尼） �计算结果包括Hydrodynamic calculation (Theory of Butenschoen）））） �最小油膜厚度 Minimum oil film thickness �最大油膜压力Maximum oil film pressure �摩擦扭矩Friction torque �液力 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 应用的是sommerfeld的函数 17 �集中参数模型(质量惯量、拉伸刚度和阻尼) lumped parameter models �只考虑拉伸方向特性 Predefined Internal DOFs. Only longitudinal Behavior for belt �简单,输入数据少,计算快,适用于早期开发阶段的设计评估 early Development phase. Simple Component Representation. Minimum Required Input ,Quick Calculation 简易皮带/链传动 modelling approach Pulley: 3 DoFs Inertia & Mass; 惯量质量 Belt/Pulley:Slip or fixed (synch. Belt) 皮带和带轮间滑动 Belt Span:longitudinal DoF; variable Stiffness/Damping 拉伸方向刚度和阻尼 µµµµ 摩擦系数 Slip滑动 皮带/链驱动 Belt Drive Dynamics 18 �曲轴皮带轮：定义旋转驱动，可不考虑轴 段弯曲，用无轴段带轮 PULL定义， 其内部有刚性支承(曲轴的惯性较大） Use simple belt drive for connection between crankshaft-pulley PULL (one DOF) and camshaft-pulley. �凸轮轴带轮：应考虑轴段弯曲和扭转，用 带轴段的带轮SHPU ，需径向和轴向 轴承单元 �带轮间是封闭连接 the connection must build a closed loop �皮带描述只考虑拉伸方向刚度与阻尼 Belt Only longitudinal DOF is considered : stiffness / damping connection in longitude direction 简易皮带传动 Belt Drive 简易带轮/链轮 PULL /SHPU 19 � � � � � � � � 曲轴 旋转驱动 进气凸轮轴 排气凸轮轴 皮带导向轮 � � � � � � � � 曲轴 旋转驱动 后接进气凸轮轴 后接排气凸轮轴 例：简易带传动模型 modelling approach 简易链带传动 Specific Elements Example 连接方向为 皮带走向 20 简易带轮/链轮 PULL /SHPU 带 轮 常：无外载 正:顺时针 带轮有效半径(节圆) 摩擦数据,常50mm 轮+带有效惯量 带内预应力 平动力，常无 皮带阻尼 刚度，一般：随力变化的刚度 �皮带跨接方向(与前轮)的单位矢量 X Y Z 皮带走向 前带轮 � � � � 恒定负载(如电机) φ 若为图中所示, 0 sin(φ) -cos(φ) ，注意正负号 顺时针 为＋ω 本带轮： 填入数据 方向矢量 �� 21 �驱动轮(含带/链)数据 Characteristics of the belt/chain drive: �当量惯量＝带轮惯量＋ R2 · l ·皮带单位长度质量 �其中: R－带轮有效半径，l－皮带有效长度 �摩擦力矩＝皮带/链条张力的合力×摩擦系数(常取 0.05m,注意单位) �皮带张紧轮(含皮带)数据 �当量惯量＝张紧轮惯量＋ R2 · l ·皮带单位长度质量 �当量质量＝张紧轮质量＋ l ·皮带单位长度质量 �其中: R－带轮张紧轮半径 �链条运动导向(含链条)数据 �当量惯量＝ R2 · l ·链条单位长度质量＋I(固定的，无惯量) �当量质量＝ I / r2＋ l ·链条单位长度质量 �其中: R－运动导向半径，I－绕导向绞接点的转动惯量 r－到向质心到绞接点的距离，l－皮带有效长度 轮(含带/链) Pulley / Sprocket 简易带轮/链轮 PULL /SHPU � R 22 � 跨接皮带预紧力，根据张紧力分解，如：300N Pre-stressing force (300 N) of the belt must be applied on both spans � 皮带阻尼，(车用)近似为 For a first approximation of the damping: �跨接段:每120 mm约D120=40 Ns/m, 除以长度for span � 实际长度l(mm)的皮带阻尼=D120*120/ l �齿带啮合段每120 mm: +40 Ns/m for the damping of the teeth to pulley contact � 无齿带接触段每120 mm: +20 Ns/m for damping of contact to non-toothed pulleys � 皮带刚度：由跨接皮带长度确定（齿带不考虑啮合段刚度，而 无齿带则要考虑总长刚度）,须由试验提供。