動力總成隔振及曲軸扭振動態(tài)特性理論分析與試驗研究.pdf

1、針對車輛、船舶等動力總成系統(tǒng)整體外部振動和內(nèi)部軸系扭轉(zhuǎn)振動，進行了理論分析、仿真分析及試驗研究。建立了多向激勵作用的、多隔振支承的、彈性基礎支撐的隔振系統(tǒng)動力學模型，以子系統(tǒng)導納矩陣及整體綜合法分析了彈性基礎系統(tǒng)動態(tài)傳遞特性，研究了不同組合形式激勵作用、基礎各向響應功率流傳遞特性;依據(jù)工程實際情況，對振源機器剛體模態(tài)進行了解耦分析，并針對工程不規(guī)則結(jié)構(gòu)基礎隔振系統(tǒng)，發(fā)展了以有限元仿真與功率流結(jié)合研究系統(tǒng)振動特性的嶄新方法，使得功率流理論

2、在工程實際中的應用不再局限于規(guī)則基礎;從能量角度探討了曲軸扭轉(zhuǎn)振動特性，分別得到了傳統(tǒng)軸盤模型和考慮連接軸分布質(zhì)量參數(shù)特性軸盤模型的扭振功率流傳遞特性，并分析了多種結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對扭振能量傳遞特性的影響;搭建了隔振系統(tǒng)試驗臺架，進行了輸入系統(tǒng)及基礎功率流、加速度導納與傳遞率、結(jié)構(gòu)模態(tài)及阻尼測試。具體內(nèi)容如下;
　　對等截面歐拉梁進行微元受力分析，得到了等圓截面直桿、軸、梁的縱向速度導納、扭轉(zhuǎn)角速度導納及彎曲速度等多維導納;建立了多向

3、力及力矩作用的、多隔振器的、梁基礎振動隔離系統(tǒng)動力學模型，通過將整體拆解為子系統(tǒng)并求取導納矩陣推導了輸入系統(tǒng)及基礎功率流表達式，結(jié)合數(shù)值仿真，分析了復雜激勵及垂向力、側(cè)向力和橫向力矩各單一激勵作用下的系統(tǒng)功率流傳遞特性，并分析了基礎各向振動波所攜帶振動能量分布。有限元仿真中著重于基礎彎曲模態(tài)與隔振器多維共振模態(tài)，將仿真結(jié)果與理論計算結(jié)果進行對比。表明:振源機器剛體模態(tài)是引發(fā)低頻域振動能量傳遞加劇的主要原因;基礎彈性模態(tài)是引發(fā)振動功率流在

4、中高頻段明顯上升的原因，其中橫向彎曲共振的影響尤為強烈;不同組合形式的激勵引發(fā)的振動能量傳遞強度不同，其中橫向力矩引起的振動能量傳遞幾乎與復雜激勵相同;基礎的各向振動所攜帶的振動能量不同，其中橫向彎曲波形式傳遞的能量最多，彎曲波更容易向周圍輻射噪聲;基礎剛度越高越能阻礙振動能量向基礎的傳遞。
　　建立了動力總成懸置系統(tǒng)運動力學模型，并從理論上計算出動力總成六自由度固有頻率，確定了主要振動模態(tài)及其工程解耦條件，研究了懸置位置及剛度對

5、耦合剛體模態(tài)頻率的影響規(guī)律;基于理論推導對某重型貨車的動力總成懸置系統(tǒng)進行了設計。運用有限元分析與振動功率流計算結(jié)合的方法，對工程中不規(guī)則的復雜彈性基礎懸置系統(tǒng)的振動傳遞特性進行了研究。表明:動力總成懸置系統(tǒng)設計階段應盡量保證六自由度固有頻率數(shù)值間隔大于1Hz，并使其小于√2分之一的發(fā)動機最低怠速激勵頻率;由不平衡旋轉(zhuǎn)力矩引起的動力總成橫搖振動是影響系統(tǒng)怠速隔振性能的主要因素，應通過合理布置支承使其最大程度解耦;以有限元法和功率流理論相

6、結(jié)合，得到工程復雜基礎隔振系統(tǒng)功率流傳遞特性，表明基礎彈性特性在總體系統(tǒng)振動傳輸中起關鍵作用，此方法將功率流理論的應用范圍從簡化的規(guī)則基礎發(fā)展到了工程中任意不規(guī)則基礎。
　　建立了曲軸系統(tǒng)近似軸盤模型，其中包括將軸頸簡化為無質(zhì)量只有扭轉(zhuǎn)剛度的連接軸和考慮分布質(zhì)量參數(shù)特性的連接軸，建立了系統(tǒng)力矩與角速度傳遞方程,推導了輸入曲軸系統(tǒng)及右端飛輪的扭轉(zhuǎn)功率流，分析了扭轉(zhuǎn)力矩激勵下曲軸系統(tǒng)扭振能量傳遞特性;研究了軸頸阻尼變化的影響，并探討了

7、扭轉(zhuǎn)減振器增減轉(zhuǎn)動慣量對系統(tǒng)扭振功率流共振峰位置及量值的影響;對軸盤模型進行有限元模態(tài)仿真分析，并與理論計算結(jié)果進行比對。表明:整個曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振模態(tài)是引起扭振功率流傳遞加劇的主要原因;連接軸自身扭轉(zhuǎn)彈性模態(tài)是激發(fā)系統(tǒng)高頻扭振功率流出現(xiàn)突出峰值的原因;增大軸頸阻尼可使扭振功率流波峰變緩，但會小幅度提高其它頻段的功率流傳遞;增大扭轉(zhuǎn)減振器轉(zhuǎn)動慣量，曲線共振峰的位置向左偏移，在整個分析頻率范圍內(nèi)，功率流傳遞均有所減弱。
　　對兩端

8、固定等長矩形截面歐拉梁基礎的單層隔振系統(tǒng)進行了功率流傳遞測試、加速度導納和傳遞率測量、梁和系統(tǒng)整體模態(tài)試驗及結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)測量。將部分結(jié)果與理論分析進行對比，表明:由于隔振器的隔振作用，傳入基礎的振動能量比輸入系統(tǒng)的明顯減少，且隨著激振頻率的增高，振動能量呈下降趨勢;輸入基礎的振動能量曲線因基礎的彈性模態(tài)被激發(fā)而出現(xiàn)部分突出峰值;加速度傳遞率在大部分頻段內(nèi)小于1;在分析頻率范圍內(nèi)，柔性基礎的前五階彈性模態(tài)被激發(fā)，且基礎耦合共振頻率相比基礎