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论文:EQ6102发动机曲轴的扭振计算.doc

论文:EQ6102发动机曲轴的扭振计算

Elvin慎迎
2017-09-26 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《论文:EQ6102发动机曲轴的扭振计算doc》,可适用于综合领域

论文:EQ发动机曲轴的扭振计算汽车工程系湖北汽车工业学院HUBEIUNIVERSITYOFAUTOMOTIVETECHNOLOGY题目EQ发动机曲轴的扭振计算T班号专业热能与动力工程学号学生姓名范声武指导教师黄流军湖北汽车工业学院毕业论文摘要随着人们生活水平的提高对交通工具的要求已经由原来的快捷性第一转化成舒适性第一这就对内燃机行业的减振降噪提出了更高的要求。人们对振动噪声控制的要求日益严格促使人们对内燃机振动问题的研究给予更多的关注。为了适应这种矛盾和市场商品的激烈竞争近年来国内外对内燃机振动控制进行了大量分析和研究工作。本文介绍了AVL公司开发的发动机模拟软件ExciteDesigner的功能和特点。利用该软件建立了曲轴扭振计算的仿真模型在ExcitePowerUnit模块中对曲轴进行了模态分析在ExciteDesigner模块中对曲轴进行了扭振计算。最后基于该软件对轴系进行了扭振与减振分析,并提出了相应的减振措施。关键词:内燃机,模拟软件,曲轴扭转振动减振措施II湖北汽车工业学院毕业论文Abstractwiththeimprovementinthestandardofpeople’sliving,thecosinessofthevehiclehasreplacedthecelerityandbecomesthefirstneedItrequestsmoreonhowtoreducethetotalnoiseandvibrationfortheinternalcombustionenginepeopleareincreasinglystringenttothecontrolrequirementsofnoiseandvibration,itwillencouragepeopletopaymoreattentiontotheinternalcombustionenginevibrationproblemInordertoadapttothiscontradictionandthefiercecompetitionofmarketgoods,inrecentyears,mangdomesticandforeignexpertsdosomeanalysisandresearchworkaboutthecontroloftheinternalcombustionenginevibrationThispaperintroducesthefunctionandcharacteristicsoftheEXCITEdesignersoftwaredevelopedbyAVLCorporationUsingthesoftwareestablishesthecrankshaftvibrationcalculationsimulationmodel,InExcitePowerUnitmodulethemodalanalysisofthecrankshafthasbeendoneandinExciteDesignermodulethetorsionalvibrationofthecrankshafthasbeendoneThetorsionalvibrationofcrankshaftsystemwasanalyzedfinallybythisenginesimulationsoftwareThevibrationreducingmeasureswerebroughtforwardKeywords:ICenginesimulationsoftwarecrankshafttorsionalvibrationvibrationreducingmeasureIII湖北汽车工业学院毕业论文目录摘要IIAbstractIII绪论课题的提出及意义汽车发动机曲轴系扭转振动的研究现状模拟分析研究试验研究模型的建立在ExcitePowerUnit模块中仿真模型的建立图ExcitePowerUnit模块中的仿真模型仿