基于集中质量法发动机曲轴系统扭振特性分析

刘义付，孙瑞霞

（黄河交通学院，河南 焦作 454000）

1 引言

汽车的曲轴是发动机中最主要的运动部件之一，其轴系为弹性力学系统，在发动机工作过程中，因为曲轴系统承受着由活塞连杆传来的复杂变化的高压气体冲击作用力和活塞连杆自身往复运动过程产生的惯性力[1]，从而带来周期性变化的载荷，再加上曲轴前后要输出转矩，使曲轴轴体产生交变的弯曲、扭转和拉伸的应力，产生与转速相关的扭转振动频率和振幅，造成曲轴轴系工作过程中的扭转共振，引起各种失效，对曲轴自身强度带来考验。因此，有必要采用不同的方法对轴系的扭转振动特性进行分析，以设计合理的减振方式。

国内外学者对此进行了一定的研究：文献[2]采用系统当量法对轴系的固有振动特性进行分析；文献[3]基于有限单元法对轴系各部分单独建模获得整体的刚度特性；文献[4]采用非接触式测试方法，对某款发动机曲轴轴系的扭转振动特性进行测试；文献[5]采用仿真与试验相结合的方法，对某曲轴轴系的共振频率进行测试，对扭转减震器进行设计。

针对某四缸发动机扭转振动特性进行分析，采用集中质量法对曲轴轴系进行扭转振动建模，获取系统的特征方程，分别应用并对比了二自由度和六自由度当量系统方法，获取轴系的自振频率和振型，并获取低谐次的共振转速；采用非接触式试验测试，对比曲轴系统试验数据和理论分析数据，获得校准后的发动机轴系扭振计算模型，对比了两种求解模型结果的差异性，并对理论计算结果进行修正。……