装多级扭转减振器的发动机曲轴系统扭振分析.pdf

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装多级扭转减振器的发动机曲轴系统扭振分析+王小莉1，上官文斌1’2，王亚杰2，潘孝勇2引言1装有n级扭转减振器的发动机曲轴扭振分析振动、测试与诊断车发动机上已采用多级的橡胶阻尼式减振器。对减振器在曲轴系统中的匹配设计的研究较多，其匹配统，建立其扭振分析的通程化模型。以优化参数后机激励下能有效地控制曲轴系统的第1阶共振。同减少发动机曲轴扭振的常见方法是在曲轴前端安装扭振减振器。在轿车发动机曲轴系统中广泛使用的是橡胶阻尼式减振器[1]。随着轿车发动机的轻量化和大功率化，单级橡胶阻尼式减振器的减振效果已满足不了曲轴系统扭振的要求。目前在一些轿思想实质来源于动力吸振器的设计理论[2’4]。优选出的减振器均是以控制曲轴在某简谐激励下各共振峰最小为优化目标n_8]。然而，对于在实际发动机激励的环境下，优选出的减振器是否能有效控制曲轴的扭振在许用值以内，尚需进一步的计算分析。本研究是笔者前期工作[6‘8]的进一步深入。对装有，z级橡胶阻尼式扭转减振器的发动机曲轴系的3种扭转减振器(单级、两级并联和两级串联扭转减振器)为例，计算分析了它们对发动机曲轴系统扭振的影响。计算结果表明，以曲轴在单简谐激励下各共振峰最小为目标优选出的减振器，在实际发动时，减振器的安装会导致在发动机其他转速下的共振(实质为激起减振器的固有振动)，最终可能导致发动机前端扭振效果的放大。因此，以控制曲轴在单简谐激励下各共振峰最小为优化目标选择出的减振器，需要以实际发动机激励进行强迫扭转振动分析来实现最优选择。1．1扭振分析方程的建立图1为装有孢级扭转减振器的某发动机曲轴系统的集中质量模型(集总模型)。自左向右对应曲轴的飞轮端到前端，再到扭转减振器。根据曲轴计算模型简化方法的不同，曲轴系统集总模型可以简化为m个自由度。对于一个气缸数为s的发动机，其对应的曲轴系统集总模型的自由度m≥s。为了便于建立通程化的模型，文中引入下标变量xf(J=1，2，⋯，s)用来表示各个连杆一曲柄机构的等效集中质量在系统集总模型中的自由度序号。图中，Jj(i一1，2，⋯，m)为各个集中质量关于轴中心线的转动惯量，，却(歹一1，2，⋯，s)为各个连杆一曲柄机构的等效转动惯量；是i和c。(i一1，2，⋯，775—1)为各个集中质量之间轴段的刚度和阻尼，它们与曲轴的材料和加工工艺有关；c甜(歹一l，2，⋯，s)表示气缸歹中活塞产生的阻尼；丁珂(歹=1，2，⋯，s)表示各气缸第34卷第1期JournalVibration．Measurement&Diagnosis(1．华南理工大学机械与汽车工程学院广州，510641)(2．宁波拓普集团股份有限公司宁波，315800)摘要对装有挖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。橡胶阻尼式；扭转减振器；竹个惯性环；发动机曲轴系统；强迫扭转振动中图分类号TB535；U464；THll国家自然科学基金资助项目(50975091)；汽车安全与节能国家重点实验室开放基金资助项目(KFl0162)；广东省科技计划资助项目(2010A040308003)收稿日期：2012—06—24；修回日期：2012—09—212014年2月of关键词V01．34No．1Feb．2014*
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释爿z赋_≮；。乞宁k甲k军％H％f1K。(2：忍+1，2：咒+1)J【_0Ca(2：咒+1，2：咒+1)Jl、+．．．占吨地一。西+C一。由+致一。D=Ta一。的位移向量；以为曲轴前端的角位移；尥一。，e一。，帆一。=diag(J1，J陬(1；m一1，1：m一1)0忙k·I陷(1：m一1，1：m一1)0％1％，I％＆一。和T。一。分别为质量阵、阻尼阵、刚度阵和激励甄一。一l玩一7乙7乙3、3。jan其中：O一[口。，Oz，⋯，曰。，妒。，⋯，伽]T是由曲轴各集e一。一lK。(，，z，m)+K(1，1)0其中：K廿，e和L分别为无减振器时曲轴系统动力各刚度矩阵、阻尼矩阵和激振力向量的表达式T。一[．．．，T。。，，⋯]：!：×·pamlMZ叫ja。j。压力和活塞往复惯性力共同产生的作用于曲柄上的无减振器时曲轴系统的矩阵方程进行组装即可得到扭矩；L，f。，j。，⋯，f。为扭转减振器的轮毂、惯量环图1中集总模型动力学方程的矩阵形式1、惯量环2、⋯惯量环竹关于轴线中心的转动惯量；愚击和f岱为第i级减振器的刚度和阻尼。扭转减振器