某汽油機(jī)減震皮帶輪匹配分析與試驗(yàn)驗(yàn)證江淮汽車

1、某機(jī)減震皮帶輪匹配分析與試驗(yàn)驗(yàn)證，江淮汽車技術(shù)中心動(dòng)力總成，合肥市紫云路99號，230601摘要:曲軸扭振分析主要應(yīng)用Excite_Designer進(jìn)行，通過建立曲軸系動(dòng)力學(xué)模型，綜合分析匹配各頻率減震皮帶輪后的曲軸扭轉(zhuǎn)角度，發(fā)輸出扭矩的穩(wěn)定性，以及減震皮帶輪的動(dòng)態(tài)變形和耗散功，從而判斷哪一頻率的減震皮帶輪的匹配效果最佳，最后通過試驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果。：曲軸，Excite_Designer，扭振，扭轉(zhuǎn)角，皮帶輪，氣門彈簧主要應(yīng)用：AVL Excite_Designer1. 引言某機(jī)在試驗(yàn)開發(fā)階段進(jìn)行200小時(shí)超速試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)了減震皮帶輪橡膠壓脫、連桿斷裂的現(xiàn)象?？紤]到減震皮帶輪、連桿均與曲軸相聯(lián)，

2、為此對新樣機(jī)進(jìn)行了曲軸扭振試驗(yàn)，結(jié)果測量發(fā)現(xiàn)曲軸扭轉(zhuǎn)角度通過應(yīng)用Excite_Designer驗(yàn)證分析結(jié)果。為改善曲軸扭振行為，重新匹配一合適頻率的減震皮帶輪，對該機(jī)進(jìn)行曲軸扭振模擬分析，并再進(jìn)一步通過試驗(yàn)曲軸扭振模擬分析模型搭建與輸入數(shù)據(jù)通過Excite Designer建立曲軸系動(dòng)力學(xué)模型，如圖1所示。輸入發(fā)主參數(shù)與各轉(zhuǎn)速全負(fù)荷缸壓曲線，由的受力情況。自動(dòng)生成作用于曲軸系各質(zhì)量段（曲柄銷、主軸頸等）圖1Excite Designer動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型1使用AVLShaftMer和AutoShaft，以3D模型數(shù)據(jù)(STL格式)為基礎(chǔ)，分割曲軸系各質(zhì)量段，生成曲軸系的三維動(dòng)力學(xué)等效模型，如圖2、

3、3所示。曲軸材料為QT80 0，密度為7.35E3kg/m3，彈性模量為1.6e5MPa，泊松比為0 .3，計(jì)算得出各質(zhì)量段對旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與剛度。其中飛輪端的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量還考慮了離合器組件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。圖2 ShaftMor中曲軸自動(dòng)識(shí)別并劃分各質(zhì)量段后的三維模型圖3 曲軸系三維動(dòng)力學(xué)等效模型為研究減振皮帶輪頻率對于曲軸系扭振的影響，選用不同的扭轉(zhuǎn)剛度，以改變減振皮帶輪的頻率。根據(jù)以下公式計(jì)算減振皮帶輪的扭轉(zhuǎn)剛度，減振皮帶輪各頻率與扭轉(zhuǎn)剛度如表1所示。12f f: 頻率c: 剛度I：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量表1 減振器頻率設(shè)置2頻率 Hz轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kgm2剛度 Nm/rad2800.00645819988.2

4、129021441.4330022945.6531024500.8532026107.0533027764.2334029472.4135031231.57cI計(jì)算結(jié)果分析扭振分析一般，以曲軸系前端的扭振振幅評價(jià)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)行為。在發(fā)有諧次激勵(lì)導(dǎo)致的單階扭轉(zhuǎn)最大角度應(yīng)低于一定水平，且各諧次的一定的限值。評價(jià)扭振行為標(biāo)準(zhǔn)如下：最大超速轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，所扭轉(zhuǎn)角度也需要低于在發(fā)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，曲軸前端單階最大扭轉(zhuǎn)角度，以乘客舒適度要求應(yīng)小于 0.1deg；以曲軸應(yīng)力強(qiáng)度要求應(yīng)小于 0.2deg。轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，曲軸前端最大扭轉(zhuǎn)角度應(yīng)小于0.5deg。在發(fā)分別計(jì)算選取280420Hz減振皮帶輪頻率下各發(fā)轉(zhuǎn)速對應(yīng)的曲軸

