考虑内燃机系统耦合振动的活塞拍击研究

活塞拍击是内燃机中最主要的机械噪声源,降低活塞拍击是改善内燃机振动噪声性能的技术措施之一。本文考虑活塞、连杆、曲轴以及缸体的耦合振动对活塞拍击的影响,建立活塞拍击动力学分析模型,研究了某型柴油机的活塞拍击及缸体振动响应。探讨了活塞裙部轮廓形状、偏置活塞销对活塞拍击及缸体辐射噪声的影响,计算结果和实验数据证明：活塞轮廓形状对活塞拍击的频率成分的分布及噪声品质有重要影响,活塞销向主推力面适当偏置有助于降低活塞拍击及辐射噪声水平。     

基于变分模态分解的多缸柴油机缸套振动差异分析

多缸柴油机缸套振动噪声响应的差异导致缸套润滑、磨损及穴蚀现象不同,引起缸套可靠性差异并缩短整机使用寿命,研究差异的产生原因有助于柴油机的维护与设计优化。内燃机振动噪声的主要来源是燃烧冲击与活塞二阶运动引起的缸套敲击,而多缸柴油机缸套振动噪声的差异主要来源于活塞敲缸。以某重型六缸柴油机为研究对象,基于变分模态分解技术对多缸振动响应差异开展了溯源分析。建立了活塞敲缸动力学计算模型并通过试验验证了参数设置的合理性,通过变分模态分解从振动响应中提取了主要频率成分与相关模态。结果表明：多缸柴油机各缸振动幅值分布趋势一致,缸套中上部的振动最剧烈;各缸振动差异与机体模态特性有关,缸套间振动差异与机体第7阶模态振型趋势一致,体现为第6缸振动最强,第2缸振动最弱。     

活塞二阶运动对非道路高压共轨柴油机振动及噪声影响分析

活塞敲击是柴油机主要的振动和噪声源,其主要原因是活塞在其与缸套的间隙中做横向和偏摆的二阶运动,因此研究活塞设计参数对活塞二阶运动的影响,优化活塞动力学特性,对于发动机减振降噪具有重要意义。以某非道路四缸高压共轨柴油机为研究对象,建立活塞动力学计算模型以及整机多体动力学计算模型,通过机体和曲轴的模态试验,验证了有限元模型的准确性;采用正交设计方法,研究了活塞销偏置量、活塞裙部中凸点位置、配缸间隙对活塞动力学、整机振动与噪声的影响。研究结果表明:活塞配缸间隙对活塞敲击能量、活塞敲击力、活塞所受力矩影响最大;对发动机振动噪声敏感性分析显示,活塞销偏置是影响发动机振动与噪声性能的关键因素。     

活塞与缸套间隙对敲击噪声的影响

活塞敲击噪声是柴油机最重要的机械噪声,控制敲击噪声一般可以从源、传递途径以及表面辐射3方面考虑,其中控制源效果最佳。基于活塞2阶运动理论建立活塞运动动力学方程,计算得到活塞与缸套间隙别为0.5 mm、1.0 mm和1.5 mm 3种工况下的活塞与缸套4个接触点位置的载荷力。建立柴油机有限元模型,基于时域方法,计算柴油机表面的振动与噪声特性,预测机体的表面辐射声压。研究了活塞与气缸间隙对柴油机活塞敲击噪声的影响,得到机体振动与声学特性的变化情况,结果表明,通过采取减小活塞与缸套间隙的方法,可使柴油机的活塞敲击噪声得到一定的控制。     

六缸发动机活塞动力学建模与数值仿真研究

本文在考虑活塞二阶运动与曲轴在主轴承中的径向运动的基础上,对新型发动机的曲轴连杆活塞系统进行动力学建模,建立了活塞缸套间的流体动压模型、曲轴主轴承间的流体动压模型,然后对整体模型进行进行综合求解,在确定计算流程之后,由此算法编制Fortran语言进行求解,得到活塞二阶运动的变化规律以及曲轴在主轴承中的径向运动规律。     

齿轮拍击系统的动力响应

在考虑不平衡质量，主动轴转速波动及齿侧间隙的情况下，建立了单级齿轮传动系统的拍击振动模型，通过数值仿真，得到了系统的时间响应，根据时间响应及其相图可知，在拍击过程中，齿面碰撞，齿背碰撞及齿轮正常啮合现象交替出现，在某一转速下，拍击周期等于激励周期，在一个激励周期中，拍击过程中只出现一次，在另一转速下，出现二周期的拍击特性，在一个激励周期中，出现更多的拍击过程。在不同转速下，拍击振动的幅值有很大差异，当拍击次数增加，或出现齿背碰撞时，系统的动力学特性变得较复杂。     

喷射成形发动机用铝合金缸套制备技术

提高汽车发动机中的各种关键零部件的使用性能、降低其重量和制造成本是提高发动机综合性能、降低发动机直至整车重量和制造成本的关键。在发动机缸体和活塞等部件纷纷成功采用轻质铝合金以后，缸套轻量化已经成为限制发动机性能提高和新型发动机设计制造的“瓶颈”。近年来，喷射成形发动机用铝合金缸套的开发及应用，为上述问题的最终解决开辟了一条切实可行的新途径。通过多年努力，我们已经完全掌握了喷射成形技术，并且过了中试阶段。     

