【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 作現(xiàn)在相對(duì)完美的減震器。它專(zhuān)注于硅油減震器和橡膠減震器的長(zhǎng)處，同時(shí)對(duì)兩者的缺點(diǎn)進(jìn)行克服。這種減震器可以在很大的范圍內(nèi)對(duì)彈性進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)對(duì)橡膠層尺寸和橡膠硬度的選擇；同時(shí)也可以在很大范圍內(nèi)對(duì)阻尼進(jìn)行調(diào)整，它可以通過(guò)設(shè)計(jì)不同的油腔、油隙或者改變硅油的黏度來(lái)完成[15]。所以，使用這種復(fù)合式減震器在設(shè)計(jì)上更容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求的參數(shù)，同時(shí)它的減振效果和尺寸質(zhì)量都要由于分開(kāi)的任意一種減震器 [31]。 本章小結(jié)本章開(kāi)頭對(duì)曲軸減震器的分類(lèi)進(jìn)行了詳細(xì)的歸納總結(jié)，大致可以分為三類(lèi)。接下來(lái)介紹了三種曲軸減震器基本結(jié)構(gòu)，主要介紹了三種典型的曲軸減震器優(yōu)缺點(diǎn)，**大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7還介紹了三種減震器各自的工作原理，最后詳述了三種減震器的特點(diǎn)為以供以后的工作打下基礎(chǔ)。第三章計(jì)算流體力學(xué)理論基礎(chǔ) 計(jì)算流體力學(xué)的概念對(duì)于本論文而言，本章的理論基礎(chǔ)起到基石的作用，本論文在接下來(lái)的幾章將會(huì)介紹到推壓油路和漲壓油路的油路壓力分析，這不僅涉及了計(jì)算流體力學(xué)的理論基礎(chǔ)更涉及到了網(wǎng)格劃分軟件 GAMBIT 和計(jì)算流體力學(xué)軟件 FLUENT 的使用，只有掌握了理論基礎(chǔ)，熟悉了軟件操作，才可以有效的進(jìn)行后續(xù)工作。計(jì)算流體力學(xué)以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)之上的，CFD 主要不僅可以用來(lái)求解復(fù)雜的流體的流動(dòng)、而且還可以解決比較復(fù)雜的輻射問(wèn)題，更有勝者 CFD 也可以解決復(fù)雜的傳熱等方面的問(wèn)題。CFD 作為一種模擬計(jì)算工具，它屬于流體力學(xué)中較多門(mén)派中的一種。CFD 的原理是通過(guò)計(jì)算模這種有效的方式，可以簡(jiǎn)便的獲得流體在每一種不一樣的條件下的各種參數(shù)和狀態(tài)，這樣就很顯然的丟棄的試驗(yàn)臺(tái)這樣繁瑣的設(shè)備，進(jìn)而用計(jì)算機(jī)這樣先進(jìn)的儀器來(lái)代替它來(lái)進(jìn)行計(jì)算實(shí)驗(yàn)，這個(gè)模擬計(jì)算的平臺(tái)很簡(jiǎn)捷方便的提供給了人們，讓人們來(lái)獲得流體的實(shí)際工作參數(shù)和狀態(tài)。在這個(gè)設(shè)計(jì)快速發(fā)展的年代，CFD 已經(jīng)越來(lái)被人們所接納，在很懂行業(yè)都可以看到它的身影。計(jì)算流體力學(xué)的基本思想很簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是用有限的點(diǎn)來(lái)代替連續(xù)的場(chǎng)，這些點(diǎn)是離散的，而這些場(chǎng)卻是連續(xù)的。再將這些離散的點(diǎn)通過(guò)特定的原理例如雷諾方程，連續(xù)方程，守恒方程等等建立起來(lái)代數(shù)方程組。接著用計(jì)算機(jī)來(lái)求解方程組得出結(jié)果最后獲得場(chǎng)的近似值 [30]。CFD 這種數(shù)值模擬對(duì)流體的是建立在三大守恒方程控制下的。