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1、动力总成振动CAE与试验对比分析作者:长安汽车股份有限公司 张磊 周舟 余波摘 要:基于LMS-Testlab 软件,对长安某量产发动机进行发动机振动测试,判断其表面振动水平。同时,利用测试结果,与仿真计算结果进行对比,确认计算结果的正确性。结果表明,应用LMS-Testlab 系统的发动机振动测试能够准确地获得发动机的振动特性数据。 关键词:LMS-Testlab、发动机、振动测试 1. 前言 在发动机开发的中后期,如何准确地对即将推向市场的产品的性能进行验证显得十分重要,这也是试验工作的重要意义之一。对于发动机的NVH 性能的试验验证工作来说,同样如此。 众所周知,发动机NVH 是个复杂的
2、概念,包括发动机的振动、噪声以及个体对振动和噪声的主观评价等。客观地说,噪声与振动也相互联系,因为发动机一部分噪声由结构表面振动直接辐射,另一部分由发动机燃烧和进排气通过空气传播。除此之外,发动机附件(如风扇)也存在噪声贡献。本文仅考虑发动机结构振动问题,即对发动机表面特性(速度、加速度等)进行试验研究,判断该发动机振动水平,同时与仿真结果进行对比,达到相互验证的目的。 图1 结构噪声产生机理2. 发动机结构振动测试流程简介 图2 发动机结构振动测试流程如图 2 所示,发动机结构振动测试流程包括以下几个步骤: (1)发动机台架安装。将发动机安装上台架,同时连接好线束,连接进、排气管道和燃油管道
3、。 (2)发动机点火。控制试验设备,进行发动机点火,确认发动机能够在各种工况和各转速下能够正常运转。 (3)传感器布点、连线。根据试验要求,选择适当传感器以及布点位置,同时,连接传感器到测试仪器。 (4)采样参数设置。根据试验要求,选择适当的采样参数,包括:频率分辨率、分析频率线数、采样时长、时间步长。 (5)发动机振动测试。发动机点火,对各种工况、转速进行多次振动测试,采集数据。 (6)结果后处理。振动结果主要包括速度级、加速度级(1/3 倍频程)。 3. 实例分析 3.1 分析对象 以一款成熟的直列四缸1.5L 发动机为平台,对其进行台架振动测试,并与分析结果相比较。 发动机的部分参数如下
4、表所示: 3.2 坐标定义 为了便于以后叙述,对动力总成进行了坐标定义,如图3。 图3 动力总成坐标系3.3 试验安装及传感器布置 参照GB7184-87,在半消声室中进行整机振动测试,如图4 所示。其中,总共对47 处发动机及其外围部件表面进行了测试。本文中选择了3 处传感器试验结果进行分析,包括变速箱支架端(三向传感器)、差速器底部(三向传感器)以及缸体群部中部(单向传感器)。传感器输出为速度信号。 3.4 采样参数及试验工况 本次试验的采样参数如下: 试验工况如表3所示。 3.5 试验结果评判 振动特性与速度响应的高频成分有关(大于400Hz),低频成分则对应于疲劳特性。这里只考虑其振动
5、特性,即400Hz 以上的速度级小于105dB。 3.5.1 变速箱支架端振动结果 图5 变速箱支架端振动结果比较-2000rpm图6 变速箱支架端振动结果比较-5500rpm从结果中可以看出,高速时,变速器支架的X 和Y 方向在300Hz 到800Hz 频域内,表面速度级较大,超出了限值。 3.5.2 差速器底部振动结果 从结果中可以看出,各转速下的速度结果都小于限值。因此,差速器底部的振动特性较好。 3.5.3 缸体群部中部振动结果比较 图9 缸体群部中部振动结果-2000rpm 图10 缸体群部中部振动结果-5500rpm从结果中可以看出,各转速下的速度结果都小于限值。因此,缸体群部中部
6、的振动特性较好。 3.6 试验结果与仿真结果的比较 试验结果和仿真结果同时用1/3倍频程表示。其中,试验结果包括满载、半载和空载,在图中,分别用黑色、红色和蓝色的细线段表示,而仿真结果仅包括满载情况,用矩形粗线段表示。 3.6.1 变速箱支架端振动结果比较 仿真和试验的1/3倍频程结果和Campbell如图11到图13所示。 图11 变速箱支架端振动结果比较-2000rpm 图12 变速箱支架端振动结果比较-5500rpm图13 变速箱支架端振动结果比较-Campbell从结果可以看出,X 方向上: 仿真与试验结果都在 4000rpm 以上出现宽频带的响应。 И
7、766; 500Hz 以下的频率范围中,仿真与试验结果同时反映出3.5 和5.5 谐次的振动响应,幅值接近105dB。 250500Hz 范围内,仿真和试验结果的幅值状态也一致。 高速下,高频带 700800Hz 反映出另一共振区域,但频率稍有差异。 Y 方向上: 仿真与试验结果都明确反映了 2.5 谐次的振动响应。 4500rpm 以上,仿真与试验结果都明确反映出200700Hz 的宽频带响应,幅值大小也基本一致。 Z 方向上: 仿真与试验结果都明确反映了 2 谐次和3.5 谐次的振
8、动响应。 仿真与试验结果都明确反映出,Z 向振动以300 以下的谐频响应为主,在220Hz 附近受动力总成弯曲模态的影响,但无明显的共振现象发生。 3.6.2 差速器底部振动结果比较 图14 差速器底部振动结果比较-2000rpm 图15 差速器底部振动结果比较-5500rpm比较仿真和试验结果可以看出, 各个转速下,除低频外,两者在整个分析频域下都比较接近。 低频处的不协调可能是由于悬置橡胶参数的不准确造成的,需要对橡胶参数进行进一步测试。 3.6.3 缸体群部中部振动结果比较 图16 缸体群部中部振动结果比较-2000rpm 图17 缸体群部中部振动结果比较-5500rpm比较仿真和试验结果可以看出,大部分分析频率范围内,仿真和仿真结果比较接近。
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