活塞销偏置对非道路柴油机振动与噪声的影响研究

基于发动机活塞运动方程及柔性多体动力学理论,运用模态综合方法对机体和曲轴进行模态缩减,建立了活塞动力学计算及整机多体动力学仿真模型,通过模态试验对有限元仿真模型的准确性进行验证。仿真分析了不同活塞销偏置量对活塞动力学及发动机振动噪声的影响规律,结果表明:随着活塞销负偏置量的增加,压缩上止点附近的活塞敲击时刻提前,敲击能量逐渐减小。不同活塞销偏置方案下,发动机机体、汽缸盖罩、油底壳、齿轮室罩及飞轮壳均在二阶谐次下振动较剧烈,当活塞销偏置-1.6 mm时,振动最剧烈。随着活塞销负偏置量的增加,各部件表面辐射声功率级先减小后增大,在1/3倍频带500～1 250 Hz中心频率的表面辐射声功率级较大,活塞销偏置-0.4 mm时声功率级最小。综合活塞动力学、振动及噪声特性的分析结果,此发动机的活塞销负偏置设计值应取0.4～0.8 mm最好。     

基于ADAMS的往复发动机敲缸故障仿真研究

基于多刚体系统动力学方法和非线性弹簧阻尼接触模型,在ADAMS中对含活塞-缸壁间磨损间隙的曲柄滑块机构进行动力学建模及动态仿真.研究该机构在考虑外载荷、构件惯性力、重力、材料接触刚度及阻尼等条件存在时,不同程度磨损下的活塞接触动力学响应,计算并比较了磨损间隙条件下的活塞侧推力、拍击力及活塞2阶运动特性参数等数据;阐明了运动副间隙引起活塞敲缸现象的发生机理.该工作为内燃机配缸间隙的选择、磨损间隙的故障诊断及振动控制提供了参考依据.     

某单缸汽油发动机振动噪声预测

目的为了预测隆鑫通用自主生产的某单缸汽油发动机的结构辐射噪声,联合运用有限元法,多体动力学法以及声学边界元法,对该单缸发动机进行了振动噪声的仿真计算。利用有限元法对整机进行模态分析获得模态频率和振型,运用多体动力学法计算活塞连杆机构、曲轴主轴承、配气机构等作用在机体上的激励力,将得到的激励力和模态数据导入到LMS Virtual.Lab软件中,仿真计算发动机的表面振动和辐射噪声。仿真结果与实测结果一致性较好。本文为发动机的结构振动噪声研究提供了一种计算方法。     

基于虚拟样机的发动机曲轴系动力学仿真分析

基于多刚体和柔性多体系统动力学理论,在虚拟样机软件平台下,针对分析问题不同的侧重点,建立了某型号发动机曲轴系多刚体和柔性多体动力学模型.仿真计算得到曲柄销载荷、活塞缸侧推力以及曲轴的扭转振动谱线等动力学参数.从一个角度证实了基于虚拟样机技术的发动机曲轴系动力学仿真分析的方便性与可靠性,并为发动机曲轴系的设计提供了依据.     

曲轴不同平衡率对曲轴强度与振动特性的影响

曲轴不同平衡方案不仅直接影响整机振动与噪声,还影响曲轴的轻量化设计。研究不同平衡率方案曲轴对发动机振动与曲轴强度的影响,优化设计曲轴,对降低整机振动与提高可靠性具有重要意义。以非道路高压共轨四缸柴油机为研究对象,系统分析了不同平衡率与不同平衡块结构的4个曲轴方案的平衡性;通过曲轴模态试验与机体模态仿真,验证了曲轴和机体有限元模型的准确性;基于柔性多体动力学理论,建立了整机多体动力学仿真模型,研究了曲轴不同平衡率对额定转速工况下曲轴强度与振动特性的影响。研究结果表明:随着平衡率增加,曲轴各圆角处最大应力值增大,曲轴圆角疲劳安全系数降低;最大应力值为284.1 MPa,最小安全系数为1.7,均出现在四平衡块100%平衡率曲柄销圆角处。随着平衡率增加,油底壳关注点的不同谐次下振动加速度峰值减小,机体上各关注点的振动速度级降低,汽缸盖罩在低频段下振动速度级降低。随着平衡率增加,各倍频程下机体振动速度级降低,倍频程中心频率为500 Hz,汽缸盖罩和油底壳振动速度级增大。     