由于 CFD 這種強(qiáng)勢(shì)的數(shù)值模擬比起其他數(shù)值模擬軟件而言，它可以輕易地解決復(fù)雜的各種不同的流體流動(dòng)問(wèn)題，還可以直觀的看到各種復(fù)雜的流場(chǎng)特**大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8殊的結(jié)構(gòu)的變化，更有勝者 CFD 還可以直觀的看到每個(gè)點(diǎn)上的基本物理量的基本狀況，而且，當(dāng) CFD 與其他的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合時(shí)，就可以更簡(jiǎn)單更方便的進(jìn)行關(guān)于流體設(shè)計(jì)等 [16]。 基本控制方程 系統(tǒng)與控制體在流體力學(xué)中系統(tǒng)是由很多很多的流體的質(zhì)點(diǎn)的結(jié)合多組成的。環(huán)境是所不包含在流體系統(tǒng)之內(nèi)的物質(zhì)。在眾多的研究對(duì)象中，系統(tǒng)往往首當(dāng)其沖。而用來(lái)區(qū)別系統(tǒng)的就是外界。就算流體在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中其形狀會(huì)不斷的發(fā)生變化，但是系統(tǒng)總是包含著所有的質(zhì)點(diǎn)，這些質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量是不會(huì)減少的，而每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量不會(huì)發(fā)生變化，所以系統(tǒng)內(nèi)所有的質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量是確定的；就算外界和系統(tǒng)有力和能量的交換，但是質(zhì)量是不變的 [17]。為了研究某些問(wèn)題所取的特定的空間區(qū)域被稱(chēng)之為控制體，控制面的定義是包圍這個(gè)空間體積的邊界面，值得注意的是控制面的表面是封閉。在控制體中的質(zhì)點(diǎn)是可以改變的，當(dāng)控制體中的質(zhì)點(diǎn)通過(guò)控制面離開(kāi)或進(jìn)入控制體，就說(shuō)控制體與外界發(fā)生了動(dòng)量和能量的交換 [18]。 質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程）在流場(chǎng)中，部分的流體通過(guò)部分的控制面是這樣進(jìn)出控制體的，這時(shí)流體的體積質(zhì)量就會(huì)發(fā)生變化 [29]?？刂企w內(nèi)流體質(zhì)量的增量是通過(guò)進(jìn)入控制體的質(zhì)量減去流出控制體的質(zhì)量得到的，這就是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用，通過(guò)這，流體連續(xù)性方程式就可以被得出： ndAvdxyztv????????微分形式為： 0)(????Vt本課題研究的介質(zhì)為液壓油，視為不可壓縮流體，質(zhì)量守恒方程表示它的單位質(zhì)量的體積是不能變的。**大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 動(dòng)量守恒方程（運(yùn)動(dòng)方程）牛頓第二定律告訴我們，流體系統(tǒng)的動(dòng)量變化率是是一個(gè)矢量和，這個(gè)矢量和就是作用在流體上的外力，動(dòng)量守恒方程如下： ?????????????zpyxpFdtwtvzpyxpdtuzbz yyxb?? 能量守恒方程 ????????kefijjjiefii SuJhxTkpEuxt ???????????????其中： ；2iphE?? 是有效傳導(dǎo)系數(shù)，efk tefk??其中： 是湍流熱傳導(dǎo)系數(shù)；tk 是 組分的擴(kuò)散流量；jJ 包括了化學(xué)反應(yīng)熱以及其它用戶定義的體積熱源項(xiàng)；kS CFD 數(shù)值模擬方法分類(lèi) 有限差分法有限差分法是眾多 CFD 數(shù)值模擬軟件中最經(jīng)典的方法之一，有限差分法很容易讓人們接受，因?yàn)樗⒃诮?jīng)典的數(shù)學(xué)逼近理論的基礎(chǔ)之上，有限差分法對(duì)于規(guī)則區(qū)域的結(jié)構(gòu)劃分非常有效，但是對(duì)于非規(guī)則的區(qū)域的結(jié)構(gòu)劃分有限差分法就顯得不方便了，會(huì)導(dǎo)致數(shù)值不穩(wěn)定，影響計(jì)算精度 [19]。