Ren Haijun
haijun.ren@avl.com
www.avl.com
ADVANCED SIMULATION TECHNOLOGIES
基础培训教程 – 凸轮轴正时模型
EXCITE Timing Drive Dynamic
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
2 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
阀系结构
流程:Single Valve Train (SVT)
凸轮型线的
设计和修改
运动学校核 SVT动力学分析
结构参数优化 OK?
OK?
YES NO
YES NO
模型
应用单质量或双质量模型
输入总刚度、阻尼和质量等属性
应用多体动力学模型
输入各质点的质量、刚度、阻尼、 摩擦等属性
目标 满足热力学性能的要求 动力学性能校核
边界条件 产品耐久性、疲劳
动力学限制(受力、速度等)、耐久性、疲劳
和噪声
计算时间 Seconds 1~2min per Engine Speed
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
3 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
阀系结构分析流程:TTD + Camshafts + Simple Timing Drive
TTD + Camshafts + Simple Timing Drive动力学分析
结构参数优化
OK?
YES NO
模型
● 上一流程 SVT模型
● 轴模型
● 简易皮带链条模型(纵向特性)
● 详细皮带链条张紧单元
目标
● 动力学评价
● 校核设计变量
● 为EXCITE Power Unit的NVH分析获得边界条件
边界条件 动力学要求(受力、运动等)
计算时间 全转速范围需要2~3小时
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
4 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
阀系结构分析流程:TTD + Camshafts + Simple Timing Drive
详细皮带链条模型动力学分析
结构参数优化
OK?
YES NO
张紧器调整
模型
● 上一流程 SVT模型
● 轴模型
● 详细皮带链条张紧单元
目标
● 动力学评价(包括高阶效应)
● 为EXCITE Power Unit的NVH分析获得边界条件
边界条件 动力学要求(受力、运动等)
计算时间 各转速范围需要2~3小时,低转速计算时间较长
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
5 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
整阀系模型
58
Valve Stem_3_2
51
Valve Stem_3_1
44
Valve Stem_3
45
Valve Spring_3
59
Valve Spring_3_2
52
Valve Spring_3_1
53
Cam Contour_3_1
46
Cam Contour_3
60
Cam Contour_3_2
47
Finger Follower
C
S
61
Finger Follower_2
C
S
54
Finger Follower_1
C
S
55
Valve Face_3_1
62
Valve Face_3_2
48
Valve Face_3
63
Connection Shaft Valve Train_2
56
Connection Shaft Valve Train_1
49
Connection Shaft Valve Train
57
Rigid Ground_1
50
Rigid Ground
64
Rigid Ground_2
37
Cam Contour_2
30
Cam Contour_123
Cam Contour
31
Pressure at Cam_124
Pressure at Cam
38
Pressure at Cam_2
32
Tappet_1
39
Tappet_225
Tappet
40
Valve Stem_233 Valve Stem_126
Valve Stem
27
Valve Face
34
Valve Face_1
41
Valve Face_2
42
Valve Spring_2
35
Valve Spring_1
28
Valve Spring
36
NRFV_1 43 NRFV_229 NRFV
1
SHAF1
2
SHAF2
3
SHAF3
4
SHAF4
5
SHAF5
6
SHAF6
7
SHAF7
8
SHAF8
9
SHAF9
10
SHAF10
11
SHAF11
12
SHAF12
13
SHAF13
14
SHAF14
15
SHAF
16
Camshaft Pulley
S
B
17
SRBS
18
SRBS1
19
SRBS2
20
SRBS3
21
SABS
22
RotExc
65
Crankshaft Pulley
R
摇臂结构排气单阀系
平面挺柱结构进气单阀系
简易皮带
凸轮轴及轴承
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
6 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
EXCITE Timing Drive建模过程
● 全局坐标系:右手定则
● 𝑥 旋转轴,常由前端指后端为正
● 𝑧 轴垂直向上
● 𝑦 轴右手定则确定