如：Determine stiffness of belt by means of length of span (∼∼∼∼ 350 mm) and following recommendation: �每120 mm约C120=106 N/m � 实际长度l(mm)的皮带刚度=C120*120/l 简易带轮/链轮 PULL /SHPU � � � 23 � 估计数据: �皮带刚度值由皮带厂商提供。主要的静态测量方法(如17页显示图 形)是：皮带由两带轮张紧，在一个带轮上作用变力，测量伸长量。 该刚度值不能由通用的方法估计，因为影响刚度的因素有很多（如 材料，带宽等），所以得到的结果不能保证是完全正确的。Actually the stiffness is a value every belt manufacturer can deliver. This can easily be measured by just wrapping a belt around two pulleys and then applying a varying force on one pulley and measure the elongation (just as static test). Especially in view of stiffness there are so many influencing factors (material, width of belt), that in case you make an estimation only for the stiffness you can get correct results, but you can also get completely wrong results. �阻尼值很难得到精确值，所以一般得到的是相似值，如一般取皮带 跨接段刚度的1e-4 到1e-5倍 Related to the damping the situation is not so easy. Here it is really hard to get accurate data. In the meantime we go with values similar like with the detailed belt model. This means the damping is in the range of 1e-4 to 1e-5 times the stiffness of the belt span. �一般的，皮带越短则阻尼越高，皮带越长阻尼越低。From the same theory as the stiffness you can also derive that the shorter the belt length the higher the damping must be (and vice versa). 简易带轮/链轮 PULL /SHPU 24 评判 模型结果检查 � 检查配气相位是否正确： � 获得正确的凸轮轴力、扭矩和弯矩等 � 注意：相位单元控制了从凸轮到气门（包括载荷）的所有相位 � 检查凸轮轴、传动轴和轴承位置 � XYZ方向的移动：在正常的轴承间隙内 � 旋转速度：平稳的动态旋转 � 传动对凸轮轴的影响 � 传动速比和传动方向要正确 � 包括张紧力（预紧＋动态）、扭矩等 � 计算整个发动机转速 � 如果凸轮轴有共振，可能改变配气相位、使飞脱和反跳加剧 � 皮带传动的固有频率也不高 � Result control中自动画出随转速的变化曲线 25 阀系评判准则Criterions: � 飞脱临界速度Critical Speed for Loss of Contact (Cam-Follower) � 弹簧振动与共振Spring Oscillation and Resonances � 气门落座速度/气门反跳、液压间隙调节器特性Valve Seating Velocity / Valve Bouncing Behaviour of Hydraulic Lash Adjusters (“Pump-Up”) � 与名义升程的偏差Deviation from Nominal Lift 