扭振对轴承受力及整机噪声影响的研究

针对曲轴扭转振动与整机辐射噪声问题,以某直列四缸发动机曲轴系统为研究对象,基于AVL Excite软件,在匹配扭振减振器(torsional vibration damper,TVD)与不匹配TVD两种情况下,采用弹性流体动力学模型轴承计算模型研究了曲轴扭振对机体所受激励与轴瓦表面压力分布的影响;并且在两种情况下,分别对曲轴扭振与车内噪声进行了试验测试,测试与主观评价表明,匹配TVD情况下曲轴扭振幅值降低,车内原有异响声明显改善。研究分析结果表明,扭振会使得曲轴模态频率附近范围内机体所受激励幅值增加,改变轴瓦表面载荷的幅值与分布规律,导致发动机乃至整车产生异响。     

发动曲轴系统扭转振动建模与实测分析

建立了发动机曲轴系统扭转振动的集总参数模型,讨论集总参数模型中各个自由度转动惯量、刚度和阻尼系数的确定方法。利用集总参数模型计算分析曲轴系统的固有频率和在气缸压力的作用下曲轴前端的扭振。实验测试了一发动机曲轴系统的扭振,并与计算结果进行了对比分析。结果表明,曲轴系统的固有频率和曲轴前端扭振的计算结果与实测结果较为一致,证明了建立的模型和模型参数确定方法的正确性。曲轴扭振的建模方法和模型参数的确定方法可用于曲轴前端扭转减振器的设计。     

基于遗传优化BP神经网络的发动机曲轴扭转减振器优化

发动机曲轴轴系的扭转振动会影响发动机的性能以及整车舒适度,对曲轴扭转减振器进行优化可有效降低曲轴扭转振动。首先,针对直列四缸汽油发动机曲轴轴系建立多自由度集总参数模型,求出不同谐次激振力矩响应的叠加结果;然后,以优化曲轴轴系扭振幅值为目标,建立曲轴扭转减振器优化设计的数学模型,应用遗传优化BP神经网络算法对扭转减振器进行优化;最后,在此基础上,将应用遗传优化BP神经网络算法和仅应用BP神经网络算法的优化结果进行对比,结果表明遗传优化BP神经网络模型的预测精度更高。将优化后的扭转减振器参数代入多自由度集总参数模型进行计算,得到与遗传优化BP神经网络算法预测值非常接近的曲轴轴系扭振幅值,进一步验证了遗传优化BP神经网络优化结果的准确性。     

基于弯扭组合模型的压缩机曲轴扭振分析

曲轴作为压缩机的关键部件,其扭转振动是引起压缩机共振故障的重要因素。针对大型往复式压缩机曲轴复杂的结构特点和曲轴扭转振动的实际情况,提出具有连续分布质量的等截面轴和弯曲梁相组合的曲轴扭振模型,以曲柄臂和等截面轴的扭转振动微分方程为基础,推导给出了计算曲轴扭振固有频率的状态方程。大型曲轴实例分析结果表明,此方法的计算精度优于传统的集中质量模型、阶梯轴模型,非常接近有限元结果,适合大型往复式压缩机轴系的快速设计计算。     

基于集中质量法发动机曲轴系统扭振特性分析

曲轴的非刚体特性决定了扭转振动是不可避免,在设计中必须要加以考虑的因素.针对某四缸发动机扭转振动特性进行分析,采用集中质量法对曲轴轴系进行扭转振动建模,获取系统的特征方程,分别应用并对比了二自由度和六自由度当量系统方法,获取轴系的自振频率和振型,并获取低谐次的共振转速;采用非接触式试验测试,对比曲轴系统试验数据和理论分析数据,获得校准后的发动机轴系扭振计算模型,对比了两种求解模型结果的差异性,并对理论计算结果进行修正.结果 可知:二自由度和六自由度当量系统法均可对曲轴轴系的自由振动特性进行分析,二者的误差在4％以内;在发动机的转速范围内,对于该发动机轴系的主谐次和次主谐次,存在多个共振转速,需要设计专门的扭转减振器进行控制;基于扭转振动实验测试,对曲轴轴系的扭转振动模型进行修正,可以显著提高二自由度和六自由度当量系统法获得的轴系自由振动特性的准确性,二者的误差控制在0.5％以内;同时模型分析与试验测试结果基本一致,表明分析模型的可靠性,为实际设计提供重要参考.     