● 初始条件:曲轴第一拐朝上时,确定第一缸凸轮配气相位(V型机需特别注意相位问题)
● 建立并分析进 / 排气单阀系模型(以第一缸相位为准),存为用户模块或直接拷贝
● 调入进 / 排气单阀系模块,并复制
● 建立凸轮轴,定义轴段数据
● 确定各缸配气相位(发火顺序)
● 建立立皮带 / 链条驱动模块
● 合并成整个正时驱动系
● 施加驱动和外载
● Simulation和Result Control,进行计算
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
7 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
凸轮轴建模
● 凸轮轴可用以下两种方式建立:
● 使用多个简易轴段建立凸轮轴
● 使用宏单元建立凸轮轴
1
SHAF1
2
SHAF2
3
SHAF3
4
SHAF4
5
SHAF5
6
SHAF6
7
SHAF7
8
SHAF8
9
SHAF9
10
SHAF10
11
SHAF11
12
SHAF12
13
SHAF13
14
SHAF14
15
SHAF
1
In_CamShaft
1
C.4
5
C.8
9
C.12
13
C.18
19
C.20
2
C.6 C.10 C.14
21
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
8 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
数据输入 – 轴段单元SHAF / SHPU
● 凸轮段、轴承段、轴段:分别用SHAF
● 皮带轮轴段 / 链轮轴段:用SHPU
● 各段为一集中质量点,有6个自由度(质量和惯量)
● 可根据x轴向位置,将本轴段与前轴段相连,考虑:
● Y和Z向弯曲
● X向扭转
● X向拉伸 / 压缩
● 可以考虑弯曲和扭转振动
● 连接特性填在本轴段中(橙色箭头所指)
轴承段
凸轮段
轴段
凸轮段
轴承段
径向轴承
推力轴承
旋转驱动
驱动轴
发火顺序
1
SHAF
2
SHPU
1
SHAF
2
SHPU
1 2 3 4 5 6 7
注意:连接各单元时须沿着X轴方向建
模,即说𝑋坐标位置小的单元是前单元
1
CAM1
2
Bearing1
3
CAM2
4
SHAF1
5
CAM3
6
Bearing2
7
CAM4
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
9 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
数据输入 – 轴段单元SHAF / SHPU
1
SHAF
2
SHPU
后连接:SHAF / SHPU / SHGE / SABS / SRBS / TRBE / CONN / NRFV
前连接:SHAF / SHPU / SHGE
1
SHAF
本轴与前轴间
本轴段
绕旋转轴惯量
绕垂直轴惯量
包括该轴段处的所有
质量,如轮盘质量
𝐶𝑜𝐺
𝑑𝑎
𝑙
𝑑𝑖 𝒙
𝒛
4
32
xxI D l
本轴段惯量(实心)
2
2 23( )
48 4
zz
D
I D l l
质量和惯量:本轴段
本轴段
本轴段
前段
本轴与前轴段连接:填在本轴段模块中
传递力及力矩的结果为本轴段的结果
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
10 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
数据输入 – 轴段单元SHAF / SHPU
1
SHAF
2
SHPU
Shaft Properties - Elasticity
每段轴相对阻尼
剪切面积率
弹性模量E
剪切模量G=E/2(1+v), v泊松比
实心0.9
考虑弯曲和扭转刚度
COG 1
𝑥
𝑦
COG 2
前轴段
本轴段
l1 l2
l
质心 质心
质心间距
A1=d2/4
横截面积
A2
横截面积
各轴段阻尼:整轴由𝑛段组成(串连),则每轴段
的相对阻尼为
其中:𝐷为整个轴材料相对阻尼,可取𝐷 = 0.01
等效截面积:
● 若为锥形轴,分成多段,
分别取平均半径和质心间距
等效截面2阶截面矩(绕𝑦, 𝑧抗弯2阶截面矩,绕x抗
扭2阶截面矩)
实心/空心圆柱2阶截面矩
绕𝑦和𝑧轴(抗弯 ) 绕𝑥轴(抗扭 )
DnDShaf
2
2
1
1
21
A
l
A
l
ll
Aequ
2
2
1
1
21
xx
x
I
l
I
l
ll
I
64
44
ia
zy
dd
II
32
44
ia
x
dd
I
1
2
3
4
5
6
1
2
5 6
5 6
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
11 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
数据输入 – 轴段单元SHAF / SHPU
1
SHAF
2
SHPU
皮带轮与轴的连接:
● 连接扭转刚度:考虑带轮与轴间的连接
形式、连接表面质量等。
● 抗扭2阶截面矩约缩小为:
● 螺钉连接40%
● 螺栓连接50%
● 锥形连接70−80%
● 压力装配80−90%
● 弯曲特性:受连接方式的影响较小
剪切面积率
2
2
2
2
2
1220167
116
a
i
a
i
a
i
SA
d
d
d
d
d
d
r
6 4
• 𝑟𝑆𝐴 剪切面积比
• 𝜈 泊松比
• 𝑑𝑖 轴内径
• 𝑑𝑎 轴外径
对于实心轴
887.0SAr3.0
CoG
da
l
di x
z
y
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