真控制参数选择的输入连杆轴承的参数输入主轴承的参数输入止推轴承的参数输入连杆的参数输入活塞的参数输入曲轴的参数输入曲轴的模态分析曲轴的七阶模态仿真图曲轴的八阶模态仿真图在ExciteDesigner模块中仿真模型的建立全局数据的输入仿真控制参数选择的输入活塞的参数输入连杆的参数输入IV湖北汽车工业学院毕业论文活塞销的参数输入仿真结果的控制曲轴扭振结果分析当量扭振系统图各元件的转动惯量和扭转刚度各阶扭振模态固有频率与发动机转速的简谐关系曲线(即临界转速图)转矩振幅幅值随阶数变化的直方图(发动机转速为rpm时)减振器损耗功率和等效阻尼减振环扭转位移减振环振动能量减振榖的扭转位移飞轮的扭转位移主轴颈的扭转位移主轴颈主轴颈的扭转位移速度的不均匀性平均动力矩曲柄销的剪切应力曲柄销的剪切应力主轴颈在第阶谐量时幅值与发动机转速的关系曲柄在第阶谐量时扭振幅值与发动机转速的关系减少曲轴扭振的措施结论致谢参考文献V湖北汽车工业学院毕业论文绪论课题的提出及意义ExciteDesigner是AVL公司开发的汽车、发动机系列模拟软件的一个模块,用于往复活塞式内燃机曲柄连杆机构的模拟计算,既可以用于初期开发,也可以对现生产机型进行校核,改进设计。它具有易使用的友好界面、模块化及灵活的后处理功能,能完成的计算任务包括:曲轴扭振计算、曲轴强度计算、液体动力轴承计算,据此进行曲轴优化设计。计算分析过程如图所示:图ExciteDesigner的计算任务和分析过程在实际使用过程中,人们经常会发现当车用发动机达到某一转速时,运转速度变得很不均匀,性能变坏。轻则产生大的噪声,使磨损加剧重则使曲轴断裂。其原因主要是由于曲轴发生了大幅度的扭转振动,即当轴系达到某一转速时施加在曲轴上的周期变化的扭矩与曲轴本身振动频率发生共振,此时会造成曲轴扭转变形大大超出正常值。因此,无论在设计改进还是在维修诊断分析中,必须对轴系的扭转振动特性进行计算分析,以确定其湖北汽车工业学院毕业论文临界转速振型振幅所传应力,以及是否需要采用减振措施。当柴油机曲轴轴系内有零件出现扭转疲劳破坏时,如曲轴扭断、凸轮轴、主轴瓦剥落烧损、正时齿轮、飞轮螺栓或其他附件的损坏,应考虑对柴油机轴系进行扭转振动分析,确定是否由于轴系扭振强度过大造成。因此对曲轴进行扭振计算与分析具有一定的学术价值和实际意义。汽车发动机曲轴系扭转振动的研究现状模拟分析研究在早期的曲轴振动研究中由于技术水平的限制曲轴是按绝对刚性体来处理的。从世纪末到世纪初各种关于断轴事故的分析报告和文章逐渐出现人们对轴系的扭转振动的研究也逐渐深入。年德国工程师盖格尔(Geiger)发表了用机械式盖格尔振动仪测量轴系扭转振动的文章后轴系扭转振动的研究开始了实测和试验的阶段。年德国学者霍尔兹(Holzer)提出了用一种表格法(通称霍尔兹法)来分析离散化曲轴无阻尼状态下扭转振动的固有频率和振型并可应用于强迫振动后来的研究者如Timoshenko、Tuplin等相继运用偏微分方程和波动方程在霍尔兹表格法的基础上进一步发展了扭转振动分析的方法将曲轴简化为质量圆盘系统并采用等效当量阻尼因而更接近于实际工况。年代国外学者大量采用点传递矩阵和场传递矩阵的方法来研究曲轴的振动通常称为传递矩阵法或MyklestadProhol法。年代Doughty等采用扩展了的传递矩阵(ExtendedTransferMatrix)法来分析有阻尼的曲轴振动并用NewtonRaphson迭代法求解复数固有频率在传递矩阵计算中当轴系支撑过多、频率较高时可以使用Riccati法来改善由于矩阵病态而可能发生的数值不稳定的现象。传递矩阵法的优点是矩阵的维数不随系统自由度的增加而增加,且各阶振型的计算方法完全相同。因而计算简单、编程方便计算所需的内存少、耗用机时短从而被广泛地应用于曲轴振动问题的分析与研究。但这种方法的不足之处是在分析自由度较多的复杂轴系时由于传递矩阵误差的积累使计算精度下降因此高阶频率的计算精度较低。年代初期日本学者提出了消阻法(ReducedImpedanceMethod)以及动态刚度矩阵法(DynamicStiffnessMatrix)来分析离散或连续体曲轴的扭转振动。为了快湖北汽车工业学院毕业论文速而准确的预测曲轴在周期运动中的扭转应力PeterJ等应用了模态分析技术。由于模态分析法减少了系统的自由度所以计算所耗机时及内存均不太高如果子系统划分得比较合理那么其计算精度也是令人满意的。