基于designer的曲轴减振器匹配_江铃汽车曾等

1、基于 Designer 的曲轴减振器匹配曾 尤（1.江铃汽车发开发部，南昌，3300012.宁波拓扑310027），宁波，摘 要：本文运用 AVL EXCITE DESIGNER对某发轴系进行扭振分析，分别对不同的曲轴减振皮带轮参数进行计算，然后通过分析结果曲轴扭转角度、振幅等指标来评价减振器的效果，最后选择出一组较佳的曲轴减振器进行减振皮带轮（简称 TVD)扭振试验并最终优选出最佳的减振器参数和减振器的匹配设计。：Excite DESIGNER、 曲轴减振器、扭振分析、匹配、扭振试验主要 ：AVL EXCITE DESIGNERCrshaft vibration der match base

2、d on the DesignerZeng Xiaoc Shi Yong You Delin（1. Jiangling Motors Company,Engine Research & Development Department，Nanchang，330001 2.Ningbo TUOPUCompany，Ningbo，310027）Abstract： This pr uses AVL EXCITE DESIGNER software to do a certain enginecrshaft toral vibrationysis. we have calculated for differ

3、ent vibration of crshaftysis ofpulley parameters respectively , and thenvaluate the effect of der through thethe results of the crshaft torAngle litude ect.ast we choice a better set ofcrshaft vibration der to do vibration ding pulley (TVD) toral vibration test andconfirm the best TVD parameters and

4、 designKeywords：Excite DESIGNER、crshaft vibration der、Toral vibrationysis、match、Toral vibration testSoftware：AVL EXCITE DESIGNER1. 前言同一款发，匹配不同的车型，由于爆压、飞轮等联接件的变化，会对轴系的扭振产生影响，所以需重新匹配减振器。EXCITE designer 能快速有效地对轴系进行建模分析。本文运用 AVL EXCITE designer对某发轴系进行扭振分析，分别对不同的曲轴减振皮带轮参数进行计算，然后通过分析结果曲轴扭转角度、振幅等指标来评价减振器的效

5、果，最后选择出一组较佳的曲轴减振器进行减振皮带轮（简称 TVD)扭振试验并最终优选出最佳的减振器参数和减振器的匹配设计。TVD 设计原则：通过调整轴系的转动惯量、扭振刚度及其分布而调整轴系的固有频率。一般，在曲轴前端配置扭转 TVD，以减少输入轴系的能量即降低曲轴（飞轮端）产生大的附加扭振力矩。当曲轴发生扭转振动时，力图保持等速的惯性盘便于橡胶层发生了内摩擦，1从而消耗了扭转振动的能量，消减了扭振。如下为 TVD 吸振原理，匹配 TVD 后，单度系统变为双刚度度系统，McMKcKd 分别为轴系（不带 TVD）、TVD 的等效质量和等效2. 曲轴扭振分析当作用在曲轴上的干扰力矩的频率等于曲轴的扭

6、转模态时，曲轴就会发生强迫振动，振幅的大小取决于干扰力矩的幅值与各种机制的阻尼大小。扭振引起的大的扭转弹性变形会产生附加的扭转应力，对曲轴的强度会有影响。因此，必须控制轴系的扭振现象。曲轴的扭转振动分析流程如下图 1 所示：图 1 曲轴扭振 CAE 分析流程2.1 模型建立原则a）整个轴系当量成集中质量弹簧阻尼系统，可由当量原则如下：转动惯量气缸转动惯量（活塞、连杆、计算或者外部输入，其等运动件的转动惯量）集中在气缸中心线位置；飞轮、弹性联轴节等有较大惯量的集中在各自的中心线位置；齿轮传动装置的转动惯量通过传动比一个集中质量。扭转刚度定义为相邻两集中质量间的扭转刚度，包括简单轴段与单拐刚度。阻

7、尼参数由外部输入，包括气缸阻尼、结构阻尼以及减振器阻尼等。b）气体爆发压力产生的干扰扭矩同样可由计算或者外部输入：干扰力矩是周2期性的，各缸干扰力矩之间的相位差取决于发火顺序；需进行简谐分析，相位以气缸冲程上死点为基础。c）计算控制数据决定了计算的插值精度与仿真时间，这是相互为基础进行计算。的。建议以 50rpm2.2 计算模型根据发的结构，可以在 EXCITE designer 里灵活的建模。亦可以建立自已的模板，在相似机型计算时，可直接在模板上进行更改，达到提高效率的目的。图 2 为 EXCITEdesigner 的计算模型。图2 EXCITE designer 的计算模型2.3 发基本参

