叉车技术 巨画
皇于 发动酬振动仿真回研究
合肥工业大学噪声与振动工程孑究所 口 丁乾坤 刘正士
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书
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运用 软件对叉车发动机进行振动分析时 , 提 出用 建立发动
软件 耐 将发动机模型导入到 环境中进行分析
, 能够
加准确的发动机振动模型 , 获得更加 良好的仿真结果 , 为进一步改善发动机振动 问
词 发动机 仿真分析
飞纷澳歹飞乡飞乡决乡众曰、夕飞夕之乡 殆乒舀 溉子厂飞夕夭岁飞二夕习二飞歹夭 夕七厂泛乡贷七户曰二宫飞了决乡决乡决多泉弓决乡 飞纷澳歹飞乡飞乡决乡众曰之飞歹
前言
发动机振动噪声是主要的车内振动噪
声 , 因此发动机振动成为技术人员需要解决
的首要问题 。 在发动机的设计开发过程中 ,
运用虚拟样机技术 , 就可进行样机的测试 , 找
出和发现潜在的问题 , 进而更加方便快捷改
进产品设计 、提高产品性能。
图 发动机前左 、右悬置的安装示意图
调试一款 吨叉车的发动机 直列四
缸式 前左
、
右悬置的减振效果 , 分别用 国产
件和进 口件测试 , 对比分析各自的减振效果 ,
进而进行国产件替代进 口 件的可行性分析 。
悬置安装在发动机底脚和车架支脚之间如图
所示 图中 、 、 、 为四个压 电式加速度
传感器 , 主要用于采集测试位置的垂直振动
加速度信号 。 将发动机底脚上传感器 、 采
集所得信号作为两路输入信号 , 车架底脚上
·
传感器 、 采集所得信号作为两路输出信
号 。 对 比振动加速度来衡量悬置 的减振效
果 。
大量文献介绍在利用 进行发动机
振动分析时 , 都是在 环境中建立质量
块 , 然后对其赋值进行分析 , 包括发动机的质
量
、
质心位置等参数 , 以代替复杂的发动机模
型 。 当然 , 对于发动机整体振动模态分析 , 这
种方法是可行的 , 但是对于本课题 , 需要更细
致的分析发动机悬置的受力情况时 , 仿真结
果并不能完全反应出真实情况 。
常规分析方法
在 环境中建立发动机的质量块
模型
在 环境中建立的发动机质量
块模型 , 该发动机采用三点悬置 , 前左
、
右悬
置采用同一种型号减振垫 , 经测试三 向刚度
值主要参数见表 。 橡胶悬置通常采用合成
橡胶或天然橡胶硫化到金属支撑板上 , 因此
可简化为一端固定在发动机上 , 另一端固定
到车架上的弹性体 , 具有沿三 个轴线方向的
线刚度和阻尼 , 在 软件中
,
轴套
工具也具有三个方向的线刚度和阻尼 , 因
此可用轴套模拟橡胶悬置 。 车架视为刚体 ,
因此 , 轴套一端与发动机相连 , 另一端可直接
叉车技术 巨而司口
与大地相连 。 模型中给 施加相同的
三向相刚度值。 安装位置参照实物见表 。
表 悬置的刚度
法向力 使曲轴受弯曲 , 并以 ’ 的形
式作用于主轴承 , 切向力与构成力偶 , 其力偶
矩即为发动机缸体的转矩
一
冈」度 黯
了 凡 一 斤 鱼黔
表 前左右悬置的初始安装位置
前左悬置
前右悬置 刽登簇
头头头头头头头,, 喊喊喊
畜畜畜
肖肖代夕食食犷权尹伊些些、、、 、 , 二 「
图 发动机受力分析
发动机受力分析
首先对发动机进行受力分析 , 如图 所
示 , 燃气的压力 除了对连杆产生拉压力 、
外 , 还对气缸壁产生侧向力 , 其大小为
哪
日 入 呷
入为曲柄
、连杆长度之比 。 连杆力 使
连杆轴承 受负荷并在轴柄销中心 处产生
切向力 和法向力 , 其大小分别为
、冲了、、声产八了浮胜、
了尸鱼盔黔
尸嘿产
与 凡 相等的 ’也作用于主轴承
, , 与
凡“ 合成 ’
,
’又可以分解成沿气缸轴线的
力 ’和垂直气缸轴线的力 ‘ , 力偶 一 ,
的力偶矩成为倾覆力矩 兀 。
一 一
当气缸压力 作用于活塞顶部时 , 同样
有 一 作用于气缸盖 , 转矩 通过曲轴飞轮
传给被驱动机械 , 后者相应有一个反作用力
矩 脂 二 一 作用于飞轮和曲轴 , 倾覆力矩
兀 通过发动机体传给发动机悬置 , 悬置给予
相应的支反力与 一 掩 , 掩 二 几 是支反
力的力臂 。
在模型中建立驱动力时可以把发动机汽
缸内燃气压力延拓为周期
函
关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函
数 , 这样其它相
关的力也可以用周期函数近似表达 , 这样就
较好地模拟了实际发动机的工作状况 , 可 以
获取各个转速下的往复惯性力和力矩 。 发动
机汽缸内燃气温度可达到 ℃ 一 ℃ , 对
活塞的压力 一 耐 。 发动机转速 二
, 通过以上受力分析计算
俘 , 田 ‘
对发动机施加激励源 , 在曲轴中心施加
