基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的高速柴油機(jī)軸系振動機(jī)理研究.pdf

1、內(nèi)燃機(jī)軸系振動是內(nèi)燃機(jī)各種振動中的主要振動之一。曲軸的振動包括扭轉(zhuǎn)振動、彎曲振動和縱向振動，都是內(nèi)燃機(jī)軸系振動中的重要表現(xiàn)形式。長久以來，對內(nèi)燃機(jī)軸系振動的研究主要集中于扭轉(zhuǎn)振動，如振動計(jì)算與試驗(yàn)、減振避振等，都已取得了較大的進(jìn)步。但是對彎曲振動和縱向振動作用機(jī)理研究不多。本文以高速V6柴油機(jī)為研究對象，通過理論分析、仿真計(jì)算和試驗(yàn)研究，對柴油機(jī)三維振動機(jī)理及其抑制進(jìn)行了較全面的分析研究。
　　 從發(fā)動機(jī)軸系振動激勵(lì)源出發(fā)，利用

2、傳統(tǒng)動力學(xué)分析方法對高速V6發(fā)動機(jī)曲軸連桿機(jī)構(gòu)動力學(xué)以及發(fā)動機(jī)平衡性進(jìn)行了較全面的分析與評價(jià)，特別是對影響主軸頸載荷的因素如發(fā)火順序和平衡重平衡量進(jìn)行了對比分析。研究表明，V690°兩種發(fā)火順序的發(fā)動機(jī)平衡性均較好，V6發(fā)動機(jī)曲軸平衡重平衡量選擇70％較適宜。
　　 其次，基于離散化集總參數(shù)模型，采用傳遞矩陣法，進(jìn)行了高速V6發(fā)動機(jī)扭振自由振動和強(qiáng)迫振動研究。結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，利用Pro/E對軸系各集中質(zhì)量的慣量進(jìn)行了較精確的計(jì)

3、算，利用Hyperworks軟件較精確地計(jì)算了軸系扭轉(zhuǎn)剛度，采用Matlab編程計(jì)算得出了研究機(jī)型在高速下的扭振特性。V6高速柴油機(jī)曲軸系自振頻率較高，單結(jié)自振頻率為600Hz左右，在4.5和7.5諧次時(shí)單雙結(jié)相對振幅矢量和較高。
　　 圍繞軸系三維振動，本文一是開展了內(nèi)燃機(jī)軸系振動及其與機(jī)體等耦合問題的理論研究，推導(dǎo)和闡述了基于有限元子結(jié)構(gòu)法的混合多體動力學(xué)理論，對內(nèi)燃機(jī)軸系三維振動問題進(jìn)行了機(jī)理性理論研究。二是基于虛擬樣機(jī)技

4、術(shù)對V6發(fā)動機(jī)軸系扭振/彎振/縱振三維振動進(jìn)行較全面的仿真研究。建立了包括柔性曲軸、柔性軸承座以及柔性連桿在內(nèi)的精確的軸系混合多體動力學(xué)仿真模型，對高速柴油機(jī)軸系自由端和飛輪端扭振、彎振、縱振進(jìn)行了較深入的分析，得到了V6高速發(fā)動機(jī)軸系三維振動機(jī)理的初步結(jié)論。在理論分析和仿真研究的基礎(chǔ)上，利用三維振動測試裝置進(jìn)行了V6柴油機(jī)軸系三維振動的測試和分析研究，從試驗(yàn)分析角度闡述了V6發(fā)動機(jī)軸系三維振動特性。以上模擬和試驗(yàn)研究結(jié)果表明，V6發(fā)動

5、機(jī)軸系4.5諧次扭振、彎振和縱振較大，軸系縱振與扭振和彎振存在同頻耦合，V6發(fā)動機(jī)軸系振動仿真研究與試驗(yàn)研究規(guī)律基本相一致。
　　 從軸系振動抑制研究出發(fā)，一是進(jìn)行了V6高速柴油機(jī)在改變發(fā)火順序下軸系振動特性變化規(guī)律研究，通過將V6發(fā)動機(jī)發(fā)火順序由左右缸交替發(fā)火改為缸排發(fā)火，軸系4.5諧次扭轉(zhuǎn)振動、彎曲振動和縱向振動得到較大降低，其他諧次有所改變，個(gè)別諧次有所增大；二是開展了V6發(fā)動機(jī)阻尼式扭振減振器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了包括硅油、