基于designer的曲軸減振器匹配_江鈴汽車(chē)曾等

1、基于 Designer 的曲軸減振器匹配曾 尤（1.江鈴汽車(chē)發(fā)開(kāi)發(fā)部，南昌，3300012.寧波拓?fù)?10027），寧波，摘 要：本文運(yùn)用 AVL EXCITE DESIGNER對(duì)某發(fā)軸系進(jìn)行扭振分析，分別對(duì)不同的曲軸減振皮帶輪參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，然后通過(guò)分析結(jié)果曲軸扭轉(zhuǎn)角度、振幅等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)減振器的效果，最后選擇出一組較佳的曲軸減振器進(jìn)行減振皮帶輪（簡(jiǎn)稱(chēng) TVD)扭振試驗(yàn)并最終優(yōu)選出最佳的減振器參數(shù)和減振器的匹配設(shè)計(jì)。：Excite DESIGNER、 曲軸減振器、扭振分析、匹配、扭振試驗(yàn)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. 前言同一款發(fā)，匹配不同的車(chē)型，由于爆壓、飛輪等聯(lián)接件的變化，會(huì)對(duì)軸系的扭振產(chǎn)生影響，所以需重新匹配減振器。EXCITE designer 能快速有效地對(duì)軸系進(jìn)行建模分析。本文運(yùn)用 AVL EXCITE designer對(duì)某發(fā)軸系進(jìn)行扭振分析，分別對(duì)不同的曲軸減振皮帶輪參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，然后通過(guò)分析結(jié)果曲軸扭轉(zhuǎn)角度、振幅等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)減振器的效

5、果，最后選擇出一組較佳的曲軸減振器進(jìn)行減振皮帶輪（簡(jiǎn)稱(chēng) TVD)扭振試驗(yàn)并最終優(yōu)選出最佳的減振器參數(shù)和減振器的匹配設(shè)計(jì)。TVD 設(shè)計(jì)原則：通過(guò)調(diào)整軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、扭振剛度及其分布而調(diào)整軸系的固有頻率。一般，在曲軸前端配置扭轉(zhuǎn) TVD，以減少輸入軸系的能量即降低曲軸（飛輪端）產(chǎn)生大的附加扭振力矩。當(dāng)曲軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，力圖保持等速的慣性盤(pán)便于橡膠層發(fā)生了內(nèi)摩擦，1從而消耗了扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能量，消減了扭振。如下為 TVD 吸振原理，匹配 TVD 后，單度系統(tǒng)變?yōu)殡p剛度度系統(tǒng)，McMKcKd 分別為軸系（不帶 TVD）、TVD 的等效質(zhì)量和等效2. 曲軸扭振分析當(dāng)作用在曲軸上的干擾力矩的頻率等于曲軸的扭

6、轉(zhuǎn)模態(tài)時(shí)，曲軸就會(huì)發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)，振幅的大小取決于干擾力矩的幅值與各種機(jī)制的阻尼大小。扭振引起的大的扭轉(zhuǎn)彈性變形會(huì)產(chǎn)生附加的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，對(duì)曲軸的強(qiáng)度會(huì)有影響。因此，必須控制軸系的扭振現(xiàn)象。曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析流程如下圖 1 所示：圖 1 曲軸扭振 CAE 分析流程2.1 模型建立原則a）整個(gè)軸系當(dāng)量成集中質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)，可由當(dāng)量原則如下：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（活塞、連桿、計(jì)算或者外部輸入，其等運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）集中在氣缸中心線(xiàn)位置；飛輪、彈性聯(lián)軸節(jié)等有較大慣量的集中在各自的中心線(xiàn)位置；齒輪傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量通過(guò)傳動(dòng)比一個(gè)集中質(zhì)量。扭轉(zhuǎn)剛度定義為相鄰兩集中質(zhì)量間的扭轉(zhuǎn)剛度，包括簡(jiǎn)單軸段與單拐剛度。阻

7、尼參數(shù)由外部輸入，包括氣缸阻尼、結(jié)構(gòu)阻尼以及減振器阻尼等。b）氣體爆發(fā)壓力產(chǎn)生的干擾扭矩同樣可由計(jì)算或者外部輸入：干擾力矩是周2期性的，各缸干擾力矩之間的相位差取決于發(fā)火順序；需進(jìn)行簡(jiǎn)諧分析，相位以氣缸沖程上死點(diǎn)為基礎(chǔ)。c）計(jì)算控制數(shù)據(jù)決定了計(jì)算的插值精度與仿真時(shí)間，這是相互為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。的。建議以 50rpm2.2 計(jì)算模型根據(jù)發(fā)的結(jié)構(gòu)，可以在 EXCITE designer 里靈活的建模。亦可以建立自已的模板，在相似機(jī)型計(jì)算時(shí)，可直接在模板上進(jìn)行更改，達(dá)到提高效率的目的。圖 2 為 EXCITEdesigner 的計(jì)算模型。圖2 EXCITE designer 的計(jì)算模型2.3 發(fā)基本參

8、數(shù)用 Designer 進(jìn)行軸系計(jì)算時(shí)，首先要知道發(fā)train globals 里。的一些基本參數(shù)，這些參數(shù)需要填到cr表 1發(fā)的基本參數(shù)。2.4 曲軸模型參數(shù)的定義在 Shaft Mer 中，對(duì)軸系的各個(gè)原件進(jìn)行賦值。除了填入飛輪，減振器的慣量、剛度外，還要對(duì)曲軸進(jìn)行分割，填入軸頸直徑和長(zhǎng)度，曲柄臂和平衡重的質(zhì)量和慣量等。這些可以方便的在三維里完成。單拐扭轉(zhuǎn)剛度是一個(gè)很重要的參數(shù)，這里運(yùn)用有限元法來(lái)求取。通過(guò)施加扭矩，獲得曲軸銷(xiāo)相對(duì)于主軸頸中心的變形角度，從而到半拐剛度。3發(fā)型式直列，四缸，四沖程，增壓中冷，高壓供軌缸徑X 行程90X94.6怠速800最高轉(zhuǎn)速4800連桿長(zhǎng)度149mm圖3

