唐 明,孟 芳,蘇麗華,董志斌,叢日新（長城汽車股份有限公司,河北 保定 071000）

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汽車發(fā)動機(jī)曲軸扭轉(zhuǎn)振動分析及控制

唐 明,孟 芳,蘇麗華,董志斌,叢日新
（長城汽車股份有限公司,河北 保定 071000）

摘 要：社會經(jīng)濟(jì)在進(jìn)行著快速的發(fā)展中，人們對于汽車的使用量也在逐漸的增加，我國對于汽車建設(shè)中是要求也越加嚴(yán)苛。在汽車公司進(jìn)行汽車設(shè)計的過程中，對于發(fā)動機(jī)及行駛中的穩(wěn)定程度越加重視。汽車發(fā)動機(jī)曲軸扭轉(zhuǎn)振動是汽車公司在對于發(fā)動機(jī)研究中的熱點(diǎn)課題。本為對于發(fā)動機(jī)的曲軸扭轉(zhuǎn)技術(shù)進(jìn)行較為全面的分析。

關(guān)鍵詞：曲軸系；扭轉(zhuǎn)振動；優(yōu)化設(shè)計

0 前言

增加對于汽車發(fā)動機(jī)的振動分析與控制，在一定程度上面可以將汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，增加發(fā)動機(jī)的使用時間與汽車行駛過程中的穩(wěn)定性能。曲軸扭轉(zhuǎn)是發(fā)動機(jī)在工作過程中的主要部件，性能的好壞將直接對于汽車的整體性能進(jìn)行影響。本文主要對于汽車中的曲軸扭轉(zhuǎn)振動進(jìn)行分析研究，這項研究是十分具有實際意義的。

1 汽車發(fā)動機(jī)曲軸扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)理論分析

1.1 ADAMS多剛體動力學(xué)理論

ADAMS動力學(xué)理論主要使用坐標(biāo)方程式進(jìn)行汽車在行駛中的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的分析。在ADAMS動力學(xué)理論中，將動力系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)性參考系中的坐標(biāo)與方位坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)注，并使用相對應(yīng)的數(shù)學(xué)方程式進(jìn)行多余坐標(biāo)的約束，進(jìn)而將已經(jīng)標(biāo)注的坐標(biāo)進(jìn)行變量。在對于動力學(xué)的分析過程中，使用數(shù)學(xué)方程式可以將計算的效率進(jìn)行大幅度提升。

1.2 ADAMS多柔體動力學(xué)理論

在進(jìn)行汽車生產(chǎn)建設(shè)中，在機(jī)械系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛使用柔性材料，是生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行中速度較快，但是運(yùn)行的精度也在不斷的提升，設(shè)備內(nèi)的動力學(xué)性能變得更加繁瑣。剛性研究體系已經(jīng)不能滿足對于動力學(xué)的研究，因此柔體動力學(xué)理論就在這種情況下產(chǎn)生。這種研究體系一般情況下是以剛性動力學(xué)體系作為參照依據(jù)，在對于柔體的研究中進(jìn)常采用不同的處理形式。在一定程度上面剛性與柔性的個、動力學(xué)體系進(jìn)行共同使用，可以對系統(tǒng)中的動力學(xué)進(jìn)行更加全面的認(rèn)識［1］。

2 曲軸動力學(xué)研究模型

2.1 三維幾何模型

三維幾何模型可以將曲軸系統(tǒng)的中每個零件間的關(guān)系進(jìn)行清晰的展示。按照零件的規(guī)格與參數(shù)，利用相對應(yīng)的三維軟件就可以建立相對應(yīng)的三維幾何模型。將零件進(jìn)行前期的部分改進(jìn)，可以將曲軸系統(tǒng)的扭動振動特點(diǎn)進(jìn)行更加全面的分析。

2.2 曲軸柔性體模型

曲軸在進(jìn)行生產(chǎn)過程中需要經(jīng)過多種的工藝過程，這種加工形式使曲軸變成為彈性連續(xù)體。在汽車的行駛過程中，曲軸不僅僅需要承受氣體的壓力與彈性上面的約束，還必須要根據(jù)行駛的實際情況作出相對應(yīng)的扭矩。在多種作用力的共同作用下，曲軸所呈現(xiàn)出來的運(yùn)動方式就較為繁瑣。建立曲軸柔性體模型就是要將曲軸運(yùn)行中的狀態(tài)進(jìn)行模擬，方便研究人員對于曲軸的研究。曲軸柔性體模型必須是在多體動力學(xué)作為理論依據(jù)的支撐下進(jìn)行建立，在這種基礎(chǔ)上面將有限元進(jìn)行了解，進(jìn)而將曲軸各階段的振動形式與頻率進(jìn)行確認(rèn)，實現(xiàn)對于曲軸柔性化的研究［2］。

