内燃非线性扭转振动特性研究发动机曲轴总成 中英合体

内燃非线性扭转振动特性研究发动机曲轴总成1、引言 车用发动机的功率密度提高，广泛的激发扭矩的提高 发动机转速范围内，并导致严重的扭转振动 问题的曲轴总成。同时，立法规则和舒适的乘坐需求要求 高噪音，振动和平顺性（能 从发动机1的动态模拟曲轴总成中起着越来越重要的作用曲轴设计来解决这些问题。 曲轴是一个非常复杂的 持续的质量体系。动态建模方法包括系统矩阵法，有限元法 （多体动态方法（传统的集中质量模型采用系统 矩阵的方法已被广泛使用。比较 理论计算和实验评价表明，在理论上存在高的 计算， 在 转速3 15 。 设动态 是常 一这些 的 要 。 和 速度 复 （ 和 的 ） 曲轴 动，并 持一个复杂的 系用曲轴转 ，从非性5 。“非线性，在 ，和导致非线性度和 8 。 ，扭振振和性”较 的非线性特性 7 。常 ，非线性 的线性，在实的建模， 导致模型 。 ， 建立非线性动态表 是 的。10研究 的 曲轴的 有 率。的研究 ，6 ，表明引 非性曲轴上的 作用扭转振动的特性， 有 率， 转速 和扭转振动 。 7 ， 曲轴非性和非线性 和 的非线性性 。 表明，非 的性和非线性 非线性一个的曲轴系统的振动性能。 11 ，立非量模型一个曲轴，并研究的 系 的系统的 性。12 ， 明，引 非性使的转速曲轴 动， 的 的平 速度。上 中，非线性 扭转振动有 曲轴 的特性。要设非的性和功能 的 系 时动能曲 价是 准的，有的方法。但是，没有分析已 发现，与 同处理的简，具体表 非性。多 都没有 帐户的扭转振动震和加载（测力计）在他们的分析中，这是从 同曲轴 的实 构。他们已 讨论引 的额扭矩非的性，但还没有研究的 内燃烧 体的扭矩和 复性上的扭转振动特性扭矩曲轴。一般表现 一个非性常 曲轴 被使用时衍动能的方法。动态模型包括扭振振和一个测力计基性建立使用拉格朗日规则。同时，集中质量模型和更详细的动态模型使用的是系统内阵法。非的性 曲轴扭振特性 行模拟 用 值积分方法。该 同型号的 行分析和比较， 认非线性 素。依茨06 4动机作 研究象。 要技术 见表在表1和 的立体图像被在图1 ，基轴动态模型在集中质量法。该模型包括，一扭转振动振的性”和一个测力计， 和轴内部。该模型是所谓的非量模型。图2演曲轴 与11的力学模型自由度（ ，其中后缀0的测力计，1是飞轮， 2图8是 渡轴，9是带轮子和粘滞 轮毂，和10是扭转振动的性质量 吸收。 表1中。柴发动机的 要技术 明和值发动机模 一台机。 径D /132毫米 行程S/145毫米 长度r/月262 功率00千瓦 最功率转速R分钟 - 1）2100 最扭矩转速（R最 400 点火顺序064曲轴图2：柴发动机的11自由度力学模型 曲轴总成更详细的动态模型构建与 中单曲 行离散 成杂志，网络，和两个半曲 销。轴 时被 。在集中质量模型也有11自由度，和的性 传统的方法获得曲 机构是 。性表 曲 旋转沿其轴旋转，同时所 接 前后 复 动。 ， 曲 总成简 一个曲 滑块机构，其 构 和 意草图在图3，A，B，G，G代表 轴 ，曲 的曲 和质心质量中心， 分别。 OA h，度比 R，D，l 曲 半径，圆柱 孔和 长度。图3：曲 滑块机构的素 意图一个单一的总的时动能，曲 机构被表 其中 质 曲 ， 质 ， 质 ， ， ， 性曲轴， 基法 单一的量 ，收 率 销 ，我们得 高 的多 ，方程。（ ）被转 ：上 方程是简单 由 表 的 要 构 曲 机构。 表 ：一个曲 接的 要 构 机构从 同的 销 曲线比 时性，图 ，我们 销 有时性的 。 时性简 。（3）使 额由 计算 的 。（ ）最 。该 单个 的传统量由 图 ： 性曲线与曲轴转 平方米使用 。 （4）， 和计算 的平 平方米 方程。（2）和（3）。 同的 销 同的 平 性。 ，的非的性 同 处在性动与曲轴 。 转振动方程的基上建立拉格朗日规则。 的拉格朗日方程 其中的动能能 散能量其中 中所代表的性，扭转度和 质量。，一般扭矩动态方程 其中部转矩作用中 速度曲轴。性，分 ，（5）转 传统的动态方程形 。（6）两衍具增加， 由非引 的 性和被 带来这是 度比轴的度较 的单，所 计。飞轮，扭转振动吸收和性”，度和系 从 实验获得。该曲轴总成的动力学方程表 转矩的分析 曲轴总成的部激力矩包括燃烧 体扭矩复性力矩部激我的是 引 上 的推导的性， 被成单部激扭矩被 转矩，燃烧 体的扭矩和 复性力矩，性质量。的压力; 轴”的压力。 用速立 的 ：其中和分量的转矩。单和转矩的 。 我们 设个转矩振 是 的， 。 ，高 转矩 的振 ， 被发的时乘 单。 ，在 同 的转矩程发动机 表 3自由振动分析 我们 设自由振动的 有 率是系 有 率 。 ，自由振动的 有 率计算时 系 。 学自由振动的模型简 从 有 率和振型中 的 ，一 模 是准的。表3 动态集中质量模型的 。都 和3由非引 的度 性 分 轴。表3：集中质量模型的动态 图 现的 有 率和 的前 个 的模 形 。 有 率曲轴 的是 的，是的 用曲轴转 。时量是 一的 有 率动的， 度由非性引 计。 转速 是 值，但是速度 ， 从增加与 。一模 形 是性体。同 ，曲轴 一个体， 该测功机型号中的 模态形 。图 ： 有 率和振型的比较的和简的 从图 中 有 率和振型的比较的和简的 从图 图 所， ，在扭转 程中曲轴的振动特性分析中， ， 模 的形 被。 有 率简和方程 的 。 ， 有 率计算简的性方程能 体 度要求。图 演的前 个模态详细的模型。与 图比较模 形 要是同的，该比 系点 的振动 值 持 是同的。表 表明，在自 率前 个 是基同的 个动态模型和 自非性模型的 率是平 发动机内的值。 图 ：前 个模态详细的模型的表 ： 在 同型号的前 个单的 有振动 率的比较用的非的 的 的，性上自由振动特性，3 模 是用 。 元 ，所 曲轴的有限元模型 由 点3 3和 元。 在实 中，振动的 ， 设 ：限 平 在滑动轴的径 ， 沿曲轴的旋转 。 ，限 的轴曲轴自由 。 用分块方法 解决的 有 率 其 的模 形 ，其 图 ：模 形 轮图曲轴总成用 计算的扭转振动 率 是致同所的 值。由非性引 的 是有限的。 个模 形 图 存在， 性轴与测功机都没有 与其中。实上，扭转振动常 其他形 的振动。用飞轮 在图中振动，由的性。 扭转振动 率是较 的， 曲和 振动扭转的 曲轴的振动动力学。性的动态模型， 的性和 体引 扭矩。 用 方法求解方程。图（ ） 时域和 轨迹图 同的发动机转速获得。同时，模拟 基 非性引 引 的额扭矩的 扭转振动的非性的特点，图 演时 域的 和 轨迹图的飞轮在 同的发动机速度。图8：在飞轮 的扭转振动 在 同的发动机速度 值扭转 值与发动机的转速（图9）的振动 。 ，飞轮和曲轴自由的振 和 是统一的。 ，我们得 的 论是，我激 滚动振动。 从轨迹图 ，系统 周期性的，准周期和混沌 动10。这 做的 是 由非性引 的转矩直接正比 有在 速的系统 的。 但是， 使系统 在高 速度。非的性介绍 转矩。， 是正弦。这是由 和时性。图9: 内部激力矩 值 发动机转速4.2 体 转矩 由作台实验获得的 压力， 和 行计算。图 （9）和（10）分解 。 图（9）， 率我 且，其振 比其 部 。 ， 在动态 复性力矩加 透 引 的额扭矩非性。复性力矩的 该图所。图10所， 值 发动机负荷。在同的发动机负荷 与 。较的 最 振 现时的速度，由的 规则性。 转矩成分有致同的 ， 正比的方发动机的转速。图 0:三 值与 复性质量的 发动机负载熔点在 负荷的 度 乎是的， 在图中所图11和12。 ， 们被施加 曲机构具有 符号。 ，在较 的转速和负荷，熔点压倒 复性扭矩，在高转速， 15。 中速度，两个扭矩抵消彼 ，从导致最 的 振 。一的速度前的振动被归类作 滚动已 个速度范围内，上 现象，高们注意 ， 3扭转曲轴的振动共振 现在更高的速度的2 500转/分（125赫兹）。在高负载时，熔点支配着 个 发（ 照图10的（b ）。熔点1 400转/分钟才迅速增，发动机的最扭矩转速超 ，峰值 现在转速1 400 r / 值 。 ，较的 较 的熔点，则在 的单得 至少滚动振动，扭转振动增。 值比较同型号的 同的动态的模拟比较模型，集中质量模型，详细动态模型和非性模型图 :振 的燃烧的 和 体扭矩三分量图 :振 的 复 动和性转矩的3分量图 3: 值比较曲轴自由 的 同型号3的 度，该非性模型的是最 （ 照图13的（a ），由 扭矩由非性引 。由轴内部，并发动机的是 容易准 ，集中质量模型的振 比的详细的模型，他们的趋是似的。三 值传递 其 的拐点3的扭矩。的详细分析 。（1） 转速，其速度 增加一 ， 着发动机转速的 值 ，上 的理论概括。（2） 扭矩转速，熔点迅速增加。， 能超 ，该 度依 较慢的速度。（3）发动机转速传递的最扭矩转速，熔点 断上升，并超 熔点占 导 的 体激扭矩， 值的增加。（ 4 ）熔点的去增长速度慢，并超 ， 振 。 最 1 800转/分的速度，导致最 值。（5） ， 的 体转矩和扭转振动 现。从上 的分析中，性引 增 在 复 动的性扭矩，这使得作用在 更多的 规则复杂。 着 断的转动量模型比（集中质量模型和详细的动态模型） ，的非的 值量模型是超凡的单远远高7）。这是由的性， 日 扩的 速度 域从非性引起。5 论（1） 销有时 性曲轴 。最简的 和计算 的性 的方程 4 ， 有 率 持 ，采用简方程