非道路高压共轨柴油机振动及噪声分析

非道路高压共轨柴油机工作条件恶劣,对振动噪声性能提出较高要求。应用多体动力学方法,建立非道路高压共轨柴油机活塞组动力学模型、阀系动力学模型以及整机多体动力学分析模型,通过对机体与曲轴模态测试,验证缩减模型的准确性。对活塞组和阀系动力学特性、主轴承载荷以及整机振动与噪声特性进行分析,结果表明,在倾覆力矩作用下,2阶谐次及其整数倍谐次下发动机振动较大;2阶谐次下,机体次推力侧振动比主推力侧振动剧烈;油底壳表面辐射声功率级最大,最大值为109.1 dB;在523 Hz频率下声压级最大,最大值为85.23 dB。研究结果可为整机减振降噪提供优化方向。     

含碰摩故障的新型转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型

针对航空发动机整机振动,建立了一种新型转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型.该模型具有如下特点:1)考虑转子、滚动轴承及机匣之间的耦合作用;2)考虑了实际航空发动机的弹性支承及挤压油膜阻尼效应;3)将转子考虑为等截面自由欧拉梁模型,运用模态截断法进行分析;4)考虑了滚动轴承间隙、非线性赫兹接触力以及变柔性VC(Varying Compliance)振动;5)考虑了转子与机匣之间的碰摩故障.运用数值积分方法获取了系统响应,研究了航空发动机的整机振动规律.     

浅谈车用气缸体新技术的发展

1概述 气缸是活塞在其内部作往复运动的重要机体。 活塞在缸套表面高速滑动,使气缸内壁受到强烈的摩擦。当润滑不良时气缸内壁是发动机中磨损最严重的表面之一,也是决定发动机大修期的重要表面之一。     

多柔性体系统振动问题分析研究

在以往单柔性体系统振动研究和柔性多体系统动力学理论的基础上,对包含多个柔性体在内的机械系统振动响应进行分析。通过使用ANSYS和ADAMS软件建立以曲轴活塞机构为代表的系统动力学模型,然后使用柔性体代替机构中的不同部件进行振动响应比较计算的方法,得到系统中柔性体变化与系统整体振动响应变化之间的基本规律。这些规律能够为大型系统级振动分析模型的简化和计算精度保证提供必要的参考。     

发动机燃烧噪声和活塞拍击噪声的产生机理试验研究

为有效地控制发动机燃烧噪声和活塞敲击噪声,研究了振动噪声的产生机理,指出了发动机振动传递的基本途径。通过对发动机结构的传递函数试验发现,由燃烧气体力所引起结构表面的响应主要是通过内部传力部件进行,频谱特性呈宽带凸峰特性,而通过敲击缸盖和缸孔引起的振动响应主要发生在2 000 H z以上频段,频谱成尖峰特性,且结构模态效应突出。结合试验结果,最后提出了控制发动机燃烧噪声和活塞拍击噪声的方向,为改进设计提供了参考。     

考虑弹流润滑影响的表面局部缺陷中介轴承动力学建模

航空发动机中介轴承位于发动机高、低压转子之间,其内、外环随高、低压转子同向或反向旋转,相对转速高和润滑条件恶劣造成中介轴承故障频发。针对表面局部缺陷中介轴承的振动故障诊断,考虑弹流润滑影响和时变位移激励,提出了一种带局部缺陷的中介轴承动力学建模方法。采用双转子实验台开展中介轴承外圈故障模拟实验,采集振动信号并进行分析。对比动力学模型数值模拟结果和故障轴承实验结果,验证了所建动力学模型的准确性。基于所建立动力学模型对有、无润滑的中介轴承在不同缺陷尺寸条件下的振动响应进行数值模拟。研究结果表明:该模型能够准确模拟中介轴承在不同状态、不同缺陷尺寸下的振动响应变化规律,可用于中介轴承故障机理分析。     

叶片丢失对齿轮涡扇发动机风扇轴振动影响的研究

针对齿轮涡扇发动机(Geared Turbofan Engine,GTF)的动力学设计要求,考虑叶片丢失后引起的突加不平衡激励、齿轮时变啮合刚度和啮合误差对系统振动特性的影响,采用考虑剪切变形Euler-Bernoulli梁单元建立风扇-齿轮-轴-轴承-机匣耦合关系的系统动力学模型。在单个叶片完全丢失的风车状态下,对比含有齿轮系统的齿轮涡扇发动机风扇轴的振动特性和不含齿轮系统的发动机风扇轴的振动特性区别。研究在不同转速下齿轮系统对齿轮涡扇发动机风扇轴振动的影响。研究结果表明:含有齿轮系统的齿轮涡扇发动机风扇轴的轴心轨迹呈现多频涡动,且轨迹都在一个稳定的极限环内;在风车状态下,啮合频率与模态频率有多个交点,系统的临界转速分布更为密集。研究结果为齿轮涡扇发动机的参数设计和后续改进提供参考。     