12 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
数据输入 – 轴段单元SHAF / SHPU
可选:考虑凸轮质心
1
SHAF
2
SHPU
*C
● 凸轮质心的偏心量
● 若柴油机凸轮质心偏心较大,需考虑凸轮质心偏心
产生的离心力影响
● 全局坐标下(𝑦 − 𝑧坐标系第一曲拐朝上),凸轮质
心位置
● 建议:用3D模型直接获得精确值
● 估算:带凸轮的SHAF单元,偏出基圆的面积造成
的偏心量为
* 4
3
a b
C
其中:
𝑏 −基圆半径
𝑎 −基圆半径+最大升程
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
13 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
29
NRFV
数据输入 – Connection Shaft-Valvetrain
29
NRFV
后连接:CDAT
前连接:SHAF / SHPU
𝐶𝑟𝑎𝑛𝑘 𝐴𝑛𝑔𝑙𝑒
超前
+Crankdeg
Crankdeg
落后
-Crankdeg
计算气门曲线 实际排气门升程 实际进气门升程
● 凸轮型线数据:来自于CAM Design(或图纸),必须0~360𝐶𝐴𝑀𝑑𝑒𝑔
● CAM Design中可知,该凸轮型线产生的计算气门最大升程点位置
● 实际气门 与计算气门 最大升程点的相位差(超前为正)
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
14 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
数据输入 – Connection Shaft-Valvetrain
配气相位:实际气门比计算气门落后(负)140𝐶𝐴𝑀𝑑𝑒𝑔,故凸轮数据 向后偏移
发火顺序(1-2-3):第一缸0𝐶𝐴𝑀𝑑𝑒𝑔;第二缸落后(负)120𝐶𝐴𝑀𝑑𝑒𝑔;第三
缸落后(负)240𝐶𝐴𝑀𝑑𝑒𝑔
实际进气门
最大升程点 计算气门数据
落后-140
第一缸换气上止点 第一缸燃烧上止点
29
NRFV
29
NRFV
1
CDAT1
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
15 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
数据输入 – Connection Shaft-Valvetrain
29
NRFV
载荷数据时间偏移量
从动件运动方向
一般是凸轮中心到基
圆接触点的单位矢量
凸轮中心到基圆接触
点的距离矢量
发火顺序
发火顺序:第一缸为0CAMdeg,其它各缸按发火
落后角度(负数)
若外载曲线施加在排气阀门上,须定义其时间偏
移量(如:缸压曲线从燃烧上死点开始,则第一
缸载荷数据偏移0秒,其它各缸按转速和发火落
后角度推算)
1
2
3
4
1
2
● 凸轮中心为坐标原点
● 定义基圆接触点的距离和方向
距离:𝑦和𝑧方向,主要是描述与凸轮轴的
相对运动方向,能够正确加入轴承负载
从动件方向:单位矢量
3
4
𝑧
𝑦
摇臂
基圆
摇臂与凸轮接触点
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
16 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
数据输入 – Connection Shaft-Valvetrain
29
NRFV
在EXCITE Timing Drive中所有应用相位的单元说明
1
CDAT1
29
NRFV
对于定义的相位关系计算结果中:
凸轮型线的相位 = - -
气门压力曲线的相位 = - +
1
2
3
4
1 2 3
4 3
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
17 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
66
SRBS4
数据输入 – SRBS / SABS / TRBE
后连接:无
前连接:SHAF / SHPU / SHGE
66
SRBS4
1
1
2
2
3
3
3
3
4
支承结构刚度(接触部分刚度串连):
● 径向轴承刚度:受支座形式的影响,建议有限元
计算。缺省值为1 × 109𝑁/𝑚。
● 止推轴承刚度:受止推形式的影响,对动力学计
算影响较小。可取缺省值5 × 108𝑁/𝑚。
径向轴承中,计算液体动力润滑。负数时(无数据时)
程序不考虑润滑。
不选择时:计算液体动力润滑,得到摩擦力矩。
选择时:用摩擦系数计算摩擦力矩,常不计
轴承孔径=轴颈+2*半径间隙
半径间隙/半径
瓦宽径比=宽/直径
常不计
1
3
4
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
18 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
2
SABS
数据输入 – SRBS / SABS / TRBE
2
SABS
3
TRBE
后连接:无
前连接:SHAF / SHPU / SHGE
后连接:无
前连接:SHAF / SHPU / SHGE
接触阻尼-与轴承材料和接触状况有关:
其中:D - 相对阻尼系数:一般径向轴承0.2,止推轴承0.07
m (kg) – 被支承部分的轴段质量=整轴质量/径向或止推轴承数
c (N/m) – 该方向的结构刚度
止推轴承-边缘阻尼:止推片/轴段无接触时,考虑缝隙中机
油阻尼特性
滚动轴承-间隙区阻尼:轴段/滚子/轴承圈无接触时,程序使
用的阻尼
2d D mc (Ns / m)
2 2a r
