曲轴不同平衡率对曲轴强度与振动特性的影响

曲轴不同平衡方案不仅直接影响整机振动与噪声,还影响曲轴的轻量化设计。研究不同平衡率方案曲轴对发动机振动与曲轴强度的影响,优化设计曲轴,对降低整机振动与提高可靠性具有重要意义。以非道路高压共轨四缸柴油机为研究对象,系统分析了不同平衡率与不同平衡块结构的4个曲轴方案的平衡性;通过曲轴模态试验与机体模态仿真,验证了曲轴和机体有限元模型的准确性;基于柔性多体动力学理论,建立了整机多体动力学仿真模型,研究了曲轴不同平衡率对额定转速工况下曲轴强度与振动特性的影响。研究结果表明:随着平衡率增加,曲轴各圆角处最大应力值增大,曲轴圆角疲劳安全系数降低;最大应力值为284.1 MPa,最小安全系数为1.7,均出现在四平衡块100%平衡率曲柄销圆角处。随着平衡率增加,油底壳关注点的不同谐次下振动加速度峰值减小,机体上各关注点的振动速度级降低,汽缸盖罩在低频段下振动速度级降低。随着平衡率增加,各倍频程下机体振动速度级降低,倍频程中心频率为500 Hz,汽缸盖罩和油底壳振动速度级增大。     

基于压缩机-支架系统的异常噪声研究

针对某乘用车发动机转速在1 573 r/min,压缩机开启时车内噪声异常的问题,对样车进行试验分析与诊断,对压缩机-支架系统进行仿真分析,提出改进方案并验证改进效果。利用LMS声振信号采集系统采集振动噪声数据,采用频谱分析、阶次追踪等方法,并结合压缩机-支架系统模态仿真结果,确定车内异常噪声是压缩机轴频21阶与压缩机-支架系统3阶模态频率接近发生共振造成的。通过优化支架结构来提高压缩机-支架系统3阶模态频率以此来避免共振,并换装橡胶驱动盘缓和压缩机输入扭矩波动。将改进结构进行整车试验,结果表明：匀速工况空调开启时问题转速下,车内噪声降低了2.5 dB(A);匀加速工况空调开启时发动机转速1 500~1 650 r/min区间,车内噪声无峰值,其余转速空调开启时改进前/后车内噪声基本不变,噪声波动趋势平缓。     

航空发动机转子系统动力特性的研究

航空发动机作为高速旋转机械,其振动特性直接影响到飞机的整机性能,而转子系统是发动机的主要振源。在试车过程中,发现某型涡扇双转子航空发动机频频发生振动故障,为了查出影响发动机振动的主要因素,以某型涡扇双转子发动机为研究对象,应用ANSYS有限元软件计算了转子系统的临界转速和振型,并利用多体动力学仿真软件ADAMS建立转子系统的刚柔耦合虚拟样机模型,在转速维持恒定的情况下,进行了动力学仿真,得到了转子系统的不平衡响应,为减振工作提供了技术支持。     

配缸间隙对发动机机体振动噪声影响研究

分析活塞配缸间隙对活塞2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。以非道路4缸高压共轨柴油机为研究对象,建立了活塞动力学计算模型及整机多体动力学计算模型,进行了配缸间隙对活塞动力学与发动机机体振动噪声影响的仿真分析;对机体和曲轴进行模态试验,验证了有限元模型的准确性。通过整机的仿真分析,结果表明:配缸间隙增大后,摩擦平均有效压力依次减小;活塞敲击力先小幅减少,然后急剧增大,最后趋于稳定。在主推力侧,不同配缸间隙计算方案均在2阶谐次下出现最大振动峰值;在次推力侧,振动在800～3 000 Hz频段内差异比较明显,在2 000～3 000 Hz频段内差异尤为显著。机体噪声的1/3倍频程分析显示不同配缸间隙计算方案在中心频率500Hz时出现最大声功率级。     