发动机双平衡轴系统设计分析

本文基于某直列四缸发动机的双平衡轴系统设计方案,利用Excite软件建立了发动机动力总成多体动力学分析模型,预测了动力总成振动噪声性能。分析了曲轴齿轮与平衡轴齿轮的啮合力对曲轴转速、主轴承反力的影响,探讨了搭载平衡轴系统后发动机振动响应的变化情况。利用传递路径分析方法,研究了双平衡轴系统对动力总成悬置2阶振动的减振效果及对车内噪声的改善情况。分析结果表明采用双平衡轴系统有助于提升发动机NVH性能、改善车内噪声水平。     

牙轮钻头纵向横向扭转振动动力学仿真研究

随着石油资源钻探难度的不断加大，有效地预测和控制井下钻头的运动规律，改善钻柱动力学性能，以提高钻头和钻柱的强度，实现对井眼轨迹的精确控制是目前钻井工业中亟待解决的关键技术难题。本文根据牙轮钻头的实际振动状态，分析了钻头产生各种振动的机理，讨论了钻头-岩石互作用力学模型，用能量法建立了考虑牙轮钻头纵向、横向和扭转振动耦合非线性系统动力学分析模型，编制了系统动力学仿真程序，并结合实例对牙轮钻头系统进行了动态仿真。     

转子-滚动轴承-机匣耦合系统中滚动轴承故障的动力学分析

针对实际的航空发动机转子系统,建立了含滚动轴承故障的转子-滚动轴承-机匣耦合模型.在模型中,考虑了机匣运动,弹性支承与挤压油膜阻尼的作用,同时,充分考虑了轴承间隙、滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由滚动轴承支撵刚度变化而产生的变柔性(Varying Cbmpliance)VC振动.在此基础上,建立了耦合系统中滚动轴承外圈、内圈及滚动体的损伤动力学模型,并运用数值积分方法进行了动力学仿真与分析.结果充分表明了本文提出的转子-滚动轴承-机匣耦合系统及滚动轴承故障动力学模型的正确有效性.     

考虑滑动轴承时变动力学参数的齿轮系统建模及分析

为了对齿轮系统进行更加深入的研究,综合考虑时变轴承动力学参数以及动态齿侧间隙的影响,建立了齿轮系统动力学模型并进行了振动响应分析。以圆柱直齿轮为研究对象,将动压润滑轴承模型与齿轮啮合模型相结合,并计入动态齿侧间隙的影响,建立了系统的动力学微分方程。提出了一种齿轮-滑动轴承耦合系统的求解方法,分别研究了轴承间隙、齿侧间隙以及转速对系统振动响应的影响。结果表明:滑动轴承动力学参数的时变特性有助于改善系统的振动响应;在一定范围内增加轴承间隙以及齿侧间隙可以减小齿轮动态啮合力以及径向振动;随着齿轮转频的增加,系统的振动响应幅值减小,运动趋于平稳。     

不同载荷激励对非道路高压共轨柴油机振动与噪声的影响研究

非道路柴油机工作条件恶劣,对整机振动与噪声性能提出更高的要求。以某非道路高压共轨柴油机为研究对象,建立了整机多体动力学模型,通过机体与曲轴模态测试,验证了整机有限元模型以及多体动力学模型的准确性;通过建立阀系动力学模型、活塞动力学模型以及轴系动力学模型,计算获得阀系载荷、活塞敲击载荷以及主轴承载荷等主要激振力;在此基础上,研究了不同激励对整机的振动与噪声的影响。研究结果表明:随着载荷激励的施加,发动机表面振动速度级也相应的增加;加载阀系载荷后,发动机在高频区域振动速度级小幅增加,阀系载荷对整机500 Hz、1 000 Hz频段的振动速度级影响较大;加载活塞侧击力后,活塞的二阶运动激励对于特征点的中高频振动影响较大;随着载荷激励的增加,各部件的表面辐射声功率级基本呈增加趋势,低转速下各方案影响差异大,中高转速下各方案影响差异变小,阀系载荷的加载对气缸盖罩振动速度级影响较大,活塞侧击力是各主要壳体件怠速机械噪声的主要影响因素。     

基于弹流润滑与动力学耦合的WN齿轮传动的强度设计

提出应用动力学与弹流润滑耦合原理进行WN (Wildhaber Novikov)齿轮强度分析的方法.依据振动学、油膜承载机理及其数值分析法,结合WN齿轮啮合原理,创建了该齿轮传动润滑与振动力学耦合分析模型.利用齿轮副的接触弹性和接触衰减描述轮齿弯曲载荷,考虑了啮合中同时啮合齿数变化对其刚度的影响,进行了啮合过程中多因素综合情况下的强度分析.计算分析与实验结果相符,为WN齿轮传动及其结构强度优化设计提供了参考.