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1、 内燃机扭振分析：建模和实验验证摘要:本文报道的研究内燃机曲轴扭振现象,状态方程稳态通过过渡状态矩阵和卷积积分解决。这种制定通过MWM国际Moe合用于sixcinder模型模型柴油发动机制造。分析觉得橡胶和粘带阻尼器装配曲轴前端。扭转振动分析批示每个曲轴节的动态加载，这些负载可应用有限元模型的边界条件预测的安全系数组件和比较系统的行为与橡胶和粘滞阻尼器选项。这种研究突出了曲轴构造尺寸的扭转振动分析的重要性。扭转振动幅度的成果与实测值相比实验验证提出的数学模型。核心词：扭振,内燃机,粘滞阻尼器，橡胶减震器1 简介 曲轴是受到定期的动态载荷产生振动和强调,必须量化保证组件的构造完整性。今天,由于技
2、术，商业和环保规定,内燃机发动机运作必须要气缸压力高并且优化组件来保证最佳性能。 现代计算措施可以精确拟定应力水平,在曲轴的核心地区,以及疲劳强度评价。因此,可以考虑设计余量保证有足够的可靠性,以避免构造性故障过大的组件。 这项研究开始没有考虑分析扭振减震器（VD)调节和校准发动机内部阻尼和检查系统的自然频率。第二步的研究波及了橡胶减震器，其功率耗散能力被检查为了构造完整性。最后,考虑在系统中的粘滞阻尼器进行了计算。 完整的扭转振动分析（TV）,涉及在曲轴前端结束振幅计算,在驱动动态扭矩后方和前方连接,阻尼器的功率耗散,和橡胶剪切应力,将执行上述状况。 由于定期性的驱动扭矩曲轴扭转振动会出目前
3、内燃机上，基本上，VA通过列出一种数学模型来表达动态系统特点来执行,如惯性,扭转刚度，和阻尼。然后考虑气体负荷和惯性力运动部件和傅里叶级数扭矩计算励磁转矩。谐波从而能应用到相应的曲柄销中,考虑发动机点火时间。 图 .2升柴油发动机 图2 VA曲轴系统2 文献回忆 有些系统在特定的发动机转速能提供过渡扭转振动。Draminsky 1是第一种研究这一现象的研究人员。Hstermann an Sto2 得出结论是由于可变惯性曲柄机构的特点导致发动机转速浮现突变角位移 在过去，内燃机（ICE)swere可变惯性的影响觉得可以忽视不计,并没有计算在内。近来,这些二次效应的验证和检查,发现是由于曲轴的构造
4、失败。Paicha3 涉及这些对rainky初期的研究的影响并得出结论觉得，在某些状况下,这些次要力量的互相作用对曲轴是非常危险的。 如约翰斯顿和Shst其她研究人员4开发和应用的技术来预测在内燃机的行为扭转振动瞬态和稳态响应模式叠加措施。这一分析成果同一种数字模型验证明验值相比。 Brus等研究5研究了考虑到在曲轴角位置惯性的变化和aafexura耦合振动的功能简介。这考虑大幅增长了要解决的方程数目和计算成本，但最后成果是更多精确的状况下,在她们的文章。宋等6分析扭耦合效应在曲轴轴向振动，得出的结论是当自然轴向和扭转频率都是平等时较大位移的浮现,或目前者不小于后者倍。 最初内燃机扭转阻尼系数
5、是由研究者估计的Hrtog7nWils8.这些参数是从经验结论获得，并在大多数状况下,是不精确的，在动态分析系统的响应生成相称大的差别。理论和混合模型来估计阻尼系数由岩本和Wakabyahi提出9,考虑阻尼和其她可测量的发动机参数之间的的分析。 王和林10精确的估计了一种电动马达单缸发动机的绝对阻尼，前两个模态形状系统被考虑并且绝对阻尼系数的浮现作为一种获得曲柄角的功能。许多研究人员觉得绝对阻尼系数是一种常数在所有发动机转速和在每一种曲轴位置。 在研究六缸柴油机扭转振动中，本田和斋藤1试图用橡胶扭振减震器避免震动影响,她们使用过度状态矩阵措施并且发现橡胶阻尼器的扭转刚度在该系统比发动机的内部阻
6、尼更能发挥作用,甚至超过扭振减震器阻尼。刚度重要取决于橡胶的几何形状和化学成分。 励磁转矩被觉得是常数并且相等在所有气缸中。在发动机运营寿命中这仅合用新发动机并且气缸内部压力曲线形状差别可以预测。Maagonis 12研究了激化负载的变化,通过由于活塞环和衬板磨损的气缸,并报道了某些有趣的成果。 理论建模 曲轴扭转，轴向和弯曲由于激发定期性质的振动载入中。在这项研究中,只有扭转振动分析,需要等效系统的数学模型的结论。 分析考虑的一种粘滞的扭转减震器装配在曲轴中，另有分析觉得双重质量橡胶阻尼器来减少扭转幅度。图阐明了模型单质粘滞阻尼器,而图4给出了双质量橡胶阻尼器分析模型。3.1 惯性 系统的惯
7、性,例如像飞轮,滑轮，曲柄销，可以使用CA软件拟定。 图3等效模型考虑单质粘稠的TVD 图4等效模型考虑一种双质量橡胶的扭振减震器图5计算惯性几何模型基于图5的单曲柄销的惯性计算。 连杆质量被分为两部分，她们中的一种做纯正的往复运动,然后另一部分做两点间运动。图表达的在计算曲柄销惯性时考虑活塞旋转质量。 连杆组质量涉及连杆销,轴承和套管通过下面的措施能被分开。发动机一般有一种齿轮装置传播动力到其她设备上。这一系统惯性在等效模型中要考虑到,例如，等效惯量的设备被齿轮驱动与一种旋转速度为N2的齿轮1有关联。图6考虑连杆质量分布的尺寸 图7 齿轮传动的惯性减少(1:曲轴齿轮)可表达为转速n1（例如曲
