论文部分内容阅读
振动是在生产和生活中常见的一种现象。它的存在，主要影响机器设备的使用寿命、使用性能，以及建筑结构的损坏。随着科技的发展，人们使用的机器设备功率增大、转速加快，在现代工程技术中，振动这一普遍存在的现象日益受到人们的关注。汽车振动和噪声控制关系到环境保护、汽车行驶的平顺性和耐久性。汽车振动会引起某些部件的早期疲劳失效。一定范围的振动使驾驶员和乘客不舒服，发生疲劳。汽车动力传动系是汽车系统的重要组成部分，其在把发动机动力传递给了整个汽车的同时，也把自身的振动传递给了整个汽车。在低频范围内的刚体振动，直接影响到汽车的乘坐舒适性；而在30～200Hz范围内的弹性振动，又会引起汽车的结构共振。尤其是它的第一阶弯曲振动，会直接影响动力总成乃至整车的使用寿命，其中显著的是引起发动机和变速箱之间的连接壳体件的早期开裂。因此，随着对减小车辆振动、提高车辆使用寿命和乘坐舒适性要求的提高，加强对汽车动力传动系特性的研究，尤其是动力传动系的弯曲振动是十分必要的。近年来，随着计算机技术的飞速发展，在汽车产品开发方面，CAE技术已经大量应用。在零、部件以及整车尚未制造出来时，使用CAE技术可以对它们的强度、可靠性以及各种特性进行计算分析，在计算机上进行“试验”。有限元技术是CAE技术中重要方法之一，并且在力学领域中的应用已相当成熟，所以其广泛引用于汽车结构件的动力学分析。实验模态分析方法与计算模态分析方法一起，成为解决现代复杂结构动态特性设计的相辅相成的重要手段，应用模态分析方法人们有可能把复杂的实际结构简化成所谓模态模型，来进行系统的响应计算，从而大大简化系统的数学运算。为解决由于动力总成弯曲共振引起的飞轮壳早期开裂的问题，首先需要较准确的把握动力总成的动态特性。本文用有限元法对动力总成进行了结构振动数值模拟，利用有限元分析软件ANSYS的前处理功能建立了动力总成各个组成部件的模型，并用兰索斯法进行了模态分析，得到各个部件的固有频率和振型等动态特性参数。将计算结果与实验结果比较得知，二者误差小于10％，能满足工程计算要求。然后将各个部件按照理想的连接面进行组合，得到<WP=62>了理想的动力总成模型，为后续的动力分析提供了基础。为了得到该动力总成的弯曲振动特性，对其进行了模态分析计算。计算结果取出了其前8阶模态，前6阶是低频的刚体振动，第7阶是第一阶水平侧向弯曲振动模态，第8阶是第一阶垂直弯曲振动模态。从模态振型可以看出，第7阶模态振型的节点分别位于发动机4、5缸之间隔板处和变速箱前端。由此可知，动力总成在该阶频率下的弯曲共振可能是造成该车飞轮壳开裂的主要原因，其主要激励是传动轴的不平衡质量的二阶激励。然后对原结构进行了谐响应分析，发现飞轮壳上部应力很大，安全系数小于1.5，极易引起飞轮壳破裂。为了考察不同悬置布置方式对动力总成飞轮壳上部响应应力的影响，在保持悬置刚度不变的情况下，将后悬置分别放在四个不同的位置进行了模态和响应分析。结果发现，悬置位置的改变对动力总成弯曲振动固有频率影响很小。从应力角度看，将后悬置布置在离合器壳中前部和变速箱后端对减弱弯曲振动响应效果明显，从而飞轮壳上部应力值较小，而布置在变速箱壳前端时比原结构的应力值有所提高，应该避免。另外在机体后端加筋，分别进行了模态和响应计算。结果表明随着筋数目的增加，此处的抗弯刚度增加，导致动力总成在飞轮壳上部的振动幅度减弱，该处的应力也随之减小。若要避免因为传动轴激励引起的弯曲振动的共振，可以通过提高动力总成弯曲振动频率的方式得到解决。本文尝试改变飞轮壳的材料进行了模态分析，计算表明，随着飞轮壳材料的刚性增大，动力总成一阶弯曲振动固有频率逐渐提高，并有远离传动轴激励频率范围的趋势。在实际车辆运转过程中，由于螺栓连接的预紧力矩不足会导致飞轮壳和机体的连接刚度下降。为了模拟此种情况，分别将飞轮壳和机体之间的连接板弹性模量提高一倍和减小1/4倍，进行了动力总成的模态和响应分析。计算表明，此处的连接刚度对动力总成飞轮壳上部的应力大小影响很大。所以在进行动力总成的装配时，一定要确保动力总成螺栓预紧力矩符合标准。本文通过对某车动力总成弯曲振动的研究，以及各种改进措施对飞轮壳强度的影响的研究，得出了一些有意义的结论，对指导动力总成设计及装配都有一定的参考价值。在本文的基础上，可以进一步建立更加精确的整机模型，分析附件对整机模型动态特性的影响大小；探讨各个部件的结合面的模拟方法，提高组合体模型的动态特性的模拟精度；用接近实际的螺栓连接，接触分析模拟实际的连接状态等。