5、前端減振皮帶輪輪轂各單階與扭轉(zhuǎn)角度。對比各計(jì)算結(jié)果得出：頻率低的減震皮帶輪的減震效果較好，匹配頻率280Hz時(shí)減震效果最好，曲軸前端單階扭轉(zhuǎn)角度及Critical Speeds扭轉(zhuǎn)角度都滿足要求。0.51.52.53.54.55.56.57.58.59.5 10.5 11.57000123600050004000modefrequency3000-Hz1221.420002514.431158.810000 100 200 300400500600700800 900 1000 1100 1200 1300 1400Frequency(Hz)Magnitudes (Mean-to-Peak)(

6、24 dominanrmonic components)0 50.450.40.350 30.250 20.150.10.0501000200030004000Engine Speed(rpm)5000600070003Angular Displacement(deg)Speed(rpm)Order 0.5000(deg)Order 1 0000(deg)Order 1.5000(deg) Order 2.0000(deg)Order 2 5000(deg)Order 3.0000(deg) Order 3.5000(deg)Order 4 0000(deg)Order 4.5000(deg)

7、 Order 5.0000(deg)Order 5 5000(deg)Order 6.0000(deg) Order 6.5000(deg)Order 7 0000(deg)Order 7.5000(deg) Order 8.0000(deg)Synthesis(deg)Modes(rpm)36033041.7337034902.8838036815.0139038778.14圖4 臨界轉(zhuǎn)速和減振器輪轂單階及扭轉(zhuǎn)角度減振器280HzMagnitudes (Mean-to-Peak)(24 dominan rmonic components)0.6Critical Speeds0.50.51.5

8、 2.53.54.55.56.57.58.59.5 10.5 11.570000.41230.360000.250000.1040001000200030004000Engine Speed(rpm)500060007000modefrequency3000-Hz1229.420002522.831173.110000 100 200 300400500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400Frequency(Hz)圖5 臨界轉(zhuǎn)速和減振器輪轂單階及扭轉(zhuǎn)角度減振器300HzMagnitudes (Mean-to-Peak)(24 dominan rmo

9、nic components)0.7Critical Speeds0.60.51.52.53.54.5 5.5 6.57.5 8.5 9.5 10.5 11.57000230.50.460000.30.250000.1Modes(rpm)040001000200030004000Engine Speed(rpm)500060007000modefrequency3000-Hz1253 420002555.331231.910000 100 200300400500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400Frequency(Hz)圖6 臨界轉(zhuǎn)速和減振器輪

10、轂單階及扭轉(zhuǎn)角度減振器380Hz2.2.2 減震皮帶輪分析為確保減振器自身可靠性和耐久性，一般減振器需具備兩個(gè)要求：減振器最大動(dòng)態(tài)變形應(yīng)小于 0.6deg。減振器耗散能應(yīng)小于 200W。計(jì)算考查了280Hz 420Hz頻率范圍的減振皮帶輪，結(jié)果如圖19、圖20所示。各頻率下減震皮帶輪的最大動(dòng)態(tài)變形都滿足小于0.6deg的要求。各頻率減震皮帶輪的耗散功在超速6600rpm之下也全都滿足要求。4Speed(rpm)Speed(rpm)Angular Displacement(deg)Angular Displacement(deg)Order 0.5000(deg) Order 1.0000(de