针对齿轮箱阶次噪声问题的多体仿真

针对工程上的齿轮箱阶次振动噪声问题,建立包含3D齿轮、线性轴承、柔性壳体等的齿轮箱多体动力学仿真模型.计算在电机外特性扭矩输出下,时域的齿轮轴轴承力及齿轮箱壳体表面振动速度.对时域的仿真结果进行快速傅里叶变换,分析其频域的阶次特性;同时进行全负荷工况下车内振动噪声测试,以测试结果评估多体仿真的指向性.仿真结果与测试结果相比:11阶对应共振频率误差-6.3％,29阶对应共振频率误差-10.4％,验证了基于多体仿真方法进行齿轮箱阶次噪声分析的可行性.     

活塞销偏置对非道路柴油机振动与噪声的影响研究

基于发动机活塞运动方程及柔性多体动力学理论,运用模态综合方法对机体和曲轴进行模态缩减,建立了活塞动力学计算及整机多体动力学仿真模型,通过模态试验对有限元仿真模型的准确性进行验证。仿真分析了不同活塞销偏置量对活塞动力学及发动机振动噪声的影响规律,结果表明:随着活塞销负偏置量的增加,压缩上止点附近的活塞敲击时刻提前,敲击能量逐渐减小。不同活塞销偏置方案下,发动机机体、汽缸盖罩、油底壳、齿轮室罩及飞轮壳均在二阶谐次下振动较剧烈,当活塞销偏置-1.6 mm时,振动最剧烈。随着活塞销负偏置量的增加,各部件表面辐射声功率级先减小后增大,在1/3倍频带500～1 250 Hz中心频率的表面辐射声功率级较大,活塞销偏置-0.4 mm时声功率级最小。综合活塞动力学、振动及噪声特性的分析结果,此发动机的活塞销负偏置设计值应取0.4～0.8 mm最好。     

某船用柴油机发电机支架系统仿真计算分析

基于Hypermesh前处理软件,利用ABAQUS结构仿真软件对某船用柴油机发电机支架进行模态、强度以及面压滑移计算,且利用FEMFAT疲劳分析软件对支架进行了疲劳计算分析。计算结果显示,发电机支架系统一阶模态高于发动机最高空车转速对应激励频率的1.2倍,避开了柴油机工作时的共振风险,模态满足设计要求。发电机支架在六向冲击载荷工况下,产生的Mises应力最大值低于对应材料的屈服强度极限,强度满足设计要求。支架与飞轮壳间面压连续,滑移小,发电机支架高周疲劳安全系数最小值高于限值1.1,面压、滑移及疲劳均满足设计要求。通过CAE软件的仿真分析,为结构设计的合理性提供了必要的指导和依据,有效地提高了设计质量,缩短了研发时间。     

基于改进型峰值搜索法的变速箱振动阶比分析

基于传统内燃机汽车发动机引起振动噪声阶次特征明显的特点,运用短时傅里叶变换（short-time Fourier transform,简称STFT）进行转速估计,结合阶次追踪法,对汽车加速工况变速器振动信号进行阶次分析。首先,利用STFT对加速工况变速箱振动信号进行时频分析;其次,利用改进型峰值搜索法提取特征阶次所对应的瞬时频率值,进一步计算得到发动机转速信号表达式;然后,根据发动机转速信号表达式对振动信号在角域重采样,进行阶次分析;最后,利用本研究方法对变速箱加速过程振动信号进行阶次分析,并与商用软件LMS.Test.lab分析结果进行对比。结果表明,本研究方法无需布置转速传感器即可对变速箱振动信号进行阶次分析,为整车振动噪声试验分析提供参考。     

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。     

基于Adams的传动轴-后桥系统耦合振动研究

以"十字轴万向节-传动轴-准双曲面齿轮副-圆锥滚子轴承-半轴"组成的传动轴-后桥系统为研究对象,基于动力学分析软件Adams,考虑中间支承的影响,建立仿真模型,得到了中间支承、后桥输入处以及半轴轮端在不同输入转速下的2阶(角)加速度幅值变化曲线,并确定了2阶幅值曲线的峰值位置。采用基于阶次追踪的台架实验研究,得到系统的1阶扭转振动固有频率为57 Hz,此结果与仿真分析结果吻合,证明了传动轴-后桥系统Adams仿真计算结果的正确性,解决了动力学仿真在研究柔性传动系统耦合振动特性尤其是模态参数获取时精度不高的问题。     

