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摘 要：本文利用GT-SUITE軟件，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)建立了動(dòng)力學(xué)分析模型，通過計(jì)算驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。仿真分析了鏈條張緊力，鏈條與傳動(dòng)部件的接觸力以及張緊器運(yùn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)特性分析結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)方案可行。

關(guān)鍵詞：正時(shí)系統(tǒng);多體動(dòng)力學(xué);鏈條張緊力;接觸力

0 概述

鏈傳動(dòng)具有可靠性高、耐磨性高、尺寸緊湊等特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上[1]。在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)初始階段，利用CAE分析使開發(fā)目標(biāo)更加明確，縮短開發(fā)時(shí)間及費(fèi)用。本文利用GT-SUITE軟件，對(duì)某款發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，GT軟件的VTRAIN模塊，對(duì)于正時(shí)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析，可計(jì)算的系統(tǒng)包括輪系、軸系、鏈條等，可模擬各種正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)工作提供一定的幫助。

1 多體動(dòng)力學(xué)方程

正時(shí)鏈系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性采用多體動(dòng)力學(xué)的方法來表述，方程如下：

" （1）

其中，為質(zhì)量矩陣，是位移，包括阻尼、彈性和外部載荷，N是總自由度[2]。

計(jì)算中，輸入鏈條與鏈輪等零部件的質(zhì)量和慣量。

在模型中，用2D模型來模擬鏈條平面運(yùn)動(dòng)，鏈條的兩個(gè)鏈節(jié)之間的連接通過線性彈簧阻尼單元模擬，如圖1所示，P1和P2分別為兩個(gè)鏈節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，鏈節(jié)之間通過彈簧和阻尼傳遞的力Flink為：

" " （2）

其中，Klink和Clink分別為鏈節(jié)的剛度和阻尼系數(shù)，為相鄰鏈節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的相對(duì)位移， 是對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)[3]。

2 仿真模型建立

正時(shí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)包括曲軸鏈輪，正時(shí)鏈，導(dǎo)軌、張緊器、張緊器臂和凸輪軸鏈，其整體布置如圖2所示。計(jì)算時(shí)設(shè)定曲軸正時(shí)鏈輪圓心為全局坐標(biāo)圓心。

鏈輪所需輸入的幾何參數(shù)如圖2所示，其中包括節(jié)圓半徑，齒頂圓半徑等。對(duì)于不同轉(zhuǎn)速下，進(jìn)排氣凸輪所需的力矩大小會(huì)有差異，在此輸入的數(shù)據(jù)是配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算出的仿真結(jié)果。此外，還需輸入張緊器參數(shù)，彈簧剛度、油壓等，在此沒有考慮不同轉(zhuǎn)速下，潤(rùn)滑系統(tǒng)的油壓變化。

根據(jù)正時(shí)機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)，建立模型如圖3。

3 計(jì)算結(jié)果分析

在模型計(jì)算過程中，轉(zhuǎn)速從1000rpm到7000rpm，間隔1000rpm。從圖4看出，正時(shí)鏈的最大張力為5000rpm時(shí)1123N，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，正時(shí)鏈最大張緊力應(yīng)小于1800N，所以有足夠的余量。圖5為5000rpm鏈條張緊力曲線圖。

正時(shí)鏈與鏈輪、導(dǎo)板的最大作用力具體數(shù)值見表1?？梢钥闯觯湕l與其他零件的作用力在正常范圍內(nèi)。

圖6反映了張緊器接觸點(diǎn)處的位移，最大位移為3.82mm。對(duì)于不限位的張緊器，減小張緊器的位移波動(dòng)時(shí)有益的，以避免與鏈條傳動(dòng)耦合振動(dòng)，需要選擇合適的張緊預(yù)緊力和張緊彈簧剛度[5]。從圖6和圖7可以看出，接觸點(diǎn)位移波動(dòng)很小，對(duì)應(yīng)的張緊器臂的角位移波動(dòng)也很小。圖8為張緊器與導(dǎo)軌的接觸力，從圖中看出，2000rpm和60000rpm時(shí)接觸力較大，達(dá)到490N左右，在允許范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

通過GT軟件對(duì)正時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，得到正時(shí)鏈、傳動(dòng)件以及張緊器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為正時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核提供了相關(guān)依據(jù)。

多體動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，正時(shí)鏈條的張緊力，正時(shí)鏈與傳動(dòng)件之間的接觸力以及張緊器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律均滿足設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了正時(shí)系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)方案的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]程亞兵，王洋，李磊等.汽車V型發(fā)動(dòng)機(jī)用正時(shí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2015（01）：139-144.

[3]李一民，郝志勇，張志明等.汽油機(jī)正時(shí)鏈傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)仿真研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2013，02（34）.

[3]GT-SUITE幫助文檔.

[4]張志香，蘇鐵雄，鄭國璋，469Q汽油機(jī)正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械傳動(dòng)，2011，25（03）：37-59.

作者簡(jiǎn)介：周華（1982-），女，碩士，研究方向：發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。