轴向和径向变形方向矢量(m):
范围[1.E-9/∞],
对球轴承Axial=0, Radial=1m
轴向间隙
可取:边缘阻尼=接触阻尼
常不计
常不计
半径间隙
可取:=接触阻尼
注意:
● 该元件是无质量单元
● 表示凸轮轴和机体的连接(
刚度和阻尼)
● 计算结果包括
● 最小油膜厚度
● 最大油膜压力
● 摩擦扭矩
● 液力计算公式应用的是
sommerfeld的函数
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
19 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
TTD结果分析与评价
● 检查配气相位是否正确:
● 获得正确的凸轮轴力、扭矩和弯矩等
● 注意:相位单元控制从凸轮到气门(包括载荷)的所有相位
● 检查凸轮轴、传动轴和轴承位置
● XYZ方向的移动:在正常的轴承间隙内
● 旋转速度:平稳的动态旋转
● 传动对凸轮轴的影响
● 传动速比和传动方向要正确
● 包括张紧力(预紧+动态)、扭矩等
● 计算整个发动机转速
● 如果凸轮轴有共振,可能改变配气相位、使飞脱和反跳加剧
● 皮带传动的固有频率也不高
● Result control中自动画出随转速的变化曲线
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
20 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
TTD结果分析与评价
● 阀系分析
● 飞脱临界速度
● 弹簧振动与共振
● 气门落座速度/气门反跳、液压间隙调节器特性
● 与名义升程的偏差
● 驱动分析
● 链轮 / 带轮 / 轴的角速度波动
● 动态传递特性
● SVT / SVT及SVT / 凸轮轴相互作用
● 链、皮带 / 凸轮轴相互作用
● 链 / 皮带驱动中的动态力
● 链 / 皮带驱动共振
● 一般的链 / 皮带张紧器的建立
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
21 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
TTD结果分析与评价
● 阀系正常气门升程,避免飞脱和落座反跳(单
阀系的所有内容)
● 驱动系运行平稳(皮带、链条或齿轮),避免
轴的弯曲与扭转振动共振。检查链轮 / 带轮 /
轴的角速度波动
● 凸轮轴刚度和固有频率足够
● 动态传动特性
● SVT / SVT及SVT / 凸轮轴相互作用
● 链、皮带 / 凸轮轴相互作用
● 皮带与链动态驱动力,受凸轮轴系载荷影响,
要求凸轮力矩平稳
● 轴承力(径向和止推轴承)
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
22 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
TTD结果分析与评价
● 检查气门升程
● 正确的配气正时,各缸均考虑
● 满意的气门升程,各缸均考虑
● 检查气门速度和落座力
● 各缸落座速度光滑,速度不大
● 各缸是否出现反跳等
进气门落
座反跳
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
23 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
TTD结果分析与评价
检查转速波动
● 转速波动正常
径向轴承力
● 阀系噪声激励因素之一
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
24 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
TTD结果分析与评价
示例 – 凸轮轴结果
58
Valve Stem_3_2
51
Valve Stem_3_1
44
Valve Stem_3
45
Valve Spring_3
59
Valve Spring_3_2
52
Valve Spring_3_1
53
Cam Contour_3_1
46
Cam Contour_3
60
Cam Contour_3_2
47
Finger Follower
C
S
61
Finger Follower_2
C
S
54
Finger Follower_1
C
S
55
Valve Face_3_1
62
Valve Face_3_2
48
Valve Face_3
63
Connection Shaft Valve Train_2
56
Connection Shaft Valve Train_1
49
Connection Shaft Valve Train
57
Rigid Ground_1
50
Rigid Ground
64
Rigid Ground_2
37
Cam Contour_2
30
Cam Contour_123
Cam Contour
31
Pressure at Cam_124
Pressure at Cam
38
Pressure at Cam_2
32
Tappet_1
39
Tappet_225
Tappet
40
Valve Stem_233 Valve Stem_126
Valve Stem
27
Valve Face
34
Valve Face_1
41
Valve Face_2
42
Valve Spring_2
35
Valve Spring_1
28
Valve Spring
36
NRFV_1 43 NRFV_229 NRFV
1
SHAF1
2
SHAF2
3
SHAF3
4
SHAF4
5
SHAF5
