曲轴材料对发动机扭转振动影响研究.pdf
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1、曲轴材料对发动机扭转振动影响研究张鸿涛,尤寒,(智能农业动力装备全国重点实验室,河南 洛阳 ;洛阳拖拉机研究所有限公司,河南 洛阳 )摘要:介绍了发动机的扭转振动理论基础及测试方法,通过搭建柴油机扭转振动测试平台,研究了不同材料的曲轴对发动机扭振的影响,证实了安装合金钢材料曲轴的发动机扭振更小,并开发使用不同类型的曲轴扭转减振器来降低了发动机扭振。关键词:扭转振动;材料;曲轴减振器中图分类号:;文献标志码:文章编号:(),(,;,):,:;随着新型发动机发展,性能及功率的提升,曲轴成为影响新型发动机可靠性和使用寿命的关键因素 ,而曲轴扭振测试是考核发动机曲轴是否正常安全运行的必要条件,扭振结果
2、同时也影响着发动机整机噪声、振动等方面 。扭转振动的基础理论发动机运转时,在曲轴的每个曲拐上作用着大小、方向呈周期性变化的冲击力。因此,曲轴产生周期变化的扭转和弯曲变形。发动机轴系作为一个弹性系统,在工作过程中,受到激振力矩的作用,会产生周期性变化的扭转弹性变形运动,称为扭转振动 。发动机扭振主要关注两个方面,一是扭振振型,二是发动机的谐次。扭振振型是具有 个质量的扭振系统具有 个主振型,分别有()个节点(即不振动的点)。单节点振型是决定轴系扭振特性的最重要振型,在内燃机工作转速范围内,很少情况下研究双节点振型。例如一个直列 缸机,一般可以简化为一个 自由度的当量系统模型,如图 所示。图 直列
3、 缸机曲轴扭转当量系统模型 作用在曲柄销上的激励力矩来源于连杆活塞组运动时产生的往复惯性力和燃烧爆发压力。它是时间的周期性函数,根据傅里叶级数理论,即每一个周期函数均可以用无穷多个不同周期的简谐量的和来表示。所以在考虑周期性问题时,我们常采用简谐分析方法。谐次即简谐分量的阶数,阶、阶、阶(四冲程发动机基本周期是 ,所以会出现半谐次)。由于能量是随着谐次的提高而迅速降低的,所以高阶谐次引起的共振我们一般不关注,对非道路柴油机而言一般分析到 阶左右。但是作用在各个曲拐上的 阶谐量相位是不一样的。图 为发火顺序为 的四冲程 缸发动机各阶激振转矩相位图。通过各阶次激振扭转相位图可以看收稿日期:第 卷第
4、 期拖 拉 机 与 农 用 运 输 车 年 月 ,出,、谐次作用在同一方向,这些阶次最危险,应重点分析,、阶次的激励在 个曲拐上相互分散制约,一般可以不关注。图 缸机各阶激振转矩相位图 扭振测试扭转振动的大小一般用曲轴前端的扭转角度来评价。通过测量曲轴自由端的角速度相对于平均角速度的波动,然后将该波动角速度积分得到扭转角度。发动机曲轴扭振测试分为非接触式测量、接触式测量和双通道测量系统。本文采用接触式测量方法,如图 所示,通过工装将编码器安装在发动机前端皮带轮位置,再将编码器连接解码器到数采前端,同时运用激光传感器采集发动机转速信号,图 为编码器采集信号调制后得到扭转角位移变化示意图。图 发动
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