**大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 有限元法有限元法讓人們?cè)谟?jì)算機(jī)上面用仿真軟件實(shí)現(xiàn)模擬一個(gè)工程問(wèn)題，這樣簡(jiǎn)便而不要實(shí)際去做，它就是這樣一種巧妙的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)。有限元法的最大優(yōu)點(diǎn)就是在設(shè)計(jì)階段就可以在計(jì)算機(jī)上面發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的不足，而不是到產(chǎn)品真正的做出來(lái)。這樣不僅很有效的減少了產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間，而且很有效的的降低了研發(fā)資金，同時(shí)也縮短了產(chǎn)品的制造時(shí)間。有限元法借鑒了有限差分法的優(yōu)點(diǎn)離散處理，因?yàn)橛邢拊▽?duì)網(wǎng)格劃分很有優(yōu)勢(shì)，所以被應(yīng)用的很廣泛 [20]。 有限體積法有限體積法是目前數(shù)值模擬應(yīng)用最廣泛的方法之一。因?yàn)橛邢摅w積法是以物理量守恒為基礎(chǔ)的。通過(guò)對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的有限個(gè)子區(qū)域的積分離散來(lái)構(gòu)造離散方程。有限體積法的基本思路簡(jiǎn)單易懂，能得出直接的物理解釋 [21]。有限體積法不僅巧妙地適用于流體計(jì)算，而且也應(yīng)用于復(fù)雜的不規(guī)則的網(wǎng)格，不僅簡(jiǎn)單易懂而且很精準(zhǔn)，非常適用于二維三維湍流數(shù)值計(jì)算 [22]。 層流和湍流的基本理論流體流動(dòng)狀態(tài)可分為層流和湍流兩種形式。層流可以理解為液體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)過(guò)程中作有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，而不是混亂的運(yùn)動(dòng)，這樣液體質(zhì)點(diǎn)之間相互無(wú)摻雜的流動(dòng)形式稱(chēng)之為層流。如果液體質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)形態(tài)叫做湍流。層流通過(guò)分子間相互作用，湍流主要通過(guò)質(zhì)點(diǎn)間的混摻。湍流所傳遞的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于層流 [23]。水利工程所涉及的流動(dòng)，一般為湍流。層流的特點(diǎn)：層流各層間的液體是互不混雜的，液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是直線或是有規(guī)則的平滑曲線。湍流的特點(diǎn)：湍流流體質(zhì)點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)是無(wú)序性，流體質(zhì)點(diǎn)相互參雜，運(yùn)動(dòng)不僅是混亂無(wú)章，而且運(yùn)動(dòng)還具有不能確定的隨機(jī)性；更有勝者湍流也具有耗能性，擴(kuò)散性等等 [24]。 FLUENT 概述FLUENT 軟件因?yàn)樗吭降挠?jì)算性能和人性化的界面，所以它在流體建模中被大面積的使用。自它被開(kāi)發(fā)出來(lái)之后，因?yàn)樗淖吭降挠?jì)算性能，人性化的用戶界面，所以在各個(gè)領(lǐng)域都有它存在的聲影。FLUENT 是目前不僅是各種功能最全面，**大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11而且是適用性最廣泛、更有勝者它是國(guó)內(nèi)外使用最廣泛的 CFD 軟件之一。 FLUENT 之所以被廣泛的使用是因?yàn)樗哂袡C(jī)智的網(wǎng)格的特性。使用者可以使用多種非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，更有勝者使用者可以用混合型非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格 [25]。