降低發(fā)動機輕量化曲軸振動的方法

為降低CO2排放、減少汽車能源消耗，各汽車廠商都在尋求實現(xiàn)汽車輕量化的方法。其中，對發(fā)動機的輕量化包括對曲軸的輕量化。輕量化后的曲軸剛度會出現(xiàn)降低，這將使發(fā)動機在運行過程中加劇曲軸的振動。曲軸振動會引起發(fā)動機各部件的沖擊力增加，并將產(chǎn)生向外輻射的噪聲。為解決該問題，傳統(tǒng)的方法是通過添加慣性質(zhì)量環(huán)或安裝一個雙質(zhì)量阻尼器，但這種方法將抵消取得的輕量化成果。因此，分析了曲軸剛度降低導(dǎo)致曲軸振動增加的現(xiàn)象，給出導(dǎo)致這種結(jié)果的主要原因，并針對該原因提出降低曲軸振動的方法。

對不同剛度的曲軸振動進行了臺架試驗分析。臺架試驗使用一臺直列4缸發(fā)動機，選擇兩種主軸頸分別為45mm和36mm的曲軸。試驗對兩種不同的曲軸進行三維振動測試，對記錄的振動結(jié)果進行頻譜分析和相干函數(shù)分析。分析結(jié)果表明，降低曲軸剛度而引發(fā)其振動增加的主要原因在于曲軸彎曲模態(tài)與曲軸減振皮帶輪彎曲模態(tài)的耦合。對這種模態(tài)耦合下的特征值分布與曲軸減振皮帶輪輪轂剛度之間的關(guān)系進行了分析。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，曲軸減振皮帶輪輪轂剛度的大小影響模態(tài)耦合的產(chǎn)生。當(dāng)提高曲軸減振皮帶輪輪轂剛度時，曲軸彎曲模態(tài)與曲軸減振皮帶輪彎曲模態(tài)的耦合程度降低，曲軸振動也隨之降低。通過有限元仿真分析對該結(jié)果進行驗證。仿真時，通過改變曲軸減振皮帶輪的形狀獲得不同的曲軸減振皮帶輪輪轂剛度。仿真結(jié)果證實了分析結(jié)果的正確性。仿真結(jié)果同時還表明，在不增加曲軸系統(tǒng)的質(zhì)量而只改變曲軸減振皮帶輪的形狀時，可將曲軸振動減少28%。

Masaya Miyazawa et al.SAE 2016-01-1057.

編譯：李臣