3 曲軸扭轉(zhuǎn)振動控制措施研究

3.1 影響曲軸扭轉(zhuǎn)振動控制的抓喲因素

（1）發(fā)動機(jī)干擾力矩。將發(fā)動機(jī)干擾力矩在一定程度上面進(jìn)行完善可以將曲軸中的振動頻率進(jìn)行減輕。在汽車進(jìn)行生產(chǎn)過程中，將發(fā)動機(jī)上面的曲柄慣性質(zhì)量進(jìn)行減小，就可以將曲柄連桿間的比值就會進(jìn)行變化，這種情況下的干擾力矩的工作性能就會進(jìn)行影響。在將發(fā)動機(jī)中的相關(guān)因素進(jìn)行改變的過程中，發(fā)動機(jī)的其他性能也在進(jìn)行相對應(yīng)的滿足。因此，在實際生產(chǎn)中的改動可能性并不大［3］。

（2）曲軸系統(tǒng)的動態(tài)特性。曲軸系統(tǒng)在進(jìn)行扭轉(zhuǎn)動態(tài)性中有特定的干擾力矩。曲軸系統(tǒng)動態(tài)特性可以將曲軸在工作中的扭振進(jìn)行研究，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)一種可以在固定范圍將扭振響應(yīng)較小的方式。

3.2 扭振控制措施

（1）將飛輪的轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行調(diào)整。在對于飛輪的轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行增加的過程中，可以將曲軸系統(tǒng)中的原有振動頻率進(jìn)行改變，就可以讓共振發(fā)生的可能性進(jìn)行降低，在一定程度上面將扭振的波動幅度進(jìn)行降低。讓飛輪的轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行增加在一定程度上面也可以將曲軸轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性進(jìn)行提升，將發(fā)動機(jī)在進(jìn)行工作中的波動進(jìn)行降低。在科技人員對于飛輪轉(zhuǎn)動研究中發(fā)現(xiàn)，如果慣量增加三分之一，曲軸系統(tǒng)的響應(yīng)頻率并沒有發(fā)生什么改變，依舊是按照原有的轉(zhuǎn)動頻率進(jìn)行工作，但是在曲軸的前端振動頻率發(fā)生了較為清晰的降低，汽車公司在進(jìn)行曲軸減震器的設(shè)計研究中，主要使用了ADAMS軟件，在這種研究的基礎(chǔ)上面將汽車的生產(chǎn)中的減震器進(jìn)行完善。在對于飛輪的轉(zhuǎn)動慣性進(jìn)行增加的過程中，曲軸系統(tǒng)中的振動幅度發(fā)生了較為清晰的降低。

（2）對于汽車發(fā)動機(jī)發(fā)火順序的改變。在原有的汽車進(jìn)行發(fā)火進(jìn)行更改，將曲軸系統(tǒng)中的振動頻率機(jī)型強(qiáng)迫式改變。在對于扭振進(jìn)行改變的過程中，曲軸系統(tǒng)的前端與邊沿并沒有什么頻率上面的改變。造成這種現(xiàn)象的主要原因是因為新型的沖程發(fā)動機(jī)，這種發(fā)動機(jī)在工作中可以將曲軸系統(tǒng)中的干擾力矩進(jìn)行主要力的作用，將干擾力矩中的爆發(fā)力與慣性力進(jìn)行針對應(yīng)作用。在對于發(fā)動機(jī)發(fā)火順序改變的過程中，曲軸系統(tǒng)中的扭振的主要扭轉(zhuǎn)力矩與強(qiáng)扭轉(zhuǎn)力矩都沒有發(fā)生明顯上的變化。在這種情況下可以得出，發(fā)動機(jī)的發(fā)火順序與曲軸系統(tǒng)中的扭振響應(yīng)間并沒有較為清晰的關(guān)系［4］。

4 結(jié)論

本文對于影響曲軸系統(tǒng)的主要原因進(jìn)行了簡單的分析，在曲軸實際運(yùn)行中的特征與影響的基礎(chǔ)上面提出幾點(diǎn)可以進(jìn)行參考的研究方式，同時參考的手段進(jìn)行了計算，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)主要影響與控制曲軸的因素。曲軸系統(tǒng)作為發(fā)動機(jī)主要的工作零件，在進(jìn)行工作中一定會產(chǎn)生噪音。但是隨著我國對于汽車發(fā)動機(jī)的要求就加嚴(yán)苛，對于發(fā)動機(jī)曲軸系統(tǒng)研究就越加重要。國內(nèi)與國外相比研究程度較弱，主要研究方向還是在計算與試驗階段，本文利用了計算機(jī)技術(shù)，就是希望對于我國的曲軸系統(tǒng)進(jìn)行一定的研究。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳超.發(fā)動機(jī)曲軸系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動計算方法及優(yōu)化控制［J］.機(jī)械傳動,2012（02）：53-56.

［2］上官文斌,陳超,段小成,諶寶軍.發(fā)動機(jī)曲軸系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動建模與實測分析［J］.振動.測試與診斷,2012（04）：560-567+686.

［3］于學(xué)華.發(fā)動機(jī)曲軸系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動分析［J］.汽車技術(shù),2008（03）：15-18.

［4］于學(xué)華,張家棟.發(fā)動機(jī)曲軸系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動分析［J］.噪聲與振動控制,2008（04）：60-64.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.044

作者簡介：唐明（1987-），男，河北保定人，研究方向：汽車零部件設(shè)計開發(fā)。