FLUENT 可以讓使用者按照使用者的特定情形來(lái)對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行改正。 GAMBIT 概述在使用 FLUENT 之前，GAMBIT 為前處理軟件，GAMBIT 可以建模，這樣一來(lái)它不僅使建立模型變得簡(jiǎn)單，而且也可以巧妙地生成各種各樣的網(wǎng)格，更有勝者GAMBIT 減少了縮短了產(chǎn)生網(wǎng)格的周期 [26]。GAMBIT 的主要功能有：（1）GAMBIT 因?yàn)橛袃?yōu)秀的的網(wǎng)格生成能力，可以自動(dòng)化的生成各種網(wǎng)格，所以這樣就為使用者有效的縮短工作時(shí)間。（2）GAMBIT 可以有效的的提高計(jì)算的準(zhǔn)確率是因?yàn)樗擅畹牟捎昧俗赃m應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)。（3）GAMBIT 可以導(dǎo)入豐富的三維模型，意思就是說(shuō)使用者可以在其他的三維建模軟件中先建立好三維模型，然后在導(dǎo)入 GAMBIT 中。（4）GAMBIT 可以更簡(jiǎn)潔的來(lái)檢查網(wǎng)格，可以得出參數(shù)報(bào)告，使用者可以通過(guò)報(bào)告來(lái)直接或間接地檢查網(wǎng)格，了解網(wǎng)格的缺陷，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行進(jìn)一步的改正。GAMBIT 作為這么強(qiáng)大的前處理軟件，它的使用場(chǎng)合變得更多樣化，可以為流體計(jì)算奠定理論的基礎(chǔ) [28]。 本章小結(jié)本章在前幾章的基礎(chǔ)上詳述了有關(guān)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的知識(shí)，第一這一章詳述了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的知識(shí)，然后對(duì)于控制體詳述了三大守恒方程：質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程。然后在三大守恒方程的基礎(chǔ)上介紹了三種 CFD 數(shù)值模擬方法：有限差分法，有限元法、有限體積法。本文還介紹了流體有兩種流動(dòng)方式：層流和湍流，在液壓裝配中這兩種流動(dòng)方式都會(huì)出現(xiàn)。**大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12第四章 柴油機(jī)曲軸減震器模型建立及裝配 主要零件的三維模型建立UG 是一套三維參數(shù)化軟件，最顯而易見(jiàn)的是 UG 不僅具有強(qiáng)大的建模功能，而且 UG 還具有強(qiáng)大的分析功能，更有勝者 UG 也具有強(qiáng)大的加工功能。UG 的建模技術(shù)把優(yōu)秀的傳統(tǒng)建模技術(shù)和先進(jìn)的參數(shù)化建模技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)了。使用者使用 UG 的建模功能可以將自己的想法和設(shè)計(jì)快速的表達(dá)出來(lái)。UG 不僅有建模能力，同樣也具有裝配能力，使用者可以根據(jù)自己建立的模型，用 UG 進(jìn)行組裝，同樣UG 也可以創(chuàng)建二維工程圖。UG 強(qiáng)大的處理系統(tǒng)不僅可以對(duì)模型進(jìn)行復(fù)雜的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，而且也可以進(jìn)行復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)分析，更有勝者 UG 也可以對(duì)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)估和優(yōu)化；最后 UG 不僅可以可根據(jù)模型設(shè)計(jì)工裝夾具、而且也可以進(jìn)行復(fù)雜的加工處理，巧妙地直接生成數(shù)控程序用于產(chǎn)品的加工 [27]。