多楔带传动由于具有附件结构布置紧凑、承载能力强、安装维护方便、使用寿命长等优点,被广泛应用于发动机前端附件传动系统中,用于驱动发电机、空调压缩机、水泵、油泵、风扇等发动机附件。随着科技的进步和汽车工业的发展,发动机前端附件传动系统需要驱动的附件数量越来越多,汽车生产厂家对前端附件传动系统的承载能力、传递功率、空间利用、NVH性能、使用寿命以及可靠性等提出了越来越高的要求。作为发动机重要组成部分的前端附件传动系统,其设计的优劣,将直接关系到发动机附件的工作性能及其可靠性,进而决定到整机整车的相关技术与工作性能。当前的发动机前端附件传动系统设计方法是在经验基础上进行设计,提供多套设计方案,然后根据实验结果以及少量计算进行验证,并从中择优选择。这种设计方法对设计人员的要求很高,且实验验证周期长,成本高,不利于产品的快速开发,而且也不能保证所开发的产品具有最优服役性能。因此,建立一种准确的系统动力学模型,有效地预测系统在各种工况下的动态特性和服役性能,并通过计算机辅助优化设计对系统结构参数和布局进行优化,是快速获取最优设计方案的最佳途径。论文针对发动机前端附件传动系统非线性振动建模与计算及其优化设计中的关键问题,围绕多楔带带段和自动张紧器等关键部件的静、动力学特性建模与实验,张紧器干摩擦对发动机前端附件传动系统扭转振动响应的影响,带-轮刚柔耦合非线性振动建模与求解,以及发动机前端附件传动系统全局优化设计等4个方面开展了研究工作,具体研究内容和主要结论如下:(1)通过横向振动实验,研究了带段横向振动时的迟滞阻尼特性。结果表明:带的横向振动时的激励力-位移响应曲线是一明显的迟滞曲线,而且该迟滞曲线的朝向以各阶固有频率为对称点左右偏转,带的迟滞损耗角在各阶固有频率附近发生了突变是导致上述现象的主要原因;忽略干摩擦引起的粘滑现象,张紧器可以简化为一线性扭簧-粘性阻尼系统。(2)建立了含张紧器干摩擦的发动机前端附件传动系统的扭转振动动力学模型,采用一种改进的多谐波平衡(improved multiple harmonic balance,IMHB)方法计算了系统的扭转振动,通过与龙格库塔法的计算结果对比,证明了IMHB方法的正确性。研究了干摩擦对系统动力学响应的影响,特别是由于干摩擦造成的张紧臂摆振时的粘滑现象。计算了单个周期内不同张紧器干摩擦的耗能情况,发现在同一转速下,张紧器干摩擦耗能随干摩擦力矩的增加先增大后减小,并据此给出了干摩擦阻尼设计建议。(3)建立了具有任意多个附件带轮和一个自动张紧器的发动机前端附件传动系统带-轮刚柔耦合非线性振动通用动力学模型,该模型由多个偏微分方程组和常微分方程组组成的连续-离散混合模型。模型考虑了带轮的加工误差、带轮转动时的径向跳动、轴承磨损等因素且将其等效为带轮的偏心。提出了一种通用的精确空间离散(Generalized accurate spatial discretization,GSD)方法,该方法将描述系统运动的偏微分控制方程组转换为常微分控制方程组进行求解,克服了偏微分方程组带来的求解困难,模型和求解方法的正确性通过模态计算对比和发动机前端附件传动系统台架实验进行了验证。所提出的GSD方法与伽辽金方法具有同等计算精度和效率,但GSD方法的试函数只需要满足齐次边界条件,因此操作更加方便简洁,更具通用性。(4)基于带-轮耦合振动模型,开展了发动机前端附件传动系统振动性能优化设计研究。根据频率灵敏度分析,找到了对系统动力学性能影响较大的参数。发现张紧器初始扭矩、张紧器扭转刚度、张紧器转动惯量、张紧器初始安装角等是带段横向振动、带轮及张紧器扭转振动的敏感参数。(5)采用加权系数法和罚系数法,将本文带约束的多目标优化问题转化为单目标优化问题,建立了系统优化设计问题的目标函数。提出了一种动态自适应粒子-遗传算法(Dynamic adaptive PSO-GA,DAPSO-GA)对张紧器结构参数进行全局优化设计,且该算法相比同类算法在寻优能力、收敛性以及稳定性等方面的优越性通过对照测试函数试验进行了验证。(6)采用DAPSO-GA优化算法得到了满足目标函数的系统全局最优设计参数,对比了考虑和不考虑带轮偏心两种情形时的优化结果,并通过频率灵敏度分析讨论了本文优化结果的合理性。优化之后,系统的振动问题得到了极大改善,由带轮偏心引起的带段横向振动过大的问题得到了有效解决,且带段的振动幅值分布更加均匀。