此外模态分析法还可与试验研究相结合通过实测轴系振动的传递函数从而得到系统的振动模态参数(其中包括固有频率、振型、阻尼、模态惯量、模态刚度等)。年代后期随着计算机技术的飞速发展各种有限元软件(如NASTRAN、ANSYS等)的相继出现用有限元的方法在曲轴动力学分析中得到了广泛的应用这是目前公认的精度最高的计算方法。为了解决有限元分析计算精度可比性和计算成本等问题Nadolsk等将弹性波理论应用于曲轴轴系的振动问题分析此方法是一种比较快速并且较精确的振动分析方法。近年来对曲轴动力学特性分析的研究变得越来越广泛和深入。许多学者运用有限元法、试验方法和动力刚度矩阵方法研究了曲轴的振动特性以及曲轴振动与机体振动之间的关系。大众汽车公司在改EuropeanLTD(Iturbodieselinjection)发动机的过程中广泛的使用了有限元方法来分析和设计曲轴。在此基础上Athavale等人采用集成参数的有限元方法做了进一步的探索。曲轴系零件之间的耦合作用通常是非线性的这种耦合作用对于描述系统的动力学特性是非常重要的。多体系统模拟可用于研究这类问题其中零件的结构刚度远大于零件之间的联接元件的刚度。考虑到曲轴的变形含有柔性体的多体动力学综合了有限元方法与刚体动力学的优点可以在零至数千赫兹范围内准确跟踪频率并且能够灵活地改变外载荷、运动节点和约束条件等。Raub等人运用了这种包含柔性体的多体系统动力学分析方法得到的结果与实验数据非常的接近。美洲虎公司为其顶级轿车XJ开发全新的AJV发动机也采用了类似的技术。国内的研究相对于国外有一定的差距最初的研究全部采用轴盘模型该模型将曲轴系离散成为具有集中转动惯量的圆盘、无质量的弹性轴以及内部阻尼和外部阻尼。但是这种模型过于简化计算精度不够高。年代初有限元法开始被应用到曲轴系的扭振分析中随后得到了更为广泛的运用。近几年来随着对曲轴系扭振分析的进一步深入以北京理工大学的覃文洁老师和浙江大学的郝志勇老师等人为代表已经开始将柔性多体动力学应用到曲轴系的扭振分析中。湖北汽车工业学院毕业论文试验研究曲轴系的扭振测量是曲轴扭振研究中的一项重要内容。与横向振动测量相比扭振信号的提取和分析都相对比较困难。扭振测量技术随着传感器技术和电子技术的发展已从机械式测量和模拟式测量发展到数字化测量。测量的方法日趋简单测量的精度也越来越高。目前许多扭振仪如Geiger扭振仪、电感式扭振仪等都是以附加IC系统的测量理论为依据的因而无论是机械式还是电测式的测量系统由于都是附加了一组测振系统所以必然会对被测系统的参数产生影响且测量精度也难以得到保证。与上述接触式扭振测量系统不同非接触式扭振测量的测量装置不直接安装在曲轴系上而是利用曲轴上的码盘、齿轮或其它的分度结构通过光电、磁电转换来拾取扭振信号。采用非接触式扭振测量方法优点有测量精度较高使用简单反应速度较快仪器本身对轴系振动几乎没有影响特别适用于扭振的长期监测。目前已成为扭振测量的主要方法属于此类测量方法的扭振仪有英国Econocruise公司的TV扭振仪、美国Shaker公司的VEDA扭振仪、东南大学的NZ,、NZT扭振仪等。基于多普勒效应的激光测量系统是从流体速度的测量提出和发展起来的。年就有关于用多谱勒激光系统进行扭振测量的报导。这种装置的灵敏度可以达到频率范围为,kHz。丹麦BK公司推出的扭振仪就是多普勒激光扭振仪的典型代表。年天津大学的葛维晶老师等人已将激光多普勒测速技术用于内燃机轴系的扭振测量之中。扭振的激光多普勒测量只需轴上有一段光洁的表面就可实现非接触测量测量点的选择比较方便测量效率也比较高。湖北汽车工业学院毕业论文模型的建立由于实际的发动机轴系是一个复杂的弹性系统而且种类繁多。当它们在周期性力矩的作用下产生扭转振动时企图应用解析法如实的来描述在以前是办不到的。如今在计算机技术高速时代的时代复杂的描绘和分析虽然可以详尽得多但是要完全如实的描述曲轴实际扭转振动的运动情况也是相当困难的。所以在处理发动机曲轴扭转振动的问题时一般都是将复杂的实际系统转化成便于计算的假想的相对简化的模型然后确定简化模型的当量参数。简化的力学模型要求与原发动机曲轴轴系动力学等效即固有振动过程中两个系统的位能和动能应该对应相等以保证两者自振频率和振型保持一致然后通过对简化模型的扭转振动计算从而来分析实际系统的扭转振动特性。通过分析曲轴的扭振特性最终采取相应的减振措施以保证发动机的正常工作提高发动机的工作可靠性。在实际的内燃机装置中由于其自身机构的复杂性扭转振动的形态要复杂得多。