汽油机停缸扭振特性分析

为了研究4缸直列汽油机停缸工作的曲轴轴系扭振特性,采用多体动力学软件AVL-EXCITE Designer建立曲轴系统模型,并通过实验数据校核了模型。开展了20%~40%负荷下不同停缸方案的曲轴扭振特性仿真研究。结果表明:停缸后曲轴系统扭转角位移显著增加,角位移以低阶滚振为主;对于4缸直列汽油机而言,曲轴两端两缸停缸方案的扭振特性优于中间两缸停缸方案。     

装多级扭转减振器的发动机曲轴系统扭振分析

对装有n级橡胶阻尼式扭转减振器的发动机曲轴系统,建立其扭振分析的通程化模型。该模型适用于任意气缸数的发动机(V型或直列)曲轴系统。以优化参数的单级、两级并联和两级串联扭转减振器为例,对装有优化参数的减振器的发动机曲轴扭振进行计算比对,分析各减振器对发动机曲轴扭振的影响。计算结果表明,以控制曲轴在单简谐激励下各共振峰最小为优化目标选定的减振器,需要经过在实际发动机激励下进行强迫扭转振动分析验证后,方能实现最优选择。     

汽车发动机曲轴纵向振动的研究

在发动机运转时,柔韧性和周期性的转矩对发动机轴的时刻有曲轴的作用扭转振动。轴系扭振能承受交变应力,但疲劳的积累就会造成曲轴的突然断裂。再加上较低的固有频率扭转振动,容易引起共鸣,进而引起大的噪音,它的其他部分磨损加剧,甚至可能发生再次断裂等严重损坏发动机曲轴事故。安装曲轴扭振减振器是曲轴扭振控制的主要措施,通过对发动机曲轴扭振分析,采用合理有效的方式来设计配套曲轴扭振减振器具有十分重要的意义。     

大型活塞压缩机曲轴振动分析（一）——模态分析

随着往复压缩机向大型化和高速化方向发展,曲轴因扭振而产生破坏的可能性在迅速增大,对压缩机曲轴扭振研究的要求越来越迫切。而影响曲轴扭振的最主要因素是曲轴的模态。以某大型压缩机曲轴为例,对曲轴进行简化,利用ANSYS软件以Timoshenko 3-节点梁单元为基础,考虑轴承油膜的作用,对压缩机曲轴模态进行了计算。该模型还可以用来对曲轴进行谐响应分析和强迫振动分析。利用Lanzos方法提取了曲轴前7阶模态,结果显示曲轴的第一阶模态为29.073Hz,振型为整体扭转振动。考虑吸排气过程中气阀阀片运动产生的气流脉动对激振力的影响,对激振力进行傅里叶分解,得出激振力的功率谱密度图,以判断该曲轴在工作条件下是否会发生扭转共振。     

轴系扭振诱发的车内异响诊断及优化

针对某涡轮增压轿车在加速过程中出现320~470Hz异响问题进行诊断与优化。首先,对异响特性及源头进行诊断,按照一般整车异响诊断流程,依次进行了基本的声振测试、机舱内声强测试以及燃烧测试,发现异响源自发动机且为整体扩散式异响,排除了燃烧激励起异响的可能性之后,判断异响由轴系振动引起;然后,进行小惯量扭振减振器(torsional vibration damping,简称TVD)的轴系扭振测试来验证异响与扭振的关系,时频图上显示异响频段内扭角特性与异响十分相似,断定异响源自轴系扭振;最后,针对装配大惯量TVD条件下的轴系进行扭振仿真计算,350Hz对一阶扭转模态具有最优的减振效果。依照仿真结果重新设计TVD进行试验,结果显示车内噪声异响频段内幅值衰减明显,主观评价"咕噜"音消失。本研究对于主流轿车的车内异响诊断和优化都具有着重要的指导意义。     

高功率密度柴油机曲轴三维耦合振动特性研究

针对柴油机强化过程中曲轴三维振动的耦合现象难以准确预测的问题,根据曲轴动力学和简谐分析理论,建立12V150柴油机曲轴振动模型,分析三维耦合现象与机理,并探究安装扭转减振器对三维耦合振动的影响。结果表明:在较强谐次3、4.5次时扭振幅值较大,弯曲振动在较宽频率范围内出现峰值,多个谐次的扭振和弯振会引起同频或倍频轴振;相邻轴颈间的三维振动存在耦合关系;安装扭转减振器对扭转振动控制作用明显,多个主要谐次的弯曲、轴向振动幅值降低,低转速时竖直弯振和轴振反而增大。主要工作转速范围和三维振动耦合作用在柴油机强化设计阶段时应重点考虑。     

传动系扭振引起的MPV车内轰鸣声控制方法

为解决传动系扭振所导致的MPV车内轰鸣声问题,以某型国产前置后驱MPV为研究对象,建立了传动系扭振AMESim仿真模型,利用飞轮端角加速度(实测数据)与飞轮及曲轴惯量乘积作为系统输入,激励模型进行强迫响应分析,通过对比关键点扭振仿真结果与试验结果从而验证了模型有效性,利用此模型研究了对象车型传动系扭振特性,从减少激振力输入的角度出发,提出了通过加装扭转减振器控制后桥输入轴处扭振幅值的方案。验证试验结果表明:所提方案可以有效地降低传动系扭振,改善提升车内声振舒适性,对车内轰鸣问题存在较好优化效果,从而解决了由于传动系扭振引发的NVH问题。     

