多缸内燃机缸体瞬态的动力分析.pdfVIP

内　燃 　机 　学 　报 ( ) ( ) 第 2 1 卷 2003 第 3 期 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　Vol . 2 1 2003 No . 3 　　　　　　　　　　　　 Transactions of CSICE ( ) 文章编号 2003 2 1055 多缸内燃机缸体瞬态动力分析① 戴旭东 , 王义亮 , 袁小阳 , 谢友柏 (西安交通大学 润滑理论及轴承研究所 , 陕西 西安 710049) 　　　　　　　　摘要 :建立了某 4 缸内燃机缸体的有限元模型 ,运用完全矩阵法进行了缸体的模态分析及瞬态动力分 析 。分析中考虑了缸套所受的缸套 —活塞间的润滑油膜力、曲轴主轴承处所受的油膜动压作用 、燃烧室 内气体压力的作用以及缸盖对缸体的作用力 。缸套 —活塞间的油膜力通过求解平均雷诺方程得到 。曲 轴主轴承处所受的油膜力由主轴承油膜润滑与活塞 —连杆 —曲轴系统动力学的耦合分析得到 。瞬态动 力学分析表明:该型号的内燃机在工作过程中,缸体的受迫振动主要是弯曲振动及沿缸套轴向的伸缩振 动 。缸体的振动会对缸套 —活塞间的油膜润滑产生很大影响。 关键词 : 内燃机 ;有限元 ;动力响应 ;润滑 中图分类号 : TK401. 1 　　　文献标识码 :A 在 300 Hz～1 000 Hz 之间;第 5 阶到第 10 阶模态为 引言 曲轴主轴承与横隔板的往复振动 ,其频率范围为 1 　　内燃机工作时 ,缸体在燃烧气体压力、活塞裙部 000 Hz～1 300 Hz 。 和缸套间油膜压力及摩擦力、曲轴轴承处的油膜压 　　从模态分析结果可以发现 ,低频激励主要激发 力及摩擦力、缸盖和缸体联接处螺栓的作用力的共 缸体整体的弯曲和扭转振动 。高频的激励可能使主 同作用下产生复杂的振动 。本文在进行缸体瞬态动 轴承产生剧烈的轴向振动 。 力响应分析时 ,考虑了缸套内气体压力的作用、缸盖 对缸体的作用 ,以及油膜润滑的活塞对缸体的作用、 油膜润滑的曲轴对缸体的作用 。缸套和活塞间油膜 压力及摩擦力计算采用 Patir 和 Cheng[2 ] 提出的平均 流量模型 ,同时考虑了活塞二阶振动的影响。曲轴 主轴承采用径向二瓦固定圆轴承 , 同时考虑了活塞 —连杆 —曲轴系统动力学行为的影响。 1 　内燃机缸体模态分析 　　模态分析是动力学分析中的一项基础性分析 , 在进行瞬态动力学分析之前先进行缸体的模态分析 可以了解缸体各阶固有频率及相应的振型 ,可显示 图 1 　缸体的有限元模型 不同固有频率下机体各部分振动幅值的相对分布情 Fig. 1 　The f inite element model of the block 况 。多缸内燃机有限元模型见图 1 ,作者在其底面 固定约束条件下进行了结构振动模态分析 。由于关 2 　缸套和活塞间的油膜压力及摩擦力 心的是较低阶的模态 ,故提取前 10 阶振动模态 。 　　由于作用在缸套内壁的摩擦力及油膜压力的大 　　研究分析这 10 阶振动模态可以发现 ,这些模态 小、作用位置是随时间变化的,而且与活塞的运动有 基本可以分成如下两类 :第 1 阶到第 4 阶模态反映