振动的圆盘与扭转的轴分得不是很清楚尤其是那些质量比较集中的地方往往伴有扭转变形而作为连接轴的部分本身又往往有相当的转动惯量也就是说轴系中每一小质量都是既有惯量又有弹性的振动体。这样的数学模型显然是无法处理的因此必须按照振动特性不变的原则将一个实际的轴系简化成能进行数学计算的理想系统。以下就是当量化的一般参考原则:)以每一个曲柄的中心线作为一个质量的集中点其转动惯量包括曲柄、连杆以及活塞(V型发动机包括两套活塞连杆)的总的折合惯量。)以具有较大转动惯量的部件中心线作为质量的集中点如飞轮、推力盘等。)一般认为齿轮在传动时。弯曲变形较小可把各齿轮的转动惯量按其传动比的关系合并成一质量并以该轮系平面在主动齿轮的中心线作为质量的集中点。)通过皮带传动的设备由于皮带的柔性很大被带的设备对系统扭振的影响可以不予考虑。)有弹性联轴节应把主、被动部分分为两个集中质量。弹性元件的柔度即为主、被动两部分之间的柔度值。湖北汽车工业学院毕业论文)对于每相邻集中质量之间的连接轴的转动惯量当轴较短时可以忽略不计稍长的轴系可把它的转动惯量平均分配到两个集中质量上。如中间轴根数较多(即轴系较长)可以把连接盘的接合面作为质量的集中点把每根中间轴的转动惯量平均分配到相邻的连接盘上。)每相邻两集中质量点之间的连接轴以轴的弹性值作为该两质量间的当量轴段。)当系统中有液力偶合时以偶合器为分界面把系统分成两个相互独立的扭振系统。)对于干摩擦片或离合器而言一般可以近似的认为是刚性连接。在ExcitePowerUnit模块中仿真模型的建立打开AVL软件中的ExcitePowerUnit模块鼠标左键双击模型单元中部分元件(包括曲轴连杆活塞轴承发动机等)将其调入到工作界面中并用线连接起来建立的模型如图所示:图ExcitePowerUnit模块中的仿真模型湖北汽车工业学院毕业论文仿真控制参数选择的输入仿真控制(SimulationControl)计算任务的参数如图所示:图仿真控制的计算任务运行时的选项控制如图所示:图运行时的选项控制湖北汽车工业学院毕业论文从上图可以看出:运行时的任务有四项包括CreateModelSimulationCreateResults和UtilltyBatch。连接单元特性的定义:用鼠标左键双击模型中的连接单元之后在弹出的对话框中输入其参数即可。其中连接单元包括:轴承、导引等等。连杆轴承的参数输入图连杆轴承的参数从上图可以看出:连杆轴承在初始位置时的刚度和阻尼在有径向间隙时的刚度阻尼以及径向位移的大小。主轴承的参数输入湖北汽车工业学院毕业论文图主轴承的参数从上图可以看出:主轴承的轴承宽度(不含倒角)主轴承直径以及径向间隙的大小等等。止推轴承的参数输入图止推轴承的参数从上图可以看出:止推轴承在初始位置时的刚度和阻尼在有径向间隙时的刚度阻尼以及径向位移的大小。湖北汽车工业学院毕业论文体单元特性的定义:用鼠标左键双击模型中的体单元之后在弹出的对话框中输入其参数即可。其中体单元包括:活塞、连杆、曲轴、气缸体等等。连杆的参数输入图连杆的参数从上面可以看出:连杆在活塞运动方向和垂直运动方向上的偏移量的大小等等。由于每个连杆的几何尺寸都是一样的故只需定义一个连杆其他连杆的数据程序会自动拷贝。湖北汽车工业学院毕业论文活塞的参数输入图活塞的参数从上图可以看出:活塞的刚度和阻尼的大小。同连杆一样由于每个活塞的几何尺寸都是一样的故只需定义一个活塞其他活塞的数据程序会自动拷贝不需要每个活塞依次输入数据。曲轴的参数输入湖北汽车工业学院毕业论文图曲轴的参数从图上可以看出:曲轴的阶频率及对应的阻尼比阶频率及对应的阻尼比。点击FEModalcondensedshaftmodeler按键然后会弹出一个空白的工作界面在界面的左侧模型单元中用鼠标左键双击构成曲轴的元件将其调入到工作区然后用线了曲轴的模型最后点击OK按钮即可。曲轴的模型如图将各元件连接在一起就建立所示:图曲轴的模型湖北汽车工业学院毕业论文在建好的模型中用鼠标左键双击各个元件在弹出的对话框中输入相应的参数。曲轴最左端部分参数的输入如图所示:图曲轴最左端部分的参数从图上可以看出:输入的参数包括各段的长度和外径的大小。曲轴最右端参数的输入如图所示:图曲轴最右端部分的参数点击SimulasionAutoshaft按键在弹出的对话框中要特别注意文件的存放路径的选择其它参数的输入如图所示:湖北汽车工业学院毕业论文图曲轴最右端部分的参数从上图中可以看出:曲柄外径的最大值为m曲柄销的最大外径值为m。