11、g) Order 1.5000(deg) Order 2.0000(deg) Order 2.5000(deg) Order 3.0000(deg) Order 3.5000(deg) Order 4.0000(deg) Order 4.5000(deg) Order 5.0000(deg) Order 5.5000(deg) Order 6.0000(deg) Order 6.5000(deg) Order 7.0000(deg) Order 7.5000(deg) Order 8.0000(deg) Synthesis(deg)Order 0.5000(deg)Order 1.0000(d

12、eg)Order 1.5000(deg) Order 2.0000(deg)Order 2.5000(deg)Order 3.0000(deg) Order 3.5000(deg)Order 4.0000(deg)Order 4.5000(deg) Order 5.0000(deg)Order 5.5000(deg)Order 6.0000(deg) Order 6.5000(deg)Order 7.0000(deg)Order 7.5000(deg) Order 8.0000(deg)Synthesis(deg)Modes(rpm)Dissipateder250200 280Hz(W) 29

13、0Hz(W) 300Hz(W) 310Hz(W) 320Hz(W)360Hz(W)370Hz(W)380Hz(W)390Hz(W)400Hz(W)150 330Hz(W) 340Hz(W)410Hz(W)420Hz(W) 350Hz(W)1005001000200030004000engine speed(rpm)500060007000圖7 各頻率下減振皮帶輪耗散功Max. Dyn. Deformation0.60.50.40.30.20.101000200030004000500060007000engine speed(rpm)圖8 各頻率下減振皮帶輪最大動(dòng)態(tài)變形3.試驗(yàn)驗(yàn)證根據(jù)Desi

14、gner計(jì)算結(jié)果280Hz的減震皮帶輪效果好的建議，聯(lián)系廠家分別準(zhǔn)備了231、410Hz的減震皮帶輪分別進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，并最終確定選型。3.1. 試驗(yàn)方法a、發(fā)布置測功機(jī)臺(tái)架上，安裝和測量發(fā)的常規(guī)的測量參數(shù)。b、布置扭振傳感器，同時(shí)需要調(diào)整傳感器接頭與曲軸的同軸度，進(jìn)而保證測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。c、把扭振傳感器與扭振測量儀和筆記本電腦相連，在測量以前要確定測量儀狀態(tài)完好后才能進(jìn)量。d、在試驗(yàn)的過程中，轉(zhuǎn)速為最低轉(zhuǎn)速勻速上升到發(fā)最大轉(zhuǎn)速。e、扭振測量儀發(fā)上升的全部過程。5Max. Dyn. Deformation(deg)eDri(sWsi)pated280Hz(deg) 320Hz(deg) 360Hz

15、(deg)400Hz(deg) 290Hz(deg) 330Hz(deg)370Hz(deg)410Hz(deg) 300Hz(deg) 340Hz(deg) 380Hz(deg)420Hz(deg) 310Hz(deg) 350Hz(deg) 390Hz(deg)3.2.試驗(yàn)結(jié)果圖9 各頻率皮帶輪單階最大扭角對比圖圖10 275Hz皮帶輪2階扭振測量結(jié)果圖11 299Hz皮帶輪2階扭振測量結(jié)果圖12 331Hz皮帶輪2階扭振測量結(jié)果圖13 341Hz皮帶輪2階扭振測量結(jié)果從試驗(yàn)測量結(jié)果得出：在6600rpm工況點(diǎn)，匹配任何一頻率減振皮帶輪，發(fā)超過標(biāo)準(zhǔn)0.2度（200毫度）；但隨著減振皮帶輪固有頻率的降低，發(fā)的2階在該轉(zhuǎn)速點(diǎn)的2階扭振有降低的趨勢（如圖9所示）。當(dāng)減振皮帶輪頻率在275Hz331Hz時(shí)，減振6單階最大振幅(md600 4階5002階 2.5階4003.5階2階-660 0 300 200 100 0231255275299331339340341357370410皮帶輪固有頻率(Hz)皮帶輪的減振效果最