多缸发动机曲轴系动力学仿真与分析

发动机曲轴系动力学仿真分析,可以为发动机振动噪声特性研究提供可靠的边界条件。文中针对某V型十缸发动机曲轴系,基于Pro/E和ANSYS Workbench分析软件,建立了其三维实体动力学分析模型,进行了曲轴系动力学仿真,计算和分析了活塞、曲轴、连杆等主要运动部件在既定工况下整周期的运动规律和力学特性,为后续发动机整机噪声分析和预测提供更为准确的边界条件。     

斯特林发动机配气活塞与气缸的间隙设计与仿真

随着能源危机的加剧和斯特林发动机技术的提高,斯特林发动机在车辆上的应用具有重要的意义,其中配气活塞与气缸间隙的合理设计是斯特林发动机设计的一个重要课题。首先,分析了影响配气活塞与气缸工作间隙的各个因素所造成的间隙特征,提出了配气活塞与气缸的间隙设计方法,利用该设计方法确定了发动机的配缸间隙,并利用ADAMS软件进行了仿真验证,得到活塞与气缸的最小配缸间隙为0.168mm,稳态振动中活塞与气缸的最小径向间隙为0.0145mm,为该类型发动机设计提供了参考依据。     

发动机气门间隙异常仿真分析研究

研究了柴油发动机气门间隙异常对配气机构动力学性能的影响。对配气机构进行了多质量动力学模型计算,建立了配气机构的多体动力学模型,设置3种不同的气门间隙进行分析。分析结果表明:气门间隙变大会造成气门速度、加速度增大以及气门连接部件的冲击力增大,会使发动机产生异响;气门间隙变大也会使配气机构之间的接触力增大,加速凸轮轴的点蚀磨损,气门发生故障的危险系数增加;相对而言,排气门发生故障的概率远大于进气门。所进行实验的验证结果与模拟分析结果相同,从而证明了仿真模型的有效性;经过实验验证发现:排气门间隙过小将会使气门与活塞头部碰撞,造成活塞头部损坏。     

基于曲轴系柔性多体动力与动力润滑耦合的机体动响应分析

以某8缸柴油机为例,通过建立了考虑油膜润滑的柴油机曲轴轴系柔性多体动力学分析模型,分析得出机体动态特性分析主要的激励-主轴承反力和活塞侧推力,并在这些激励力作用下计算机体的振动响应,得到了机体各节点的振动速度,从而为柴油机的低噪声设计提供依据.     

激励力对发动机机体表面振动影响的仿真分析研究

发动机工作时内部主要激励力包括燃气爆发压力、活塞连杆等运动件惯性力、配气机构激励力和活塞敲击力等,机体表面振动是发动机内部各种激励力叠加的响应,构成成分复杂。通过AVL EXCITE软件,建立有限元与多体动力学联合仿真模型,计算获得不同激励力作用下的机体表面振动信号数据,再通过时域、频谱分析,研究激励力对机体表面振动的影响,从而解决真实发动机难以进行相关试验测试分析的问题,为发动机振动分析与优化设计提供可靠的依据。     

发动机曲轴主轴承磨损对机体表面振动特性影响的仿真分析

发动机曲轴轴承承受复杂交变载荷作用,长时间运行难免产生机械磨损,使发动机出现异常振动和噪声。在AVL EXCITE平台下建立发动机多体动力学仿真分析模型,通过改变ENHD扩展液力滑动轴承模型的相关参数,模拟曲轴主轴承磨损状态。经模型仿真计算,获取发动机不同轴承间隙下的轴承载荷和对应机体表面振动信号变化情况,从而可从激励力变化角度解析轴承磨损故障对机体表面振动的影响,为基于振动信号的轴承磨损故障特征提取提供良好分析依据。     