点击Modalanalysis按键在弹出的对话框中第一行文件来源选项的选择要特别注意如果这一项选择有问题将直接影响后面结果的运行频率模态选择从阶到阶输入的参数如图所示:湖北汽车工业学院毕业论文图模态选择点击ViewModes按键各阶模态结果如图所示:图各阶模态结果湖北汽车工业学院毕业论文从上图可以得出:曲轴的前六阶模态产生的位移属于刚体位移不会产生扭振的情况不是我们考虑的范围。从第阶到第阶产生了扭转位移这是由于曲轴的扭振形成的这是我们要分析的对象。以上各图便是仿真模型中各个元件的参数输入模型中有部分数据是直接用的默认参数。其它部分数据都来自于EQ的三维模型图。曲轴的模态分析用矩阵形式表示的自由振动微分方程组为:,,,,,,,,I,C,,(),,,,IC通过模态分析可以求出上式中的转动惯量矩阵和扭转刚度矩阵。然后求解上面微分方程即可求得曲轴的扭转角位移。曲轴的七阶模态仿真图用鼠标左键单击上图中的阶模态那一行就可以看到曲轴的阶模态的仿真动画某一时刻的的阶模态仿真图如下图所示:图七阶模态仿真图上图为曲轴的七阶模态。从图上可以得出:此时的频率为HZ。湖北汽车工业学院毕业论文曲轴的八阶模态仿真图同样用鼠标左键单击上图中的阶模态那一行就可以看到曲轴的阶模态的仿真动画某一时刻的的阶模态仿真图如下图所示:图八阶模态仿真图此图为曲轴的八阶模态图。从图上可以得出:此时的频率为HZ。曲轴的九阶十阶十一阶十二阶模态仿真图在此不再一一给出。在ExciteDesigner模块中仿真模型的建立打开AVL软件中的ExciteDesigner模块鼠标左键双击模型单元中部分元件(包括活塞活塞销连杆曲轴主轴承发动机)将其调入到工作界面中并用线连接起来建立的模型如图所示:湖北汽车工业学院毕业论文图ExciteDesigner模块中的仿真模型全局数据的输入轴系全局数据的输入如图所示:湖北汽车工业学院毕业论文图轴系全局参数从上图可以看出:发动机转速设置成了变量全局数据包括了缸数缸径冲程连杆长度发动机形式以及气缸压力产生的载荷:活塞压力连杆小头受力曲柄销受力主轴承力臂载荷输出扭矩等等。点火顺序参数输入如图所示:图点火顺序参数从上图可以看出:该发动机的点火顺序是。湖北汽车工业学院毕业论文全局的质量特性参数输入如图所示:图全局的质量特性参数从上图可以看出:活塞组的质量和活塞销的质量其中连杆质量来至于连杆模型。主轴承位置参数的输入如图所示:图主轴承位置参数湖北汽车工业学院毕业论文曲柄臂位置参数的输入如图所示:图曲柄臂位置参数偏心旋转质量参数的输入如图所示:图偏心旋转质量参数以上各图便是该模型中全局数据的输入。仿真控制参数选择的输入在仿真控制SimulationControltasks中选择Torsion一项其他两项不选这里我们只计算扭矩如图所示:湖北汽车工业学院毕业论文图仿真控制在仿真控制SimulationControlSpeedControl中最大转速最小转速以及转速步长的参数输入如图所示:图仿真控制在OptimizationControl中运行时的选项控制在任务项Tasks中选择计算扭矩(DesignerTorsion)生成结果(CreateResults)和生成报告(CreateReports)这三项如图所示:图运行时的选项控制湖北汽车工业学院毕业论文以上各图便是在ExciteDesigner模块中的关于模型的仿真控制参数的输入。体单元特性的定义:用鼠标左键双击模型中的体单元之后在弹出的对话框中输入其参数即可。其中体单元包括:活塞、连杆、曲轴、气缸体等等。以下即是各个体单元的特性的定义:活塞的参数输入图活塞的参数当选择与曲柄连杆机构关联时曲柄连杆机构将使用这里填入的数据。连杆的参数输入连杆几何参数的输入如图所示:图连杆的参数湖北汽车工业学院毕业论文连杆质量参数的输入如图所示:图连杆质量参数从上图可以看出:连杆的密度杨氏模量以及泊松比。活塞销的参数输入活塞销的质量参数输入如图所示:图活塞销的参数活塞销的几何参数输入如图所示:图活塞销的几何参数湖北汽车工业学院毕业论文上图是活塞销的一些几何参数。其中包括销外径销内径销总长销有效长离销座距离小头轴承宽度活塞斜角连杆斜角小头槽宽加载系数。活塞销载荷数据的输入如图所示:图活塞销载荷数据的参数从上图可以看出:活塞销的载荷数据来源于使用LoadData计算的载荷。活塞销的弹性模量参数输入如图所示:图活塞销的弹性模量活塞销允许的变形量参数输入如图所示:图活塞销允许的变形量从上图可看出:活塞销允许的变形量包括许用长度上变形和许用椭圆变形。