12v150型曲軸的扭轉振動分析

山西中北大學機電工程學院 徐海龍 崔志琴 李學民 郭媛

1 引言

由發(fā)動機激勵產生的曲軸扭轉振動是汽車振動學研究的一個重要部分，過大的扭轉振動可能導致齒輪打齒、斷軸甚至影響發(fā)動機的性能指標。通過對曲軸扭轉振動的理論分析，進而研究扭振的產生、控制，利用各種減振措施達到減小曲軸扭振的目的，以提高汽車的NVH性能，滿足人們的要求。

2 模型的建立

利用模型的簡化原理，把12v150曲軸簡化成8自由度的集總參數模型，如圖1所示。

圖18 個集中質量的曲軸集總參數模型

其中[J]為曲軸的轉動慣量矩陣，[K]為曲軸的剛度矩陣，[C]為內阻尼矩陣，[C']為外阻尼矩陣，其中[Cz]=[C]+[C']。

3 參數的確定

3.1 轉動慣量確定

利用SolidWorks軟件建立曲軸各部分集中質量的三維實體模型，設置模型的屬性參數，求得各部分的轉動慣量如下：

表1 曲軸各軸段轉動慣量計算匯總表

3.2 扭轉剛度的確定

表2 曲軸各軸段扭轉剛度計算匯總表

4 曲軸自由振動的計算

利用MATLAB編程求解微分方程的解，上式特征值ω即為系統(tǒng)的固有頻率，其對應的特征矢量u就是該固有頻率所對應的相對振幅。

表3 固有頻率ω(Hz)

一階固有頻率下，以第一質量為相對基準，求得各質量的相對振幅。

該階次的振型圖如下：

圖2 一階振型圖

圖3 二階振型圖

5 結論

12v150曲軸的固有頻率分布在39.76~81.07Hz，因此曲軸工作時的激振力矩的頻率應該避免與固有頻率相同，防止共振現象的產生。從前兩階次振型可知，扭振變形最大處為曲柄臂和主軸頸，曲柄臂和連桿軸頸相連結的地方。

[1]徐兀.汽車振動和噪聲控制[M].人民交通出版社,1987.

[2]張洪田,湯儒濤.船舶軸系扭轉振動計算的Riccati傳遞矩陣法[J].船舶工程,1994(1):31-35.

[3]郝志勇，舒歌群等.內燃機軸系扭振響應的扭轉彈性波計算方法研究[J].內燃機學報,2000,18(1):29-32.