6
SHAF6
7
SHAF7
8
SHAF8
9
SHAF9
10
SHAF10
11
SHAF11
12
SHAF12
13
SHAF13
14
SHAF14
15
SHAF
16
Camshaft Pulley
S
B
17
SRBS
18
SRBS1
19
SRBS2
20
SRBS3
21
SABS
22
RotExc
65
Crankshaft Pulley
R
除了上述的凸轮轴角位移,反映凸轮轴扭转变形对阀系开启和关闭的影响,还有一些其它的结
果需要分析和考虑。下图是某发动机阀系模型EXCITE Timing Drive模型,后端为悬臂结构。
悬臂结构
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
25 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
TTD结果分析与评价
示例 – 凸轮轴结果
上图为计算得到的两径向轴承间各轴段质心随凸轮
转角变化的弯曲变形曲线。表明:跨距内两方向的
弯曲变形基本在14微米内,轴向轨迹的偏移量也基
本在14微米的范围内,考虑到轴承支撑刚度和所取
的轴承间隙,该段的工作是正常的。
将左图整理后得到以上曲线,当弯曲变形较大时,
凸轮轴后段处于弯曲状态。由于后端为悬臂结构,Z
向产生了超过30微米的弯曲变形,可通过检查气门
落座、凸轮和摇臂飞脱等结果,来检查后端弯曲对
阀系工作的影响。
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
26 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
TTD结果分析与评价
示例 – 凸轮轴结果
各凸轮轴承的随转速变化的最大轴承载荷。其中最后的凸轮轴承载荷达3300N,单位
平均载荷达4.3N/mm^2。许用单位载荷应考虑到材料类型(如铝合金机体)、润滑条
件和机油温度等综合因素。与带轮或齿轮靠近处的轴承分析,必须建立整体的传动模
块后进行分析处理。轴承力也是摩托车用凸轮轴滚动轴承选型的重要依据。
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
27 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
TTD结果分析与评价
示例 – 凸轮轴结果
进一步的有限元强度分析
● 计算方法:瞬态应力分析,Direct Transient Response求解器,如NASTRAN SOL109
● 有限元模型:整个凸轮轴或其中一部分,在加载和约束截面上做RBE2,独立点于旋转轴
心线上。主要包括凸轮段、轴承段、整轴前/后的负载段
Section 1
Section 1
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
28 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
TTD结果分析与评价
示例 – 凸轮轴结果
● 载荷边界条件:凸轮段、整轴前 / 后的负载段上,施加由EXCITE Timing Drive得到的力/力
矩的时间序列(比如每5Cam deg一个数据,共360Cam deg,Simulation Control中填入负
值如-5)。
● 约束边界:可以用多种方法。一般可以:在径向/止推轴承的轴颈处,施加各方向的弹簧单
元,其刚度与TYCON中设定相同。计算结束后可检查弹簧力是否与EXCITE Timing Drive
计算的轴承力相同
F
o
rc
e
[N
]/
T
o
rq
u
e
[
N
m
]
58
Valve Stem_3_2
51
Valve Stem_3_1
44
Valve Stem_3
45
Valve Spring_3
59
Valve Spring_3_2
52
Valve Spring_3_1
53
Cam Contour_3_1
46
Cam Contour_3
60
Cam Contour_3_2
47
Finger Follower
C
S
61
Finger Follower_2
C
S
54
Finger Follower_1
C
S
55
Valve Face_3_1
62
Valve Face_3_2
48
Valve Face_3
63
Connection Shaft Valve Train_2
56
Connection Shaft Valve Train_1
49
Connection Shaft Valve Train
57
Rigid Ground_1
50
Rigid Ground
64
Rigid Ground_2
37
Cam Contour_2
30
Cam Contour_123
Cam Contour
31
Pressure at Cam_124
Pressure at Cam
38
Pressure at Cam_2
32
Tappet_1
39
Tappet_225
Tappet
40
Valve Stem_233 Valve Stem_126
Valve Stem
27
Valve Face
34
Valve Face_1
41
Valve Face_2
42
Valve Spring_2
35
Valve Spring_1
28
Valve Spring
36
NRFV_1 43 NRFV_229 NRFV
1
SHAF1
2
SHAF2
3
SHAF3
4
SHAF4
5
SHAF5
6
SHAF6
7
SHAF7
8
SHAF8
9
SHAF9
10
SHAF10
11
SHAF11
12
SHAF12
13
SHAF13
14
SHAF14
15