以上即是模型中各个元件的参数输入。ExciteDesigne模块中曲轴的参数和前面ExcitePowerUnit模块中曲轴的参数相同这里不再重复输入。湖北汽车工业学院毕业论文仿真结果的控制图仿真结果的控制从上图可以看出最终的仿真结果所包含的内容。包括各阶扭振模态临界转速有效扭矩减振环和减振榖的频率速度的不均匀性等等。湖北汽车工业学院毕业论文曲轴扭振结果分析当量扭振系统图图当量扭振系统各元件的转动惯量和扭转刚度湖北汽车工业学院毕业论文图各元件的转动惯量和扭转刚度各阶扭振模态图各阶扭振模态曲轴系的自由振动计算是整个扭振计算的第一步。其目的是求出系统的自振频率和各质量的相对振幅为强制振动提供必要的条件。从上图可以得出:曲轴的一阶扭振频率为HZ。二阶扭振频率为HZ。三阶扭振频率为HZ。四阶扭振频率为HZ。五阶扭振频率为HZ。湖北汽车工业学院毕业论文固有频率与发动机转速的简谐关系曲线(即临界转速图)图临界转速从上图可以得出:在一阶频率f=HZ时当主谐量K大于时将会产生共振而当主谐量K小于时不会产生共振。当主谐量k=时产生共振时的临界转速为rpm。在二阶频率f=HZ时当主谐量K大于时将会产生共振而当主谐量K小于或等于时不会产生共振。当k=时产生共振时的临界转速为rpm。转矩振幅幅值随阶数变化的直方图(发动机转速为rpm时)湖北汽车工业学院毕业论文图转矩振幅幅值随阶数变化从上图可以得出:横坐标表示阶数纵坐标表示振幅幅值。此发动机的第一阶谐量幅值最大如果引起共振的话是比较危险的。当发动机转速为rpmrpmrpm等时也是第一阶谐量幅值最大然后随着谐量的增大幅值逐渐变小当谐量达到阶以上时幅值会变得很小。由于其图形和上图相似所以发动机转速为rpmrpmrpm等时的转矩振幅幅值随阶数变化的直方图在此省略。减振器损耗功率和等效阻尼湖北汽车工业学院毕业论文图减振器损耗功率和等效阻尼从上图可以得出:随着发动机转速的不断提高减振器损耗的功率基本上呈不断增加的趋势。并且转速越高其损耗功率增加的幅度越大。因为发动机转速越高内部零件之间的摩擦也越剧烈产生更多的热能而热能都已热量的形式散失导致损耗功率不断增加。但是等效阻尼保持不变。湖北汽车工业学院毕业论文减振环扭转位移图减振环扭转位移从上图可以得出:第阶谐量在rpm时引起的共振扭振角度为deg第阶谐量在rpm时引起的共振扭振角度为deg第阶谐量在rpm时引起的共振扭振角度为deg显然在第六阶谐量时引起的共振扭振幅值最大。由前面的临界速度图分析可知在谐量小于阶时不会产生共振但是在图中第三阶谐量时扭振角位移比较大这是一种异常情况。是由于建立仿真模型时与实际情况存在一定差异造成的。但是整个图的显示结果与真实情况还是比较接近的结果是可靠的。湖北汽车工业学院毕业论文能量减振环振动图减振环振动能量从上图可以得出:第阶谐量在转速为rpm时循环振动能量为J平均振动功率为W。第阶谐量在转速为rpm时循环振动能量为J平均振动功率为W。第阶谐量在转速为rpm时循环振动能量为J平均振动功率为W。在其它阶次谐量时振动能量都比较小。可见主要振动能量是在第阶和第阶谐量。湖北汽车工业学院毕业论文扭转位移减振榖的图减振榖扭转位移从上图可以得出:第阶谐量在发动机转速为rpm时减振榖的扭转角位移近似为deg。发动机转速为rpm时减振榖的综合扭转角位移近似为deg。湖北汽车工业学院毕业论文飞轮的扭转位移图飞轮的扭转位移从上图可以得出:第阶谐量在发动机转速为rpm时飞轮的扭转位移近似为deg。发动机转速为rpm时飞轮的综合扭转位移近似为deg。湖北汽车工业学院毕业论文扭转位移主轴颈的图主轴颈的扭转位移从上图可以得出:第阶谐量在rpm时引起的共振扭振角度为deg第阶谐量在rpm时引起的共振扭振角度为deg在其它阶次谐量时扭振角度比较小。显然第阶谐量引起的扭振幅值最大。但是第阶谐量时扭振角度异常变大这是也是由于建立的仿真模型与实际情况存在一定差异造成的。湖北汽车工业学院毕业论文主轴颈的扭转位移主轴颈图主轴颈主轴颈的扭转位移从以上两图可以得出:主轴颈主轴颈和主轴颈的扭转位移图极其相似其结果大致相同这里不再赘述。只是主轴颈的扭转角度逐渐在变小。至于主轴颈主轴颈主轴颈主轴颈的扭转位移结果也是如此这里不再一一分析。湖北汽车工业学院毕业论文速度的不均匀性图速度的不均匀性从上图可以得出:各个元件都不是以恒定的速度在转动而是存在一定的速度波动。波动的比例大小与发动机的转速也不成比例关系。