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内燃机曲轴系统模型结构动态分析

摘要：
描述分析内燃机曲轴系统模型的动态行为。该模型使用系统的方法把曲轴结构动力学，主要的流体动力润滑轴承和发动机缸体刚度联系起来。两阶动态子结构技术用于预测基于有限元法的曲轴动态响应。该动态子结构使用了一组负载依赖里兹向量。主轴承润滑分析是基于对雷诺方程的解。与实验结果的比较表明了该模型的准确性，数值结果还表明，发动机曲轴设计模型的性能和意义。
关键词：曲轴—刚体动态相互作用；动态子结构;润滑轴承，发动机噪音，振动和舒适性；曲轴设计

1 引言
立法和市场压力对内燃机设计要求增加发动机功率，同时降低发动机大小和改善燃油经济性。另外，由于更高更严格的要求性能，重量轻，成本低，快速进入市场引擎设计使得努力降低发动机振动和辐射噪音，同时提高耐用性和可靠性对汽车工业日益重要。优化发动机部件由此要求竞争设计必须实现。复杂的分析工具可以大大提高对与重要发动机部件运转有关的物理现象的了解。尤其是曲轴，它是最多被分析的发动机组件之一。这主要是由有限元法在高速计算机上的使用和可以构建复杂的有限元网格模型的详细有限元预处理程序的可用性促进的。
近年来，汽车发动机的噪音，振动和舒适性（NVH）正成为随着耐用性和性能的传统问题的设计过程中不可缺少的一部分。NVH与客户如何看待发动机的质量；影响由此得出的市场竞争力密切相关。广泛的静态和动态的分析都在重要的发动机部件如曲轴和发动机缸体上进行以提高它们的耐用性和NVH性能。发动机是一个个体组件的微调系统。一个最佳的发动机设计要求一个系统的方法自从每个组件的性能都可以强烈地依赖于其他部件的性能。曲轴—缸体子系统尤其如此。
曲轴—缸体子系统由曲轴和发动机缸体组成由水文动态润滑主轴承联接。系统的负荷来自自汽缸压力，活塞连杆惯性。作用于活塞顶的汽缸压力通过活塞—连杆机构传到曲柄销。活塞—连杆的惯性提供了一个载荷在曲柄销上。曲柄销的载荷使曲轴变形，通过主轴承流体力学传输到发动机缸体主轴承位置。由于轴承流体力学，发动机曲轴和发动机缸体变形两者都影响主轴承油膜厚度。由于这个原因，发动机系统的数学模型要求三个互相联接的独立模型，曲轴结构模型，发动机缸体结构模型和主轴承润滑模型。