9、有限元計(jì)算曲軸半拐剛度2.5 發(fā)缸內(nèi)壓力曲線(xiàn)缸內(nèi)壓力曲線(xiàn)要求覆蓋發(fā)轉(zhuǎn)速范圍外特性，并包含額定工況點(diǎn)，最大扭矩點(diǎn)和扭振轉(zhuǎn)速點(diǎn)。曲線(xiàn)可以通過(guò)發(fā)件獲得。一維性能模擬軟圖 4 缸壓曲線(xiàn)2.6 不同減振器參數(shù)表 2 列出了不同減振器的參數(shù)。計(jì)算時(shí)在 Shaft Mer 里修改相關(guān)的參數(shù)即可。表 2減振器的參數(shù)3.CAE 分析結(jié)果一般，通過(guò)曲軸前端的扭振振幅的大小來(lái)評(píng)價(jià)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的強(qiáng)烈程度。在發(fā)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，所有諧次的單階扭轉(zhuǎn)角度應(yīng)低于一定值，且總扭角也要低于一定值，各企業(yè)，車(chē)型都有不同的要求和標(biāo)準(zhǔn)。在這里，只需比較扭振幅值及發(fā)生扭振的轉(zhuǎn)速。圖 5 280HZ 減振器結(jié)果4TVD 頻率(Hz)環(huán)慣量(kg.m

10、.m)剛度( N.m/rad)2800.00618560320242553402738236030698400378993600.0072368380.006306980.004824558圖 6320HZ 減振器結(jié)果圖 7340HZ 減振器結(jié)果圖 8360HZ 減振器結(jié)果520圖 9400HZ 減振器結(jié)果從以上分析結(jié)果知，低頻率的減振器對(duì)于低階扭振有好處，但高階的振幅偏大。因而綜合各階考慮，且根據(jù)設(shè)計(jì)要求單價(jià)要小于 0.1，故此款發(fā) 320360Hz 較合適。具體數(shù)值見(jiàn)下表表 3 不同頻率減振器扭振振幅TVD 的頻率范圍為另外，對(duì)于頻率為 360HZ 不同的環(huán)慣量，也進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如圖 1

11、0，圖 11：圖 10 不同慣量的環(huán)結(jié)果對(duì)比（第四階，第六階）圖 11 不同慣量的環(huán)結(jié)果對(duì)比（第八階，第十階）同樣，根據(jù)以上的結(jié)果，可以知道慣量為 0.0006 的減振器效果最好。綜合兩方面的信息，可以確定減振器最優(yōu)的參數(shù)。3. 曲軸扭振試驗(yàn)3.1 試驗(yàn)內(nèi)容及目的6TVD 頻率第四階振幅第六階振幅第八階振幅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）不同固有頻率的曲軸扭轉(zhuǎn)減振器樣件制作；b）在發(fā)曲軸的前端分別安裝不同固有頻率的 TVD 時(shí)，測(cè)量曲軸前端的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，測(cè)試評(píng)價(jià)分別安裝不同頻率 TVD 樣件的減振效果，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果是否與 CAE 分析結(jié)果一致、是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，確定最優(yōu)的固有頻率范圍；3.2 試驗(yàn)樣件表 4七個(gè)試驗(yàn)樣件3.3 試驗(yàn)準(zhǔn)備a）角度編安裝在發(fā)曲軸的前端，安裝示意圖如下：7No.頻率1CKD_329Hz2TVD_320Hz3TVD_345Hz4TVD_361Hz5TVD_376Hz6TVD_388Hz7TVD_419Hzb）試驗(yàn)c）試驗(yàn)工況：

13、在 100 秒內(nèi)，發(fā)轉(zhuǎn)速?gòu)?800rmp 勻加速到 4500rpm，數(shù)據(jù)。3.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析此發(fā)為直列四缸柴油發(fā)，在階次數(shù)據(jù)處理分析中提取 2，4，6，8，10 階次。0.5 階到 1 階通常被認(rèn)為是噪聲信號(hào)，影響總值評(píng)價(jià)，在此階次范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速較低不是扭轉(zhuǎn)減振器的減振功能范圍，因此在總值中將這些階次濾掉。10 階以上信號(hào)一般在正常的工況范圍外，而且信號(hào)幅值較小。所以，曲軸前端的扭振角位移Summation值包含1.5階以上各階次，截止至10 階（1.5+2.0+2.5+10）。8圖 12 單階次最大幅值圖 13 總階次最大幅值從 TVD 扭振試驗(yàn)結(jié)果看，320380HZ 都滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，320、340HZ 最優(yōu)，結(jié)合 CAE分析結(jié)果和 TVD 供應(yīng)商制作的水平，確定 TVD 的頻率為 34020HZ，慣性環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.006kg.m.m,橡膠的剛度 2400031000N.m/rad,阻尼系數(shù) 1.3.4. 結(jié)語(yǔ)a）AVL EXCITE designer 能快速，有效地對(duì)軸系進(jìn)行分析，為減振器設(shè)計(jì)提供計(jì)算依據(jù);b)根據(jù)軸系扭振分析結(jié)果，確定 TVD 的頻率范圍并制作相應(yīng)的樣件進(jìn)行扭振試驗(yàn)，根據(jù)分析結(jié)