其原因是因为在发动机的四个冲程中只有一个冲程做功其他三个冲程都是靠飞轮的惯性在转动。在活塞接近上止点或者是下止点时其速度会逐渐变小直至为。从上止点开始向下运动时速度逐渐变大这就造成了各元件转动速度的不均匀性。湖北汽车工业学院毕业论文平均动力矩图平均动力矩从上图可以得出:各个元件在不同的转速下其动力矩各不相同。这表明作用在各元件上的动力矩时刻都在变化。这是由于发动机的工作特性决定的因为气体作用力等都不是一个恒定值从而产生的动力矩也不断的变化。湖北汽车工业学院毕业论文应力曲柄销的剪切图曲柄销的剪切应力从上图可以得出:第阶谐量在rpm时引起的剪切应力大小为e(NM^)第阶谐量在rpm时引起的剪切应力大小为e(NM^)第阶谐量在rpm时引起的剪切应力大小为e(NM^)在其它阶谐量时引起的剪切应力相对比较小。由此可知在阶阶谐量时曲柄销靠近曲柄的那一端在共振时比较危险容易因剪切力过大而被损坏应特别注意。湖北汽车工业学院毕业论文应力曲柄销的剪切图曲柄销的剪切应力从上图可以得出:第阶谐量在rpm时引起的剪切应力大小为e(NM^)第阶谐量在rpm时引起的剪切应力大小为e(NM^)第阶谐量在rpm时引起的剪切应力大小为e(NM^)在其它阶谐量时引起的剪切应力相对比较小。由此可知在阶阶谐量时曲柄销靠近曲柄的那一端在共振时比较危险容易因剪切力过大而被损坏应特别注意。其它曲柄所受的剪切应力与曲柄曲柄所受的剪切应力有相同的规律这里不再一一分析。湖北汽车工业学院毕业论文主轴颈在第阶谐量时幅值与发动机转速的关系图主轴颈在第阶谐量时幅值与发动机转速的关系从上图可以得出:第阶谐量时主轴颈的幅值随发动机转速的提高先减小后增大。最大幅值为e(rad)最小幅值为e(rad)。曲柄在第阶谐量时扭振幅值与发动机转速的关系图曲柄在第阶谐量时扭振幅值与发动机转速的关系湖北汽车工业学院毕业论文从上图可以得出:第阶谐量时曲柄的扭振幅值随发动机转速的提高不断地增大。表明在阶谐量时发动机转得越快曲柄扭振得越厉害。湖北汽车工业学院毕业论文减少曲轴扭振的措施如果根据扭振计算和实测发现内燃机确实存在着较大的扭转振动那么就必须采取适当的措施以便将扭转振动予以回避或者将其消减以减少不必要的损失和事故。扭转振动的避振预防措施有很多种大致可以综合归纳为以下几种方法。()频率调整法由扭转振动的特性可知当激励扭振的作用频率功与扭转振动系统的某一固有频率相同时将会发生极其剧烈的动态放大现象也即共振现象。因此要避开发生共振的可能也即要避开动态放大最严重时的工况就可能免除扭转振动过大所引起的一切后果。本方法的基本概念就是使其主动躲过激振频率。这种方法主要的措施有:调整惯量法、调整柔度法等。通过调整使系统本身的自振频率躲过激振频率。使振动应力降至瞬时许用应力的范围之内这样就避免了因扭转振动过大对内燃机造成的损害。这种方法是扭转振动预防措施中应用最为广泛的措施之一这不仅是由于它的操作措施比较简易可行还在于当达到调频要求以后它的工作将是有效的和可靠的。但频率调整法有个缺点就是调频的幅度较小以至于在实际应用中受到了一定的限制。()减小振能法激励扭矩是导致曲轴扭转振动的动力源。由于激励扭矩输人系统的能量是扭转振动得以维持的源泉如果能够减小输人系统的振动能量也就能直接减小扭转振动的量级。第一种方法是改变内燃机的点火顺序当在发动机所使用的转速范围内危险的扭转振动是在副临界转速时有可能用此方法来消减危险的扭转振动减小其危险程度。第二种方法是改变曲柄布置在多缸内燃机中故意选用非等间隔点火适当选择曲柄角以改变曲柄布置可以使任何主、副临界转速中的某些简谐扭振相互抵消而避开危险的扭转振动。第三种方法是选择最佳的曲柄与功率输出装置的相对位置使二者的干扰扭矩互相抵消这样可以消减曲轴的扭转振动。()简单回避法所谓简单回避是将共振点附近转速划为禁区在正常运转时回避使用这些转速。很明显在发动机的额定转速处是不应该划为禁区的因为划为禁区就将使主机功率降低。湖北汽车工业学院毕业论文此外在工程车辆经常使用的转速下也不应该划为禁区故这种方法有一定的局限性。()阻尼减振法增大扭振系统的阻尼因素也能够减小扭转振动的量级。在系统中加装具有较大阻尼的各类阻尼减振器或者具有较大阻尼的弹性联轴器可以达到消减装置扭振的目的。增设的减振器一般采用内阻尼较大的铸铁材料在薄壳表面衬上高阻尼材料等这是因为高阻尼材料具有宽频带的功能。对曲轴轴系的扭振来尽管从力学观点来看,结构振动分析已发展得比较成熟,但是说,固有振动的计算可以很精确,但强迫振动的计算、共振振幅和应力的确定,由于轴系的阻尼系数不够精确而存在一定的偏差。