降低發動機輕量化曲軸振動的方法

降低發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汽車輕量化的方法。其中，對發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降低，這將使發動機在運行過程中加劇曲軸的振動。曲軸振動會引起發動機各部件的沖擊力增加，并將產生向外輻射的噪聲。為解決該問題，傳統的方法是通過添加慣性質量環或安裝一個雙質量阻尼器，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致曲軸振動增加的現象，給出導致這種結果的主要原因，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，對記錄的振動結果進行頻譜分析和相干函數分析。分析結果表明，降低曲軸剛度而引發其振動增加的主要原因在于曲軸彎曲模態與曲軸減振皮帶輪彎曲模態的耦合。對這種模態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系進行了分析。分析結果發現，曲軸減振皮帶輪輪轂剛度的大小影響模態耦合的產生。當提高曲軸減振皮帶輪輪轂剛度時，曲軸彎曲模態與曲軸減振皮帶輪彎曲模態的耦合程度降低，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。仿真結果證實了分析結果的正確性。仿真結果同時還表明，在不增加曲軸系統的質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