发动机缸体的转矩 , 在气缸中心处施加发
动机倾覆力矩 兀 , 在发动机顶部施加气体压
力 其表达式略 。
仿真分析
设定仿真时间为 , 通过 的后
处理模块得到发动机左 、 右底脚处垂向加速
度 左一粗线 , 右一细线 见图 , 与实测发动
机左右底脚垂向加速度曲线 图 左一绿线 ,
右一黑线 对比可知 , 仿真结果并不能真实反
映发动机悬置的受力振动情况 。
叉车技术 函因
到虚拟样机的仿真结果与试验结果趋于 一
致 。 在整个过程中 , 需要对建立模型等前续
工作进行不断地修改和完善 , 才能生成所要
求的发动机模型 , 其过程可由图 表示 。
图 实测发动机左右底脚处垂向加速度曲线
枷 与 联合对发动机振动
研究
由于发动机各汽缸燃气做功次序不同 ,
从而导致振动高次谐波出现 , 因此仅仅在发
动机质心处施加激励 , 是不能反映发动机的
复杂受力情况的 。 由以上结果对比可知 , 这
种质量块模型在研究发动机振动时虽然很方
便 , 但是 , 不能更加细致的分析发动机悬置的
受力情况时 , 明显不能满足要求 , 这样在以后
的悬置参数求解以及国产件替代进口件可行
性分析过程中 , 使误差增大 , 后续步骤无法进
行 。
由于发动机内部构件十分复杂 , 其模型
的准确性又直接影响到仿真分析结果 , 鉴于
在 环境中建模困难 , 因此提出在
环境中建立发动机运动构件模型后组装成装
配体 , 再在 而阮 环境中生成刚体
, 建
立各构件之间的约束 , 然后导人到 田 环
境中 , 建立约束 , 添加驱动
、力或力偶 , 然后进
行仿真分析 , 并与试验结果进行比较 , 如果不
一致 , 则回到前面的步骤对参数进行修改 , 直
·
图 耐 与 侣 联合仿真过程
在 环境中建立发动机内部各零部
件并组装成发动机装配体
参照该叉车发动机建立虚拟样机模型 ,
该过程需要注意的是单位问题 , 绘制零件图
以及组装成装配体都要长度单位都要采用
, 否则将无法完成从 到 的数
据转换过程 。 模型导人到 环境中 , 再
把单位设定为 而 , 罗训 ,
佣 , 把模型尺寸转换成毫米单位 , 以便给模
型添加约束和驱动力 。
在 而 中生成刚体 , 添加约束
翻 而 是连接三维实体建模软件
与机械动力学仿真分析软件
的接口模块 , 安装 之后 ,
在 装配体环境中就会自动启动 , 完成发
动机模型装配后 , 在菜单管理器中选择
命令 , 用 蒯 把发动机各零
部件生成刚体 。 再往 中传送模型 , 直
接将模型传送到 的求解
器 中进行动力学求解 , 也可以将模型传送到
以 , 中 , 添加更复杂的约束副或驱动
后 , 再进行动力学仿真分析 。 添加约束和力
叉车技术 函因
也可以在 环境中完成 。
在 环境中添加约束和力 , 将发动
机模型导入到 中调整 , 如图 所示 。
对比图 与图 , 可明显看出 , 采用
与 联合的方式建立的发动机模型更能
反映出发动机振动的真实情况 , 与实测结果
图 更为吻合 。
图 从 汉 导入到 山 坦 中的发动机模型
添加约束在各个活塞与连杆间建立球
副 , 连杆与曲轴 、曲轴与发动机之间建立旋转
副 , 活塞与缸体间沿汽缸轴向方向建立移动
副 , 以实现各构件之间的相对转动或平动 。
建立驱动力
表 各个活塞上施加的力的表达式
活活塞塞 力的表达式
第第一个个 乃加 二 二 、
第第二个个 田 ‘ 溢 , ‘ ‘ 一 ‘
第第三个个 田 , 滋 二 二 一
第第四个个 滋 , 一 二
图 细化模型后得到的振动加速度仿真曲线
结束语
本文详细的阐述了 与 联合
对发动机振动建模仿真分析的方法 , 详细的
对比分析质量块模型与 与 联合
建模的仿真结果 , 针对以往利用 分析
发动机振动时采用的质量块模型的不足提出
了更为精确的仿真方法 , 为研究发动机的振
动 , 分析悬置的减振效果以及用国产件替代
进口件的可行性分析提供了更为精确的仿真
数据基础 。
由于该发动机汽缸点火次序为 一 一
一 , 因此根据前面的分析 , 考虑各个活塞做
功滞后角度 , 对各个活塞施加燃气压力如表
所示 然后设定发动机的转速为 甲 。
仿真分析
按照同样方法 , 进行仿真分析 , 得到发动
机左 、右底脚处的垂向加速度见图 。
参考文献
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周昌水 , 汽车发动机悬置优化技术研究 , 重庆 大
学硕士学位论文 巧 一
陆 际 清 汽车发动机设计 清华 大学出版社 男
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《叉车杖术》祝大家新年快 , 万事‘意卜
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