因此,在研究内燃机轴系的扭振和开发减振器时,扭振的试验测定仍占有重要的地位。当然提出的各种减小扭转振动的措施都还有待于实机的检验。湖北汽车工业学院毕业论文结论一般以曲轴系前端的扭振振幅和减振器耗散能评价扭转振动行为。评价扭振行为的标准如下:()在发动机转速范围内曲轴前端单阶最大扭转角度应小于deg同时曲轴前端合成最大扭转角度应小于deg。这是满足强度要求的指标。()发动机转速范围内减振器耗散能应小于W。耗散能太大容易造成减振器的破坏。从图计算结果可知:临界转速出现在rpm左右因此这个转速是最危险的转速从图和图计算结果可知:在发动机转速为rpm时在阶谐量时减振榖相对于飞轮的单阶扭转角度近似为deg即曲轴前端最大单阶扭转角度近似deg。在发动机转速为rpm时减振榖相对于飞轮的综合扭转角度近似为deg即曲轴前端最大综合扭转角度近似为deg满足评价指标()从图的计算结果可知:减振器最大耗散能约为W远小于W满足评价指标()。综上所述发动机曲轴的扭振在安全范围内符合要求。湖北汽车工业学院毕业论文致谢在论文完成之际我首先向关心帮助和指导我的指导老师黄流军老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意~大学的学习生活即将结束回顾四年来的学习生活面对现在的收获我感到无限欣慰在这四年的大学时光里我不仅学会了很多的专业知识也明白了很多做人的道理。为此我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢!正是因为有你们的帮助我才渡过一个又一个难关才使我的大学生活过得如此充实。在毕业设计过程中遇到了许许多多这样那样的问题有的是专业理论上的问题有的是论文格式上的问题特别是在安装软件方面一直得到黄流军老师的亲切关怀和悉心指导使我的论文才得以按时顺利的完成。黄流军老师以其渊博的学识、严谨的教学态度、求实的工作作风和他负责的工作态度给我留下了深刻的印象老师对我的亲切关怀和悉心指导我将终生难忘这将是我一生的宝贵财富再一次向他表示衷心的感谢感谢老师给予我的无私的帮助!值此论文完成之际谨向黄流军老师致以最崇高的谢意!最后衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师!湖北汽车工业学院毕业论文参考文献徐敏骆振黄严济宽等船舶动力机械的振动、冲击与测量国防工业出版社北京张洪田汤儒涛船舶轴系扭转振动计算的Riccati传递矩阵法船舶工程PPNagamatsu,A“VibrationAnalysisofEnginePartsusedReducedImpedanceMethods”BulletinofJSME,C,Vol,No,P~PKazuomiOchiai,MitusoNakano“RelationBetweenCrankshaftTorsionalVibrationandEngineNoise”SAE李渤仲,陈之炎,应启光内燃机轴系扭转振动北京国防工业出版社李惠珍,张德平用有限元进行曲轴扭振计算内燃机学报,覃文洁内燃机曲轴系振动响应的多体系统动力学分析方法安全与环境学报第卷第期郝志勇段秀兵程金林柴油机曲轴轴系的柔性多体动力学仿真分析铁道机车车辆第卷李善祯利用AVL数据分析系统测量内燃机曲轴的扭转振动内燃机工程郭力李波轴系扭转振动测量方法评述磨床与磨削刘瑞复工程遥测技术北京:机械工业出版社雷继尧压电角加速度式扭振遥测系统的研究重庆大学学报SimpsonDG,LambDG“ALaserDopplerSystemfortheMeasurementofTorsionalVibration”ReportNEL,NatEngLab,Scotland华建文刘立人MM激光扭振测量激光与红外葛维晶,王伟生激光多普勒技术用于内燃机等旋转轴系扭振测量的研究J小型内燃机,,():,陆际清等汽车发动机设计北京:清华大学出版社袁兆成主编内燃机设计机械工业出版社湖北汽车工业学院毕业论文傅秋阳,EXCITE在曲轴概念设计分析的运用,AVL中国用户年会论文集,骆富贵等,基于EXCITE的曲轴动力学及瞬态疲劳分析,AVL中国用户年会论文集,周望静等,发动机曲轴多体动力学及疲劳失效分析,AVL中国用户年会论文集,

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