8、数用 Designer 进行轴系计算时，首先要知道发train globals 里。的一些基本参数，这些参数需要填到cr表 1发的基本参数。2.4 曲轴模型参数的定义在 Shaft Mer 中，对轴系的各个原件进行赋值。除了填入飞轮，减振器的惯量、刚度外，还要对曲轴进行分割，填入轴颈直径和长度，曲柄臂和平衡重的质量和惯量等。这些可以方便的在三维里完成。单拐扭转刚度是一个很重要的参数，这里运用有限元法来求取。通过施加扭矩，获得曲轴销相对于主轴颈中心的变形角度，从而到半拐刚度。3发型式直列，四缸，四冲程，增压中冷，高压供轨缸径X 行程90X94.6怠速800最高转速4800连杆长度149mm图3

9、有限元计算曲轴半拐刚度2.5 发缸内压力曲线缸内压力曲线要求覆盖发转速范围外特性，并包含额定工况点，最大扭矩点和扭振转速点。曲线可以通过发件获得。一维性能模拟软图 4 缸压曲线2.6 不同减振器参数表 2 列出了不同减振器的参数。计算时在 Shaft Mer 里修改相关的参数即可。表 2减振器的参数3.CAE 分析结果一般，通过曲轴前端的扭振振幅的大小来评价扭转振动的强烈程度。在发转速范围内，所有谐次的单阶扭转角度应低于一定值，且总扭角也要低于一定值，各企业，车型都有不同的要求和标准。在这里，只需比较扭振幅值及发生扭振的转速。图 5 280HZ 减振器结果4TVD 频率(Hz)环惯量(kg.m

10、.m)刚度( N.m/rad)2800.00618560320242553402738236030698400378993600.0072368380.006306980.004824558图 6320HZ 减振器结果图 7340HZ 减振器结果图 8360HZ 减振器结果520图 9400HZ 减振器结果从以上分析结果知，低频率的减振器对于低阶扭振有好处，但高阶的振幅偏大。因而综合各阶考虑，且根据设计要求单价要小于 0.1，故此款发 320360Hz 较合适。具体数值见下表表 3 不同频率减振器扭振振幅TVD 的频率范围为另外，对于频率为 360HZ 不同的环惯量，也进行了对比，结果如图 1

11、0，图 11：图 10 不同惯量的环结果对比（第四阶，第六阶）图 11 不同惯量的环结果对比（第八阶，第十阶）同样，根据以上的结果，可以知道惯量为 0.0006 的减振器效果最好。综合两方面的信息，可以确定减振器最优的参数。3. 曲轴扭振试验3.1 试验内容及目的6TVD 频率第四阶振幅第六阶振幅第八阶振幅2800.0406450000.138850000.1105739503200.0571544500.0986150000.0889940003400.069246500.0819350000.0794140503600.083048500.0673250000.0701141504000.

12、1017150000.05735000.061734200主要包含以下工作：a）不同固有频率的曲轴扭转减振器样件制作；b）在发曲轴的前端分别安装不同固有频率的 TVD 时，测量曲轴前端的扭转振动，测试评价分别安装不同频率 TVD 样件的减振效果，验证试验结果是否与 CAE 分析结果一致、是否满足设计要求，确定最优的固有频率范围；3.2 试验样件表 4七个试验样件3.3 试验准备a）角度编安装在发曲轴的前端，安装示意图如下：7No.频率1CKD_329Hz2TVD_320Hz3TVD_345Hz4TVD_361Hz5TVD_376Hz6TVD_388Hz7TVD_419Hzb）试验c）试验工况：

13、在 100 秒内，发转速从 800rmp 匀加速到 4500rpm，数据。3.4 试验数据分析此发为直列四缸柴油发，在阶次数据处理分析中提取 2，4，6，8，10 阶次。0.5 阶到 1 阶通常被认为是噪声信号，影响总值评价，在此阶次范围内，转速较低不是扭转减振器的减振功能范围，因此在总值中将这些阶次滤掉。10 阶以上信号一般在正常的工况范围外，而且信号幅值较小。所以，曲轴前端的扭振角位移Summation值包含1.5阶以上各阶次，截止至10 阶（1.5+2.0+2.5+10）。8图 12 单阶次最大幅值图 13 总阶次最大幅值从 TVD 扭振试验结果看，320380HZ 都满足设计要求，320、340HZ 最优，结合 CAE分析结果和 TVD 供应商制作的水平，确定 TVD 的频率为 34020HZ，惯性环的转动惯量0.006kg.m.m,橡胶的刚度 2400031000N.m/rad,阻尼系数 1.3.4. 结语a）AVL EXCITE designer 能快速，有效地对轴系进行分析，为减振器设计提供计算依据;b)根据轴系扭振分析结果，确定 TVD 的频率范围并制作相应的样件进行扭振试验，根据分析结