扭转减振器应用于前置后驱汽车传动系统扭振研究

针对某前置后驱汽车由传动系扭振引起车内低速轰鸣声的问题,建立了传动系统的扭振理论计算模型。基于扭振模型研究了扭转减振器及其转动惯量对传动系统扭振模态和传动系扭振响应的影响。最后将大惯量的扭转减振器应用于传动系统并实车测试,测试结果与计算分析结果吻合,传动系扭振得到了有效治理,车内轰鸣声消失,整车NVH性能得到了明显提升。     

往复压缩机曲轴转动惯量和扭转刚度的有限元计算

以某国产往复压缩机的曲轴为例,说明了使用有限元分析方法计算曲轴转动惯量和扭转刚度的过程。计算过程规范,计算结果准确,避免了使用经验公式或近似计算带来的计算误差,为准确预测往复压缩机组的扭振固有频率和动态扭振响应,实施有效的扭振控制措施,避免机组扭振共振提供了技术保证。     

径向弹簧型双质量飞轮扭转减振器扭振固有特性研究

在分析径向弹簧型双质量飞轮扭转减振器工作原理的基础上,提出了汽车动力传动系径向弹簧型双质量飞轮扭转减振器扭振固有特性的减振设计方法。基于所建立的动力传动系多自由度集总质量一弹簧扭振分析模型,对比分析了采用径向弹簧型双质量飞轮扭转减振器和离合器从动盘式扭转减振器的动力传动系扭振固有特性,结果证实了该方法设计的扭转减振器具有很好的减振效果。     

内燃机曲轴停缸扭振特性多体动力学分析

基于虚拟样机技术,采用结合有限元法（FEM）的多体系统仿真（MSS）方法对汽车发动机曲轴进行扭转振动分析。建立了包括柔性体曲轴在内的内燃机曲轴系统的多体动力学模型,并由此模型对发动机采用停缸系统时的扭振特性进行模拟,分析了计算结果,提出了较好的停缸方案。     

6135柴油机轴系扭振与减振研究

针对装有硅油-橡胶减震器的某6135柴油机曲轴轴系强烈扭振现象,对扭振减震器结构重新进行了设计.通过比较四种减震方案,选取最优化的一种方案进行了减震效果分析计算,并与实验结果进行比较.改进后的减震器明显降低了曲轴扭振主要谐次的共振振幅以及轴段应力,并且降低了噪音,提升了柴油机曲轴轴系运转的可靠性.     

三缸机传动系扭振试验研究和仿真分析

动力总成的传动系统扭振问题一直是汽车噪声、振动和声振粗糙度(noise,vibration and harshness,简称NVH)领域研究的热点和难点,针对某型三缸机中型多用途汽车(multi-purpose vehicles,简称MPV)高挡位低转速加速时车内振动和噪声问题,基于半消声室转鼓客观测试试验,运用传递路径分析方法,建立了传动系路径激励的识别方法。针对该三缸机动力总成,建立六自由度三缸机传动系扭振集总参数动力学模型,利用Matlab-Simulink软件进行仿真分析,实现了传动系扭振的准确预测和传动系扭振关键参数的分析。研究发现,传动系扭振受到发动机燃烧扭矩、发动机转速、传动系转动惯量和扭转刚度的影响显著,提出的传动系扭振前期开发策略为整车NVH性能的开发奠定了基础。     

发动机曲轴轴系扭振技术研究的方法分析

曲轴扭振对发动机NVH性能有着重要的影响,它在发动机设计中具有重要地位。总结了发动机振动的类型、曲轴扭振的产生原因及其产生的危害,同时评述了发动机轴系扭振研究的力学模型、计算方法的优点及不足。最后,提出将有限元和多体动力学相结合来研究发动机曲轴扭振是其较好的方法以及非线性振动是人们需要研究的重要问题。     

内燃机曲轴轴系多体动力学分析

基于虚拟样机技术,采用结合有限元法(FEM)的多体系统仿真(MSS)方法对汽车发动机曲轴进行扭转振动分析。建立了包括柔性体曲轴在内的内燃机曲轴系统的多体动力学模型。根据多体动力学进行模拟仿真计算,将计算值与实测值进行对比分析,发现仿真结果与实测结果吻合较好。并由此模型对发动机采用停缸系统时的扭振特性进行模拟,分析了计算结果,提出了较好的停缸方案。