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原文传递发动机平衡分析及平衡优化设计

论文题名：	发动机平衡分析及平衡优化设计
关键词：	车辆发动机;曲柄连杆机构;平衡优化;振动控制
摘要：	发动机振动问题一直是影响发动机及车辆工作性能的不利因素。近年来随着人们对车身轻量化，发动机大功率化等要求的不断提高，发动机引起的车辆振动问题越来越明显。而发动机的振动主要是由其内部活塞、曲柄连杆机构的不平衡运动惯性力造成的。因此针对发动机内部的不平衡惯性力进行平衡优化设计是对发动机振动控制的一个重要方面。　　本文从发动机的平衡分析和平衡机构优化设计两方面进行了研究。首先，分别应用MATLAB和ADAMS两种软件，通过不同途径对发动机曲柄连杆机构进行了动力学建模、平衡分析，找到了引起发动机振动的主要激励成分。然后对发动机的内平衡和外平衡进行了研究，并对平衡轴机构的设计以及倾覆力矩的抑制方法进行了重点研究，最后针对发动机的内平衡和外平衡分别设计了平衡重和平衡轴机构。　　主要研究内容如下：　　（1）对传统基于质点力系的发动机曲柄连杆机构建模思想进行了研究，并基于该思想应用MATLAB编程，得到了一套适用于常见任意发动机的快速平衡分析方法。　　（2）在ADAMS软件中建立了带有柔性曲轴的发动机曲柄连杆机构模型，并应用该模型对发动机进行平衡分析。　　（3）对发动机内平衡的平衡目标进行了研究，并设计了两种平衡重分布方案，研究了平衡前后两方案对曲轴内力矩和各轴承受力的影响。　　（4）根据平衡轴机构的工作特性曲线为正弦或余弦形式的特点，研究了一种先优化得到平衡轴的最优工作特性曲线，再以最优工作特性曲线为目标曲线对平衡轴进行设计的方法。　　（5）研究了一种能使平衡轴安装位置灵活变动的方法，可使平衡轴的安装位置适应不同发动机内部空间要求，有效地避免了发动机内部运动干涉的发生。　　（6）基于对发动机倾覆力矩的频域分析，研究了一种建立倾覆力矩近似数学函数的方法，通过该数学函数无需大量计算即可直接得到平衡轴的安装参数。并针对发动机倾覆力矩的激振成分主要集中在几个频率处的特点，研究了一种设计不同转速平衡轴对倾覆力矩各主要激振成分分别进行平衡的方法。　　根据以上理论分析，以某60°V8发动机为例，对该发动机进行平衡分析及平衡机构优化设计。在ADAMS中对设计方案进行了仿真验证，结果显示所设计的方案均达到了理论预期的平衡效果，从而证明了本文研究得到的理论成果的正确性。
作者：	李双虎
专业：	机械设计及理论
导师：	樊文欣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中北大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文