柴油机曲轴扭振多体动力学分析与研究

为分析4100QBZL型柴油机曲轴的扭转振动,建立该柴油机曲轴的有限元模型,对曲轴进行模态分析,并在模态分析的基础上获得曲轴的柔性体中性文件,建立曲轴系的刚柔耦合多体动力学模型,通过多组试验测量的缸内压力数据作为驱动力,进行耦合仿真,得到曲轴系各部件运动规律以及曲轴在柔性体模型下的主轴颈、连杆轴颈负荷仿真结果,并对曲轴进行扭振分析,获得发动机在稳定运转时曲轴扭转振动幅值随负荷和转速的关系。结果表明:随发动机转速以及负载的提高,曲轴的扭转振动均存在变大的趋势,且转速对扭振幅值影响更为显著。曲轴系的振动幅值在各工况下满足工程要求。研究结果对提高柴油机的噪声、振动、行驶平顺性(Noise、Vibration、Harshness,NVH)具有参考意义。     

基于临界转速与振型相似的涡轴发动机模拟转子实验台设计方法

针对涡轴发动机由于燃发转子零部件多、转速高、流固热耦合导致振动特性复杂,难以通过整机试验揭示振动特性机理的问题,在结构相似的基础上,采用相似设计基本理论,提出通过各阶临界转速之比相等和振型相似的涡轴发动机模拟转子实验台的设计方法.首先阐述了相似设计理论并推导出转子系统质量、刚度和固有频率之间的相似关系表达式.然后以某型涡轴发动机燃发转子模拟实验台设计为例,在其工作转速的基础上,依照各阶临界转速之比相等与振型相似的设计原则,对涡轮盘、转轴、弹性支撑等模拟转子结构件进行反求等效设计,从而构建出同原型机动力学特性相似的模拟转子有限元模型,分析其前3阶临界转速及对应的振型,与原型机相应临界转速值最大误差为3.5％.最后通过试验测试该模拟转子实验台临界转速与振动响应,验证了该相似设计方法的正确性.该方法可拓展到类似转子结构的设计过程.     

基于同步提取变换与Vold-Kalman滤波的燃机阶次跟踪方法研究

针对管道、船舶、航空等行业使用的燃气轮机转速频繁变化,难以提取振动信号中目标阶次成分的问题,对燃机振动信号阶次跟踪方法进行了研究,提出了一种基于同步提取变换与Vold-Kalman滤波的燃气轮机振动阶次跟踪方法。首先,对振动加速度信号进行了积分,得到了转子工频成分明显的振动速度信号;然后,参考同步性较差的转速数据在振动速度信号中使用同步提取变换的方法,提取了瞬时频率,即同步精确的转子工频;将振动加速度或速度信号与转子工频作为输入,利用Vold-Kalman滤波阶次跟踪方法,提取了目标阶次成分的时域波形;最后,将该方法应用于实际燃机的振动数据分析中。研究结果表明:该方法能够准确、有效地提取出燃机目标阶次时域波形,可为振动状态监测及预警提供数据支撑。     

前置后驱传动系统与驱动桥的耦合振动研究

某前置后驱车型在急加速工况下出现后桥振动剧烈和车内噪声强烈的现象,振动和噪声的频谱分析中对应发动机转速的二阶及四阶量为主要量。为研究该型振动的激励及产生机理,探究改善该车型急加速下的振动噪声性能的方法,建立了包括传动系统、后悬架、整体式后桥等在内的车辆多体动力学模型,分析了传动系统振动和后桥振动的耦合机制,发现该车型传动系统的扭转振动会激发整体式后桥的俯仰振动,并对两种改良方案进行了仿真验证。     