SHAF
16
Camshaft Pulley
S
B
17
SRBS
18
SRBS1
19
SRBS2
20
SRBS3
21
SABS
22
RotExc
65
Crankshaft Pulley
R
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29 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
TTD结果分析与评价
示例 – 凸轮轴结果
● 瞬态应力结果
● 结果处理:整轴扭转或弯曲的情况、圆角应力集中处的应力。输出随凸轮转角变化
的应力曲线后,可计算安全系数。
S
tr
e
s
s
[
M
p
a
]
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1
Shaft
数据输入 – Macro Element – Shaft Modeler 1 Shaft
后连接:CLUB / HLAT / HLCT / FIFH / FIFO / SDME / MASS
前连接:SHAF / SHPU / SHGE
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31 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
数据输入 – Macro Element – Shaft Modeler 1 Shaft
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
32 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
数据输入 – Macro Element – Shaft Modeler 1 Shaft
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Model Rotation Axis
X
注意:建模时注意旋转方向
凸轮轴分成为多少个轴段的标准:
尽可能准确地描述凸轮轴的弯扭特征
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33 05/18/2012 Copyright © 2012, AVL AST CHINA
数据输入 – Macro Element – Shaft Modeler 1 Shaft
外部连接点
专用单元,常用
通用单元
0.01×段数
输入转速及波动
轴段
阶梯轴
左大右小
左小右大
锥形轴
外锥左大右小
内锥左大右小
外锥左小右大
内锥左小右大
偏心单元
凸轮
凸轮
平衡重
平衡重
盘类单元
飞轮
皮带轮
齿轮/链轮
用户自定义单元
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数据输入 – Macro Element – Shaft Modeler 1 Shaft
坐标系须前后保持一致
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数据输入 – Macro Element – Shaft Modeler 1 Shaft
16
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数据输入 – Macro Element – Shaft Modeler 1 Shaft
16
凸轮轴段总质量
相对质心的惯量
偏心角度(极坐标)
相对质心在旋转轴投影点的惯量
凸轮参数直接输入
根据基圆尺寸自动计算,忽略
凸轮桃尖形状
绕旋转轴转动惯量
绕径向转动惯量
绕切向转动惯量
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数据输入 – Macro Element – Shaft Modeler 1 Shaft
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
装配
不平衡分析,质量、惯量、质
心等结果
显示装配后状态
模态分析
显示模态分析结果
将装配后结果传递
为Timing Drive产生整轴模型
显示 质量计算 标记
强行将凸轮轴沿轴向移动(不推荐使用)
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数据输入 – Macro Element – Shaft Modeler 1 Shaft
2
不平衡计算的公式:
● 静不平衡性
𝑚表示曲轴总质量
𝑟𝑐表示旋转轴到曲轴质心的最小距离
● 动不平衡性
𝑒表示旋转轴的单位向量
s cU m r
1 2 3
T
e e e e
d x cU e J e
3 2
3 1
2 1
0
0
0
x
e e
e e e
e e
xx xy xz
C xy yy yz
xz yz zz
J J J
J J J J
J J J
EXCITE Timing Drive Basic Training Timing Drive Dynamic
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数据输入 – Macro Element – Shaft Modeler 1 Shaft
3
模态个数,常𝟕~𝟏𝟐,前𝟔个是刚体模态
5
单击即可显示相应模态振型
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数据输入 – Macro Element – Shaft Modeler 1 Shaft
宏元件的结果 标准元件结果:包括位移、速度加速度、受力及应力
一些特殊的用户定义结果