本課題為曲軸減震器，曲軸減震器主要包括主輪轂、次輪轂、拉伸器體、曲軸、曲軸齒輪、側(cè)板、隔圈、襯套、活塞等 主輪轂三維模型的建立如圖 41 所示，在曲軸減震器中，主輪轂是極其重要的零件，在主輪轂的內(nèi)孔設(shè)有油溝，作漲壓油路使用，而在外側(cè)主輪轂由 8 個(gè)半圓柱體切割而成，這 8 個(gè)凹槽是用來(lái)放置減震材料：凸塊和彈簧組的地方，在內(nèi)孔還存在 1/800 的斜度，以便于安裝設(shè)置。 次輪轂三維模型的建立如圖 42 所示，與主輪轂配合的次輪轂，次輪轂安裝在主輪轂的外側(cè)，次輪轂和主輪轂一樣，在此輪轂的內(nèi)側(cè)有 8 個(gè)半圓柱體切割而成的凹槽，當(dāng)主輪轂與次輪轂同軸安裝時(shí)主輪轂的 8 個(gè)凹槽和次輪轂的 8 個(gè)凹槽正好組成 8 個(gè)圓柱體，這樣就**大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13可以把土塊和彈簧組安裝進(jìn)去，起到減震的效果。 圖 41 主輪轂三維模型 圖 42 次輪轂三維模型 拉伸器體三維模型的建立如圖 43 所示，拉伸器體安裝在曲軸上，位于主輪轂的左變作用是將曲軸減震器拉出或推入曲軸，用螺栓與主輪轂相連，拉伸器體為圓柱狀，在外表面設(shè)有進(jìn)油口，進(jìn)油口是為了漲壓，推壓時(shí)油液能夠順利的進(jìn)入油道所設(shè)置。拉伸器體與活塞相連圖 43 拉伸器體三維模型 曲軸三維模型的建立如圖 44 所示，曲軸的端部是一個(gè)階梯軸，分為三段，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在曲軸**大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14的側(cè)面有 6 個(gè)螺紋孔，這是用來(lái)和凸塊相連，進(jìn)而和活塞相連。而曲軸中部是建模難點(diǎn)，要保證曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的同軸度，再設(shè)計(jì)曲軸的時(shí)候應(yīng)該能更多地考慮到同軸度的問(wèn)題。圖 44 曲軸三維模型 曲軸齒輪三維模型的建立如圖 45 所示，曲軸齒輪安裝在曲軸上的第三個(gè)階梯上面，在減震器方面沒(méi)有實(shí)質(zhì)的作用，建立這個(gè)模型是為了練習(xí)軟件，如何建立齒輪模型，在曲軸齒輪左側(cè)揩油 12 個(gè)螺紋孔，便于減震器安裝在其上，同時(shí)還設(shè)有定位孔。圖 45 曲軸齒輪三維模型**大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 其他零件的三維模型建立 側(cè)板三維模型的建立如圖 46 所示，側(cè)板安裝在曲軸上，位于曲軸減震器的左側(cè)面作封閉曲軸減震器用，側(cè)板較薄，用來(lái)固定主輪轂與次次輪轂，在側(cè)板上開(kāi)了與次輪轂一樣數(shù)量的螺紋孔，同時(shí)還有定位孔，保證凸塊和彈簧組的位置。 隔圈三維模型的建立如圖 47 所示，隔圈安裝在曲軸減震器的右側(cè)面，隔圈起到連接曲軸齒輪和曲軸減震器的作用，隔圈的形狀中間拱起，中間開(kāi)的螺紋孔與曲軸齒輪的螺紋孔相配，外側(cè)開(kāi)的螺紋孔與曲軸減震器相配。 圖 46 側(cè)板三維模型 圖 47 隔圈三維模型 襯套三維模型的建立如圖 47 所示，襯套安裝在曲軸上，位于曲軸齒輪里側(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其目的是為了防止曲軸齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)磨損曲軸。 活塞三維模型的建立如圖 48 所示，活塞安裝在拉伸器體內(nèi)側(cè)，活塞上有油溝，這個(gè)油溝可以進(jìn)行推曲軸減震器，在漲壓油路把曲軸減震器漲開(kāi)時(shí)，推壓油路將曲軸減震器推進(jìn)曲軸，完成裝配。在拆卸時(shí)，當(dāng)漲壓油路將曲軸減震器漲大時(shí)，推壓油路又將曲軸減震器從曲軸上拉下來(lái)，完成拆卸。**大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 47 襯套三維模型 圖 48 活塞三維模型 柴油機(jī)曲軸減震器三維裝配 減震器三維裝配如圖 49 所示，曲軸減震器是由主輪轂、次