评判 26 �驱动评判准则Criterions: �链轮/带轮/轴的角速度波动Angular Velocity Vibrations of Sprockets/Pulleys/Shafts: �动态传动特性Dynamic Transmission Behaviour �SVT/SVT及SVT/凸轮轴相互作用Interaction SVT / SVT and SVT/Camshaft �链、皮带/凸轮轴相互作用Interaction Chain, Belt Drive / Camshafts �链/皮带驱动中的动态力Dynamic Forces in Chain and Belt Drives �链/皮带驱动共振Chain/Belt-Drive Resonances �一般的链/皮带张紧器的建立General Chain/Belt-Tensioner Set-Up 评判 27 �阀系的正常气门升程，避免飞脱和落座反跳( 单阀系的所有内容) �驱动系运行平稳(皮带、链条或齿轮)，避免轴 的弯曲与扭转振动共振。检查链轮/带轮/轴的 角速度波动Chain/Belt-Drive Resonances of Bending and torsional vibrations of shafts. Angular Velocity Vibrations of Sprockets/Pulleys/Shafts: �凸轮轴刚度和固有频率足够 �动态传动特性Dynamic Transmission Behaviour �SVT/SVT及SVT/凸轮轴相互作用 �链、皮带/凸轮轴相互作用Interaction SVT / SVT and SVT/Camshaft Interaction Chain, Belt Drive / Camshafts �皮带与链驱动动态力，受凸轮轴系载荷的影 响，要求凸轮力矩平稳 Dynamic forces in belt and chain drive systems �轴承力(径向和止推轴承) Bearing Forces (axial/radial) 一般评价 Typical Assessment Values 结果评价 28 �正确的配气正时,各缸均考虑 �满意的气门升程,各缸均考虑 检查气门升程 结果评价 �各缸落座速度光滑，速度不大 �各缸是否出现反跳等 检查气门速度和落座力 进气门落 座反跳 29 结果评价 �转速波动正常 检查转速波动 径向轴承力 �阀系噪声激励因素之一 30 结果评价 除了上面谈到的凸轮轴的角位移，反映扭转变形对阀系开启 和关闭的影响，还有一些其它的结果需要分析和考虑。图是某 发动机凸轮轴后半部分的ETD模型，后端悬臂。 某发动机凸轮轴后半部分的ETD模型实例 例：凸轮轴结果(1) 31 结果评价 例：凸轮轴结果(2) 图1是计算得到的两径向轴 承间各处（各模块集中质心处 ）随凸轮转角变化的弯曲变形 曲线，表明：跨内两方向的弯 曲变形基本在14微米内，轴向 轨迹的偏移量也基本在14微米 的范围内，考虑到轴承支撑刚 度和所取的轴承间隙，该段的 工作是正常的。 图2是由图1（及其后端轴变 形曲线）通过编辑处理而得到 的，表明了几个弯曲变形较大 的时刻，整个后轴弯曲状态。 由于最后端是悬臂结构，Z向 产生了超过30微米的弯曲，可 通过检查气门落座、凸轮和摇 臂飞脱等结果，来检查后端弯 曲对阀系工作的影响。 图1 随凸轮转角变化的弯曲变形 图2 几个时刻的较大的弯曲变形 32 结果评价 例：凸轮轴结果(3) 图是几个凸轮轴承的随转速变化的最大轴承载荷。其中最后的凸轮轴承载 荷达3300N，单位平均载荷达4.3N/mm^2。许用单位载荷应考虑到材料类型（ 如铝合金机体）、润滑条件和机油温度等综合因素。与带轮或齿轮靠近处的轴 承分析，必须建立整体的传动模块后进行分析处理。轴承力也是摩托车用凸轮 轴滚动轴承选型的重要依据。 图 图图 图 凸轮轴承载荷 凸轮轴承载荷凸轮轴承载荷 凸轮轴承载荷 33 结果评价 例：凸轮轴结果(4) 进一步的有限元强度分析进一步的有限元强度分析进一步的有限元强度分析进一步的有限元强度分析 计算方法：瞬态应力分析，Direct Transient Response求解器，如 nastran SOL109。 有限元模型：整个凸轮轴或其中一部分，在加载和约束截面上做 RBE2，独立点于旋转轴心线上。主要包括凸轮段、轴承段、整轴前/ 后的负载段。 Section 1 Section 1 凸轮轴有限元模型 34 结果评价 例：凸轮轴结果(5) F o r c e [ N ] / T o r q u e [ N m ] 载荷边界条件：凸轮段、整轴前/后的负载段上，施加TYCON的力/力矩的 时间序列（比如每5Cam deg一个数据，共360Cam deg，Simulation Control 中填入负值如-5）。 