8、轴齿轮)通过齿轮传动来链接曲轴齿轮为了所有组件的激活这种避免措施必须完毕。图7展示的一种例子。3. 扭转刚度曲轴所有的路段的扭转刚度都可以考虑用有限元模型计算,就是在一种常转矩被应用在考虑一侧的一部分扭角其她条件下这种模型得到固定。扭矩和扭曲角的关系就是在等效模型中考虑的扭转刚度(Fig 8)。3.2.1橡胶扭转减震器图9中橡胶扭转减震器的动态刚度就是根据有限元模型拟定的。基于此计算,作者采用了橡胶扭转减震器的动态剪切模量从1.MP到3.0MPa。根据参照文献 14。泊松比为0.9。 图 运用有限元的刚度计算 图9双块橡胶减震器3.2 粘性橡胶减震器粘滞阻尼器的扭转刚度根据下列措施拟定（见参照
9、文献14）PRO。英国机械工程师协会卷。多体动力学JMBD26英国机械工程协会下载。表是根据文献14拟定粘滞阻尼器抗扭刚度的因素 Viscosity() 0. 04 0() 21E-04 2E-04 05E04(K) 3630 2 31(-） 2. 2. 215(） 39 01 41 扭转刚度就是= S并且=S是清除因子，从扭振减震器获得,T是硅薄膜绝对平均气温，n是数量号码是发动机每秒转速。 表1所示常数。这些参数是在特殊的平台上获得的经验值,同步考虑硅温度的变化和鼓励频率来拟定的刚度,在每个频率环节。图给出了一种定性硅扭转刚度的变化示意图。增长温度导致硅刚度下降，图11显示了粘滞扭转减震器
10、的重要构成部分。33 阻尼系数该系统相对阻尼系数，可从损失的角属性度获得，就将被显示出来。损耗角可通过下列公式计算方程得到,觉得是发动机的角速度。=tan=(5)图10 粘滞阻尼减振器扭转刚度变化 图11粘滞阻尼减振器具体信息表四冲程柴油发动机的平均损失因素(TC,涡轮增长发动机) 发动机类型 损耗因子(D) 四缸(T) 05六缸(T) 0.03 在共振中，损耗因子定义为d=(6)平均损耗因子根据发动机类型可以计算。表2列出了共同属性的值，见参照文献15其她发动机类型值,重要的是要注意每个振动有不同的损失因子,导致不同阻尼系数。注旨在一种自然频率,考虑扭转刚度，损耗因子等于损耗角，可以拟定相对
11、阻尼系数。绝对阻尼系数要考虑基于活塞环和滑轮组和油膜间的曲柄销惯性位置。可以采用某些做法去拟定这些属性实验，在没有扭振减震器的状况下运营发动机和测量扭振振幅和功。计算的振幅应调节已适应实测值，在这特殊状况下,作者拟定了2.0MS/RA时的值。31 橡胶扭振减震器 拟定橡胶扭振减震器的相对阻尼系数，损耗因数在.5范畴到.5获得通过，根据参照文献4。图硅阻尼的变化3.32 粘性阻尼器这些参数都是以同样方式获得,如在3.2节和突变硅阻尼作为温度的函数和鼓励频率显示,定性,在图12,温度越高硅阻尼越低。34 激发转矩转矩,就是驱动的曲柄销用切向力乘以曲柄半径计算。最初，去病运动拟定了进一步的动态和加载
12、机制计算。这里简介的措施在参照文献1617。图3根据曲柄机构表达重要尺寸和负载。图13,运动学和运动力学尺寸分析 只有切向力时，是为TVA计算的,其她载荷,例如径向力,是非常重要的在曲轴构造分析中,但那些计算是工作范畴外的计算。在燃气负荷和系统惯性力基本上计算切向力。 气体负荷能通过方程()获得，是活塞直径,p是气缸压力。 切向气体负荷的计算措施为； (）摆动的惯性力可如下拟定，通过文献16 它也许是不用考虑比不影响成果的第二个高的关系，考虑关系小值。; (10)同样，切向惯性力体现式是 （11)是震荡集中(完整的活塞质量加上连杆振荡质量）,是曲柄半径，图14曲柄销在到2550的切向力是发动机
13、角速度,L是连杆长度，是曲轴转角,因此,由此产生的切向力, (12)为了体现，图14体现了切向变化的曲轴转角在发动机是转到20转每分钟时,注意高速发动机惯性力的影响。最后鼓励力矩可以通过所产生切向力乘以曲轴半径简朴的鉴定。 (3)35 系统的动态特性该系统的差分方程,代表机械振动的动态特性,可以根据下面的程序概述,有关这一问题的更具体的信息可以参照文献180。 （4）系统的自由度数和惯性数是相称的,考虑等效系统图4,矩阵方程1有如下体现式,由于考虑集总模型她们是块状矩阵。惯性矩:M=; 1(1)11震荡主体被惯性量所取代，必须具有活塞运动相似的动能,一种一般惯性量用来计算，在一种曲轴的改善中。方程5量化的这种惯性，只有在曲柄销位置引入矩阵，相对阻尼矩阵描述的耦合在第一行和列之间的橡胶扭振减震器矩阵和曲轴间，所代表的从索引至1条款,双质量橡胶扭振减震器配备修改的第一条款矩阵,如下: 绝对阻尼矩阵，其系数被拟定为在上一节中的解释，因此,总的阻尼矩阵可通过此前的矩阵的总和 CCa+Cr (16)由于惯性之间的刚性,扭转刚度矩阵类