基于Excite的双质量飞轮仿真分析

讨论了双质量飞轮的结构及工作原理,分析了双质量飞轮降低变速箱输入轴扭转振动的理论基础;然后在Excite多体动力学软件中建立了带有双质量飞轮的发动机轴系仿真分析模型,并进行了仿真分析;最后,通过比较仿真结果与试验结果,发现双质量飞轮不仅能有效降低输入变速箱的转速波动,还能提高汽车舒适性,降低曲轴前段的扭转振动。     

某单缸汽油发动机振动噪声预测

目的为了预测隆鑫通用自主生产的某单缸汽油发动机的结构辐射噪声,联合运用有限元法,多体动力学法以及声学边界元法,对该单缸发动机进行了振动噪声的仿真计算。利用有限元法对整机进行模态分析获得模态频率和振型,运用多体动力学法计算活塞连杆机构、曲轴主轴承、配气机构等作用在机体上的激励力,将得到的激励力和模态数据导入到LMS Virtual.Lab软件中,仿真计算发动机的表面振动和辐射噪声。仿真结果与实测结果一致性较好。本文为发动机的结构振动噪声研究提供了一种计算方法。     

正弦加载液压泵故障振动信号的阶比多尺度形态滤波方法研究

 液压泵在变载荷作用下会引起转速波动且发生幅值调制现象,振动信号呈现出明显的非平稳性,传统的滤波方法难于进行有效滤波。针对正弦加载液压泵故障振动信号提出一种阶比多尺度形态滤波方法,利用基于EEMD理论的时频阶比分析方法将正弦加载液压泵故障振动非平稳信号转化成角域平稳信号,再用多尺度形态滤波方法对角域平稳信号进行多尺度寻优和解调处理获得多尺度解调信号,并进行阶次谱分析得到振动信号的特征阶次。通过实验证实,该方法能对正弦加载液压泵故障振动信号进行有效滤波,且能提取出更多的有用故障信息。     

发动机塑料进气歧管总成振动分析

建立发动机动力总成有限元分析模型及多体动力学分析模型,采用对比分析的方法,研究塑料进气歧管总成不同支架支撑方案对塑料进气歧管总成模态、振动响应等的影响效果,分析结果表明,支架对于具有大阻尼比的塑料进气歧管发动机的振动响应影响有限.发动机NVH台架试验、整车NVH试验进一步验证了不采用支架的塑料进气歧管对发动机和整车NV...     

发电机支架振动疲劳分析及其优化设计

为了解决某发电机支架断裂问题,首先测试发动机端的时域-加速度曲线,将其转换为频域-加速度曲线并且作为振动激励,对发电机支架进行频率响应分析,分析结果表明其最大应力超过其材料屈服。然后基于功率普密度函数对其进行疲劳寿命预测,分析结果表明其寿命小于目标值,并且与强度分析薄弱区域和实际断裂位置一致。再基于广义下降梯度算法对发电机支架进行结构参数寻优,优化之后发电机支架均可以满足其疲劳强度性能要求。最后对发电机支架的优化方案进行整车路试验证,试验结果表明发电机的振动幅值明显降低,发电机支架未发生断裂,有效地解决了该断裂问题。该分析手段及其优化方法为高频响应支架的故障解决提供了一种科学参考。     

压气机中叶片与叶盘耦合系统振动特性研究

基于有限元方法建立某型航空发动机压气机叶片模型,通过模态仿真获得了该叶片在榫头固支约束下的动力学特性,研究了离心力对叶片振动的影响,并通过模态试验对计算模型和仿真数据进行验证;利用循环对称法对建立的叶片轮盘有限元模型进行振动分析,获得叶轮耦合系统在不同工作转速下的振型和频率,并与单个固支叶片进行比较,结果表明,相同阶次下叶片耦合系统的自振频率较低;通过Campbell图分析得出了叶片耦合系统可能发生共振的频率及相应的转子转速,为其故障诊断、可靠性分析以及寿命估算提供了参考依据。