活塞裙部双凸点设计对摩擦磨损性能影响研究

活塞作为发动机的关键部件,长期在严苛的环境下工作,其摩擦性能以及运行可靠性成为大家一直以来的关注重点。以某款四缸柴油机为研究对象,在Ricardo-Pisdyn软件中建立了耦合惯性参数、表面粗糙度、热变形和弹性变形等多因素的动力学模型,研究活塞主推力侧裙部设置双凸点型线(探究上凸点高度、凹腔深度等参数)对活塞摩擦磨损性能影响。计算结果表明：在活塞主推力侧裙部中上部设置上凸点及凹腔特征,适当增加凹腔深度,可改善活塞主、次推力侧磨损,但增加过大会加重活塞主推力面的磨损。结合优化配缸间隙和采用双凸点型线方法,可进一步改善活塞摩擦磨损性能,优化设计后裙部累积磨损量从31.65MW/m²降低为14.64MW/m²,降约53.7%。     

柴油机缸套磨损故障的机体振动监测研究

研究了柴油机缸套磨损故障的机体振动监测,包括缸套破坏性磨损故障时的机体振动。首先分析了活塞对气缸套的冲击,建立了活塞撞击气缸套侧推力的数学模型,探讨侧推力的大小及作用时间。分析表明,柴油机活塞撞击是机体表面振动的主要激励源。通过模拟试验得知,缸套磨损状态有4种,当缸套间隙正常或中等磨损时,机体振动的增长速度较慢;严重磨损时,振动特征参数值明显增大;如果缸套处于破坏性磨损程度时还继续工作,机体振动则呈指数式增长。这说明机体表面振动特征值的改变可以反映缸套间隙的变化,因此,基于柴油机机体振动对缸套的磨损进行监测是可行的、有效的。     

活塞结构参数对裙部磨损状况的影响研究

为了减小活塞裙部磨损、提高活塞运行的稳定可靠性,以Ricardo公司的Pisdyn软件为模拟计算工具,以某款柴油机为研究对象,建立一个包含活塞、连杆、缸套等组件的综合考虑表面粗糙度、活塞和缸套热及弹性变形影响的多体动力学模型,研究了配缸间隙、活塞销偏置、中凸点高度、裙部顶端间隙等参数对活塞磨损的影响规律,为活塞的结构设计提供了理论指导。研究结果表明:增大配缸间隙,会减小裙部磨损,但增加过大时,会引起裙部顶端和低端的磨损;随着活塞销偏置由次推力面向主推力面的移动,裙部最大磨损载荷逐渐增大,同时导致主推力面磨损区域向下移动,次推力面磨损区域向上移动;随着中凸点高度的增加,裙部磨损最严重的区域向顶端移动;增大裙部顶端间隙,会使得裙部磨损载荷逐渐减小,主推力面和次推力面磨损区域均向下移动;增大裙部型线上指数,裙部两侧磨损载荷均呈现增大的趋势,主推力面磨损区域向下移动,次推力面磨损区域向上移动;裙部底端间隙和型线下指数对活塞磨损的影响较小。     

柴油机噪声测试与分析系统的开发及应用

基于近场声全息(NAH)技术及空间快速傅里叶变换(FFT)算法,利用虚拟仪器软件Labview开发了柴油机噪声测试与分析系统;对系统中的数据采集模块、NAH模块、仿真程式模块进行了分析;通过已知声源进行仿真模型校正,该系统具有对噪声进行频域分析及识别的功能。该文以直列四缸涡轮增压柴油机为测试对象,在次推力侧主要对1800r/min、3000r/min两转速工况进行了测试及声压级分析;对主推力侧、发动机前端寻找最大声压级。结果表明:系统仿真时能准确识别已知声源信号;1800r/min工况下,噪声幅值较大区域主要有:油底壳、带轮端、发电机与带轮端相接处等。3000r/min工况下,在气缸盖罩、带轮端、下缸体等位置产生了较大噪声;主推力侧、发动机前端都在高转速3600r/min,1410-2820Hz频段内出现最大声压级。     

