柴油机FEAD系统设计和分析方法,本文是一篇关于柴油机论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。
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【摘 要】柴油机FEAD系统即发动机前端轮系辅件驱动系统,主要用于发动机曲轴动力输出驱动诸如发电机、空调压缩机等发动机附属设备,满足车辆、船舶的电力供应和制冷需求,FEAD系统设计的优劣对整机电力、空调制冷产生着至关重要的影响,因此对FEAD系统的结构设计、参数计算、CAE分析很有必要.
【Abstract】The FEAD system of diesel engine is the front end accessory drive system of engine, mainly used for crankshaft power output of engine to drive such as generators, air conditioning compressor for engine accessory equipment,to meet the demand of power supply and refrigeration on vehicle and ship, The quality of the FEAD system design has a crucial impact on the whole electric power and air conditioning. So for the FEAD system, structure design, parameter calculation and CAE analysis are very necessary.
【关键词】FEAD系统；结构设计；CAE分析；静动态计算
【Keywords】FEAD system； structural design； CAE analysis； static and dynamic calculation
【中图分类号】TH12 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0131-02
1 概述
FEAD系统的目的就是利用曲轴前端动力驱动发动机的辅件,如发电机、空调压缩机等,以便于满足车辆或者船舶的蓄电池电力和驾驶舱制冷需求,是发动机重要的应用设计.
设计初期需要关注整体结构边界条件,考虑总体设计方案,选择皮带传动同时需要考虑皮带结构的选型,前段轮系系统属于高速运动系统,需要动态情况下考虑皮带的张紧方式、滑移率、振幅、带轮包角、张紧器摆幅等一系列影响因素.确保整个系统在理论设计初期和理论计算模拟时满足既定要求.
当然如此复杂的动态系统,不仅需要考虑上述自身系统的合理性,而且还需考虑与此系统相关的各个辅件支架的强度和模态,可以采用有限元方法进行CAE分析.
2 设计输入
论文选用一款直列六缸,排量7.2L,采用多楔带驱动,自动张紧方式,并加装空调压缩机的重型卡车用柴油机FEAD系統.
3 FEAD系统边界检查和整体结构设计
通过对发动机整机前端和整车发动机舱等零件的三维模拟和边界检查,主要在UG三维软件的帮助下通过对系统相关零件的三维模型建模得出初步的总体布置结构,确保最基本的空间要求,总体布置原则即是避免干涉、结构紧凑[1].系统的总体结构包括曲轴皮带轮、发电机、空调压缩机、自动张紧器、惰轮.需要满足预定设计目标,设计目标如下：
基于上述标准要求并结合初步经验分析设计出的轮系结构,如图1所示：
曲轴皮带轮是动力输出来源,设计原则上皮带包角必须大于180°,其余槽轮包角要求在120°以上,方可满足功率传输要求,平轮包角不做过高要求.柴油机曲轴皮带轮逆时针转动,通过皮带这个载体给各个辅件输送功率,并通过软件计静态算出每个零件的受力方向和受力大小.通过经验分析,初步判定结构满足既定设计目标,但仍然需要通过模拟精确计算系统布置的合理性.
通过初步确定的坐标原点,初步定义各个带轮的坐标位置,通常取曲轴皮带轮为原点；确定各个带轮的外径、基准直径、基准宽度、上下槽深、槽宽等数据,用以进行下步的静态计算,通过三维建模计算得知此坐标数据选取、带轮直径选取、带轮间跨度、多楔带包角,传动比均在设计要求范围内.计算同时给出了限制条件,即各带轮之间的对楔度要求,设计者需要遵循这一要求开展下一步详细设计工作.
4 FEAD系统动态仿真计算和详细设计
确定了各项系统的主要参数,并为后续的动态模拟计算提供了数据输入,在三维分析软件SIM-Drive的帮助下建模,输入预定数据得出动态分析结果,根据动态分析结论可知： 转速850Rpm时,皮带张力1040N；带段抖动≤5%,无干涉情况；皮带滑移率≤0.5%；使用寿命综合估算在20万km至30万km,均满足预定设计范围和标准.[2]
确定了总体设计方案和理论计算数据之后,下一步进行系统的结构设计的零部件清单,此案例需要设计的主要为系统安装支架,主要作用用来支撑系统各个部件.需要考虑以下问题和注意事项：
①安装支架的安装位置和方式；
②空调压缩机的倾斜角度要求；
③自动张紧器的安装定位；
④安装支架需要合理布置和设计加强筋；
⑤安装支架各带轮安装面的尺寸公差必须合理；
⑥各带轮轴承的选型要合理.
基于以上的注意事项完成详细三维设计工作,二维生产图纸绘制之前,相关零件的还需经过CAE软件的分析进而得知零部件的强度和模态如何,如果理论分析计算未通过,则需要及时改进先前的设计,避免产品在实际运用中造成失效,数据与经验相结合是最好的工业实践手段[3].
5 支架CAE分析
基于有线元法,采用CAE分析软件Hyperworks /Optistruct 13.0（预处理/解算器）的帮助下,对系统相关零部件进行强度和模态分析,论文主要介绍对安装支架的分析过程.
分析目的：为了评价和改进安装支架的强度和模态,需要进行应力分析和模态分析；
设计标准： 模态分析最低频率要求为143Hz,2200rpm,
通用标准： 模态分析最低频率要求为180.3Hz,2550rpm.
分析目标：评估系统支架的应力大小和支架模态是否达到最低频率要求；
创建模型,包括安装支架、缸体、压缩机、发电机、张紧器、惰轮、皮带、螺栓等所有相关零件,预设螺栓为实心截面梁单元,螺纹与其他构件采用刚性（RBE2）连接.
通过分析结论得出以下结论：
①模态分析,安装支架频率（ 223.9Hz）高于最低可接受值（180.3Hz）.
②应力分析：最大应力区域为73.7MPa低于HT250材料要求的125MPa
综上所述,该系统设计满足既定要求,可以进行二维生产图纸绘制.同时设计师需要考虑DVP验证方案.关于DVP方案,主要考虑台架试验相关测点布置,空调压缩机加载模拟工作,试验时间确定等,具体论文不再累述.
6 结论
通过完成上述概念设计、详细设计、软件分析、工程图以及DVP方案布置等开发流程之后,目前此系统设计已经完成了多轮台架和整车试验,未发生支架断裂、皮带打滑、系统异响等严重质量故障,当前已风险投入市场,为公司及社会带来一定的经济效益.
【参考文献】
【1】刘鑫.柴油发动机运行状态监测和故障诊断系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学,2006.
【2】黄强.国5排放重型节能柴油发动机设计与研发[D].长沙：湖南大学,2016.
【3】李军.柴油发动机电子控制系统硬件设计[D].长春：吉林大学,2006.
结论：适合柴油机论文写作的大学硕士及相关本科毕业论文，相关柴油机开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。
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