发动机前端轮系设计

发动机前端轮系设计摘要:针对某车型搭载发动机前端轮系开发的实际需求,本文在发动机前端轮系的基础设计中,运用专业设计软件,计算机辅助设计以及有限元分析,旨在创建轮系开发过程中前期设计的标准程序。避免了传统开发流程中样件制作,并反复修改造成的浪费,缩短了开发周期,降低了开发成本。关键词:基础设计整车NVH强度断裂有限元振动模态分析DesignForTheFrontAccessoryDriveSystemofEngineAbstract:Contraposetothedevelopmentofthefrontaccessorydrivesystemofengineinavehicle,inthispaper,duringthedesignprocessofthefrontaccessorydrivesystemofengine.Wemanageprofessionalsoftware,computeraideddesignandfiniteelement.Aimforsetupastandardprocessofearlydesigninthedevelopmentofthefrontaccessorydrivesystem.avoidthewasteofprototypeproductandreworkinthetraditionalpractices;reducedevelopmentcycleandcoast。KeyWord:Basicdesign;VehicleNVH;Intensity;Crack;finiteelement;Vibration;modeanalysis1前言发动机前端轮系为车辆辅助系统提供动力,包括发动机自身冷却系统—水泵的驱动;整车供电系统—发电机的驱动;整车空调系统—空调压缩机的驱动;液压助力转向系统—转向泵的驱动;更有发动机新技术应用中机械增压器—压气机驱动等等,是整车系统中最为重要的基础设计之一;随着国内乘用车市场用户对车辆的整车舒适性提出的更高要求,安静、可靠的前端轮系将是我们今后研究的重点。2发动机前端轮系介绍三菱4G69发动机排量2.4L,在国内多款车型上搭载;下图1(a)为三菱4G69型2.4L发动机前端轮系各驱动附件布置方案,图1(b)为根据输入条件,输出的最终驱动方案。(如图1)三菱4G69发动机前端各驱动附件相关参数输入信息见表1,根据系统输入条件,计算并最终确定轮系各带轮包角,布置图1(b)中所示惰轮(6)、张紧轮(7)坐标位置,轮径大小及带轮类型,最后输出整个轮系驱动方案如图1(b)。3典型案例设计实例本设计实例以三菱4A91S发动机前端轮系中液压助力转向泵的驱动方案作为例子,介绍发动机前端轮系的具体设计过程。3.1设计输入(图2表2)实际案例中;图2为三菱4A91S发动机转向泵驱动带轮及被动带轮坐标,表2为简单轮系的基本参数输入。3.2方案设计设计输入给出:曲轴皮带轮为主动轮,驱动唯一的附件转向泵皮带轮;曲轴皮带轮与转向泵皮带轮在发动机上位置固定,不可调节,因此需要为系统增加皮带张紧单元。借助于发动机轮系驱动设计软件Simdrive,将参数输入设计系统,见表3。Simdrive系统根据输入信息计算输出结果见图3以及表4。根据表4计算结果,选择皮带长度优先序列4PK850,皮带有效长度850.5mm3.3计算机建模计算机建模运用了CATIA软件,在整车数模中,按照发动机布置空间、张紧轮运动包络等条件建立张紧轮3D模型,见图43.4计算机辅助分析发动机前端轮系在发动机运转过程中承受动载荷以及振动影响,首先需要对张紧轮的强度进行计算,以确保张紧轮的结构强度满足皮带的张紧要求,避免张紧轮断裂;其次还需对张紧轮进行模态分析,保证张紧轮的振动频率不与发动机固有振动频率耦合,避免与发动机共振。3.4.1强度计算结果选用张紧轮本体材料:铸铝YL112,按照材料标准属性、机械性能,按照系统计算张紧轮理论载荷考虑动载系数以及安全系数,输入张紧轮支架受力大小400N,利用有限元分析软件ANSYS计算并得出结论张紧轮最大应力点应力为96MPa,远低于本体材料207Mpa的需用应力,见图5。3.4.2模态分析本文利用Hypermesh软件划分网格,按照张紧轮实际安装点对模型进行约束见图6(a);应用NXNASTRAN进行求解,最终结果如图6(b),(c)所示,张紧轮支架一阶约束模态固有频率794.8Hz,二阶约束模态固有频率1855Hz,均大于一般性设计要求模态频率500Hz(发动机激振频率),在发动机正常运行中没有共振。(如图6)4应用在发动机前端轮系设计过程中,引入标准设计流程,提高了基础设计效率;并借助于先进的系统设计软件和CAD、CAE工具,在设计初期将工程阶段可能出现的问题,提前进行预防,降低了产品开发的成本。参考文献[1] 吴炎庭,袁卫平,内燃机噪声振动与控制,北京:机械工业出版社,2005(5).[2] 康展权,汽车工程手册-设计篇,北京:人民交通出版社,2001(5).[3] 陈晓梅,模态分析在动力总成开发中的应用.[