两用燃料发动机噪声源特性的试验研究

以一台车用4缸汽油压缩天然气(CNG)两用燃料发动机为研究对象进行噪声源识别,测试工况为怠速工况、最大转矩工况与最大功率工况。首先测试发动机的1 m声压级,定位噪声最大的端面为发动机前端,再使用基于波束形成技术的声阵列系统对发动机前端和进气侧进行分析,分析结果表明汽油与CNG燃料主要噪声频段均位于1 000~2 000 Hz,进而识别出主要噪声源为链壳,通过振动测试验证了噪声源,并对两种燃料的噪声源特点进行了比较。研究表明波束形成技术在噪声源识别中具有快捷、直观的优点;两用燃料发动机CNG燃料怠速噪声较汽油燃料各对应面大5~7 d B,250 Hz以下的燃烧噪声是主要成因。     

内外激励作用下含侧隙的齿轮传动系统的分岔和混沌

为研究支承刚度和齿侧间隙对齿轮-转子系统的分岔和混沌运动的影响,考虑齿侧间隙和内外激励的作用,建立齿轮-转子系统的非线性动力学模型。在对动力学方程进行数值仿真的过程中,为判断齿轮-转子系统的振动是否为混沌运动,采用混沌时间序列分析的方法计算齿轮-转子系统的高维非线性方程的最大Lyapunov指数。结果表明,随着支承刚度的增加,系统的弯扭耦合临界转速也会相应地增大,出现分岔和混沌的区域也随之改变。齿侧间隙对齿轮-转子系统的一阶弯曲临界转速附近的振动的影响较大,当齿侧间隙相对较小时,一阶弯曲临界转速附近的振动相对较好;当齿侧间隙增大到一定值时,一阶临界转速处的振动接近倍周期运动;当齿侧间隙继续增大时,一阶临界转速附近的振动从倍周期运动进入混沌;当齿侧间隙增大到较大值时,一阶临界转速附近的振动迅速转变为混沌运动。混沌时间序列分析方法能有效的计算高维非线性方程的最大Lyapunov指数。     

内燃机振动、噪声的多体动力学分析

以某六缸柴油机为研究对象，运用多体动力学对内燃机振动、噪声进行仿真分析。建立了高质量的有限元模型和仿真模型，用非线性阻尼弹簧模拟运动件间的连接。通过发动机的表面振动速度来评价辐射噪声，改进发动机的结构，增加局部刚度。对发动机两种结构的计算结果进行了比较，取得了降低振动噪声的结果。     

结合多种方法的单缸汽油机噪声源识别研究

对152QMI单缸汽油机进行噪声及振动以及曲轴转角等信号的采集,在LMS Test.Lab软件中利用频谱分析和小波变换计算得出了该单缸汽油机噪声能量的主要分布范围,并以此作为噪声源识别的对象,利用阶次分析和小波变换筛选出该机噪声信号中频率不随转速变化的共振因素,随后在角度域内对信号进行小波变换,结合发动机配气机构等部件的运动特征研究识别相对于各频率带的发动机噪声源。研究结果表明,该发动机主要噪声频率带为800 Hz以下、2 000 Hz和4 000 Hz~5 000 Hz,各频率带噪声源分别为进排气噪声、缸盖共振和顶杆对摇臂的冲击以及气门落座冲击。     

TBM液压推进缸振动力学建模及其缩聚方法

针对TBM液压推进机构机械动力最优控制的振动力学建模问题,研究了 TBM液压推进缸振动力学建模方法.考虑到其缸体、活塞及液压油的柔性,并利用拉氏动力学方法建立了其三自由度集中参数振动力学模型,运用有限元法验证了模型的有效性.利用动、静态缩聚法对所述模型的自由度进行了缩聚,并对缩聚模型与原模型的动力学特性进行了比较,结果表明:缩聚前后的模型在各推进位置的1阶固有频率最大误差值为1.37 Hz,幅频特性曲线的趋势基本吻合,验证了缩聚模型的有效性.所建立的推进缸振动力学缩聚模型,为推进机构的整机振动力学建模提供了前提条件,且可大大减少推进机构整机振动力学模型的自由度数,为其机械动力最优控制提供了高效、简单的计算模型.