汽車發動機曲軸扭轉振動分析及控制

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）

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汽車發動機曲軸扭轉振動分析及控制

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：社會經濟在進行著快速的發展中，人們對于汽車的使用量也在逐漸的增加，我國對于汽車建設中是要求也越加嚴苛。在汽車公司進行汽車設計的過程中，對于發動機及行駛中的穩定程度越加重視。汽車發動機曲軸扭轉振動是汽車公司在對于發動機研究中的熱點課題。本為對于發動機的曲軸扭轉技術進行較為全面的分析。

關鍵詞：曲軸系；扭轉振動；優化設計

0 前言

增加對于汽車發動機的振動分析與控制，在一定程度上面可以將汽車的內部結構進行優化，增加發動機的使用時間與汽車行駛過程中的穩定性能。曲軸扭轉是發動機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行影響。本文主要對于汽車中的曲軸扭轉振動進行分析研究，這項研究是十分具有實際意義的。

1 汽車發動機曲軸扭轉振動系統理論分析

1.1 ADAMS多剛體動力學理論

ADAMS動力學理論主要使用坐標方程式進行汽車在行駛中的發動機系統的分析。在ADAMS動力學理論中，將動力系統內的關性參考系中的坐標與方位坐標進行標注，并使用相對應的數學方程式進行多余坐標的約束，進而將已經標注的坐標進行變量。在對于動力學的分析過程中，使用數學方程式可以將計算的效率進行大幅度提升。

1.2 ADAMS多柔體動力學理論

在進行汽車生產建設中，在機械系統中已經廣泛使用柔性材料，是生產設備運行中速度較快，但是運行的精度也在不斷的提升，設備內的動力學性能變得更加繁瑣。剛性研究體系已經不能滿足對于動力學的研究，因此柔體動力學理論就在這種情況下產生。這種研究體系一般情況下是以剛性動力學體系作為參照依據，在對于柔體的研究中進常采用不同的處理形式。在一定程度上面剛性與柔性的個、動力學體系進行共同使用，可以對系統中的動力學進行更加全面的認識［1］。

2 曲軸動力學研究模型

2.1 三維幾何模型

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

2.2 曲軸柔性體模型

曲軸在進行生產過程中需要經過多種的工藝過程，這種加工形式使曲軸變成為彈性連續體。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，還必須要根據行駛的實際情況作出相對應的扭矩。在多種作用力的共同作用下，曲軸所呈現出來的運動方式就較為繁瑣。建立曲軸柔性體模型就是要將曲軸運行中的狀態進行模擬，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作為理論依據的支撐下進行建立，在這種基礎上面將有限元進行了解，進而將曲軸各階段的振動形式與頻率進行確認，實現對于曲軸柔性化的研究［2］。

3 曲軸扭轉振動控制措施研究

3.1 影響曲軸扭轉振動控制的抓喲因素

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

（2）曲軸系統的動態特性。曲軸系統在進行扭轉動態性中有特定的干擾力矩。曲軸系統動態特性可以將曲軸在工作中的扭振進行研究，進而發現一種可以在固定范圍將扭振響應較小的方式。

3.2 扭振控制措施

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

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

4 結論

本文對于影響曲軸系統的主要原因進行了簡單的分析，在曲軸實際運行中的特征與影響的基礎上面提出幾點可以進行參考的研究方式，同時參考的手段進行了計算，進而發現主要影響與控制曲軸的因素。曲軸系統作為發動機主要的工作零件，在進行工作中一定會產生噪音。但是隨著我國對于汽車發動機的要求就加嚴苛，對于發動機曲軸系統研究就越加重要。國內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，本文利用了計算機技術，就是希望對于我國的曲軸系統進行一定的研究。

參考文獻：

［1］陳超.發動機曲軸系統扭轉振動計算方法及優化控制［J］.機械傳動,2012（02）：53-56.

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

［3］于學華.發動機曲軸系統扭轉振動分析［J］.汽車技術,2008（03）：15-18.

［4］于學華,張家棟.發動機曲軸系統扭轉振動分析［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：汽車零部件設計開發。