约束边界：可以用多种方法。一般可以：在径向/止推轴承的轴颈处，施加 各方向的弹簧单元，其刚度与TYCON中设定一样。计算结束后可检查弹簧力 是否与TYCON计算的轴承力一样。 图 凸轮轴的载荷计算 35 结果评价 例：凸轮轴结果(6) S t r e s s [ M p a ] 瞬态应力结果瞬态应力结果瞬态应力结果瞬态应力结果 结果处理：整轴扭转或弯曲的情况、圆角应力集中处的应力。输出随 凸轮转角变化的应力曲线后，可计算安全系数。 36 张紧器结构噪声 Structure Borne Noise at Tensioner Arm 中部Middle Pick Up 下部Lower Pick Up 0 20 40 60 80 100 120 140 160 A c c e l e r a t i o n [ m / s ^ 2 ] 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 A c c e l e r a t i o n [ m / s ^ 2 ] 0 10 20 30 40 Engine Order [-] 0 50 100 150 200 250 300 A c c e l e r a t i o n [ m / s ^ 2 ] 0 10 20 30 40 Measurement Simulation 上部 Upper Pick Up 结果评价 37 练习目的和要求 练习：凸轮轴模型 双气门三缸发动机凸轮轴 Overview of Camshaft 凸轮 凸轮 凸轮 凸轮 凸轮 凸轮 轴承 轴承 轴承 轴承 普通 轴段 普通 轴段 普通 轴段 普通 轴段 普通 轴段 � 用Shaftmodeler建立凸轮轴的弯扭模型 � 掌握简易带/链的集中质量模型 � 配气正时机构定义 � 正确评价配气正时机构基本形式的运动和受力问题：振动 、强度、摩擦、润滑、张紧等 30.522 30 34 38 � 凸轮段: 进气凸轮2, 6,10; 排气凸轮:4, 8,12 Cam sections: intake 2,6,10; exhaust: 4,8,12 � 轴承段: 3, 7, 11,14 Bearing sections: 3,7,11,14 � 普通轴单元: 1, 5, 9, 13,15 Ordinary elements: 1,5,9,13,15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 1513 I I I E E EB B B B 设定凸轮轴段集中质量点 Set Mass Points at Camshaft 练习：凸轮轴模型 39 2 3 6 7 10 11 14 4 8 12 15 x z 前端 后端 一拐朝上 使用宏单元和ShaftModeler 专题讨论1－使用Shaftmodeler 40 专题讨论1－使用Shaftmodeler 使用宏单元和ShaftModeler 驱动 申请连接点 专用单元，常用 轴承点 凸轮点 驱动点 每个单元一个质量点，申请连接点具体 如下： 通用单元 0.01×段数 凸轮轴 41 坐标系 一致 几段阶梯轴集中为一质点 专题讨论1－使用Shaftmodeler 42 � � � � � �组装 �质量惯量,质 心结果 � 模态分析 � 显示模态 �传给Excite Timing Drive � � � 惯量 质量 为TCON产生整轴模型 模态个数,常7-12，前6 个是刚性模态，不要 显示 质量计算 标记 专题讨论1－使用Shaftmodeler 43 专题讨论专题讨论专题讨论专题讨论1－－－－使用使用使用使用Shaftmodeler 生成结果生成结果生成结果生成结果 宏元件的结果宏元件的结果宏元件的结果宏元件的结果 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 元件结果标准元件结果标准元件结果标准元件结果,包括位移包括位移包括位移包括位移,速速速速 度加速度度加速度度加速度度加速度,受力及应力受力及应力受力及应力受力及应力 一些特殊的用户定义结果一些特殊的用户定义结果一些特殊的用户定义结果一些特殊的用户定义结果 44 � 打开文件 *.mod 固有频率 弯曲或扭转模态 专题讨论1－使用Shaftmodeler 45 专题讨论2－简易链带算例 Specific Elements Example 例：V6发动机驱动系 Drive Layout of V6 Engine 46 皮带张紧器 简易动态张紧 张紧方向 全局坐标系中 皮带力 皮带力 垂向外载， 一般 ＝0 分解刚度、阻尼和行程限值 行 程 限 值 Y方向矢量 Z方向矢量 预紧力 最小行程限值 最大行程限值 超出行程限值后的刚度和阻尼