6M型車用制動空壓機曲軸性能分析及優(yōu)化.pdf

1、制動空壓機作為汽車制動系統(tǒng)的元件之一，人們對其工作時的可靠性和安全性要求越來越高，此外，空壓機在工作時產(chǎn)生的振動和噪聲會影響人們的身心健康，污染環(huán)境。而曲軸作為空壓機的關鍵部件，其性能的好壞直接影響著空壓機的整機性能。因此，研究曲軸性能對改善空壓機的整機性能有著重要意義。本課題的研究對象為6M型車用制動雙作用空壓機的曲軸，分別對曲軸動靜態(tài)性能做了相應的分析，保證曲軸現(xiàn)有設計滿足使用要求，并在此基礎上，對曲軸進行結構優(yōu)化，提出改進曲軸性能

2、的措施，最后確定了三種優(yōu)化方案。
　　主要內容如下:
　　1)根據(jù)車用制動空壓機的基本計算參數(shù)（曲軸的幾何特性、理論排量、輸入功率），分析曲柄連桿機構的運動規(guī)律，利用MATLAB軟件和ADAMS仿真軟件，分別仿真得到活塞的位移、速度、加速度的運動規(guī)律曲線，并在此基礎上展開各個零件的力學計算，由此得到曲軸工作過程中的受力規(guī)律及特點。
　　2)根據(jù)車用制動雙作用空壓機曲柄連桿機構的力學模型，研究曲軸六個轉角下的受力情況，利

3、用有限元分析軟件ANSYS，通過靜態(tài)分析得出六種工況下的應力云圖和應變云圖，并確定應力最大和變形最大的位置及數(shù)值，確保曲軸的強度和剛度滿足使用要求。通過模態(tài)分析求出曲軸前八階固有頻率和振型，保證曲軸不會因外激頻率與固有頻率過于接近而發(fā)生共振。
　　3)根據(jù)曲軸動靜態(tài)性能分析，利用有限元分析軟件ANSYS WORKBENCH進行曲軸參數(shù)化建模，選擇主軸頸直徑D1、曲柄銷直徑D2、主軸頸圓角f1、主軸頸圓角f2、曲柄銷圓角f3、曲柄銷

4、圓角f4為設計變量，以曲軸最大復合應力為優(yōu)化目標，利用ANSYS WORKBENCH優(yōu)化模塊進行曲軸結構優(yōu)化，優(yōu)化方案A使最大復合應力相對初始值減少了27.44％;優(yōu)化方案B使最大復合應力相對初始值減少了27.96％;優(yōu)化方案C使最大復合應力相對初始值減少了29.71％。相比較而言，方案C的優(yōu)化效果最好，實際應用時，優(yōu)先選擇方案C，并以優(yōu)化后的曲軸所受最大應力進行疲勞壽命計算，得到曲軸的疲勞累積損傷系數(shù)為0.0625，疲勞壽命為16年。