多缸内燃机缸体瞬态动力分析.pdfVIP

第 21卷 (2003)第 3期 内 燃 机 学 报 TransactionsofCSICE 文章编号：1000—0909(2003)03—0277—06 21一O55 多缸 内燃机缸体瞬态动力分析 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一活塞 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 的振动会对缸套一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 的是整个机体作为一个整体振动 的模态 ，频率范围 引言 在 300Hz～1000Hz之 间；第 5阶到第 1O阶模态 内燃机工作时，缸体在燃烧气体压力、活塞裙部 为 曲轴主轴承与横隔板 的往复振动 ，其频率范围为 和缸套间油膜压力及摩擦力 、曲轴轴承处 的油膜压 1000H z～ 1300 Hz。 力及摩擦力 、缸盖和缸体联接处螺栓的作用力的共 从模态分析结果可 以发现 ，低频激励主要激发 同作用下产生复杂的振动。本文在进行缸体瞬态动 缸体整体的弯曲和扭转振动。高频的激励可能使主 力响应分析时，考虑了缸套内气体压力的作用 、缸盖 轴承产生剧烈的轴 向振动 。 对缸体 的作用，以及油膜润滑的活塞对缸体的作用 、 4 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 Chengl2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 塞一连杆一 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 Thefiniteelementmodeloftheblock 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 1O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 1O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 关 ，因此计算缸