基于偏相干函数分析的曲轴箱表面振动和曲轴三维振动研究
采用ARMAX模型的精磨非线性振动系统辨识
收 稿 日 期 ： ２０１８?０３?０７
采用 犃犚犕犃犡 模型的精磨非线性 振动系统辨识
陈 勇１，黄 国 钦２，罗 光 华３，柯 翔 敏３
（１．华侨大学 机电及自动化学院，福建 厦门 ３６１０２１； ２．华侨大学 制造工程研究院，福建 厦门 ３６１０２１；
３．华侨大学 网络与教育技术中心，福建 厦门 ３６１０２１）
摘要： 基于外源自回归滑动平均模型（ＡＲＭＡＸ），提出 改 进 的 动 态 偏 心 精 密 磨 削 非 线 性 振 动 系 统 的 二 阶 振
通 信 作 者 ： 陈 勇 （１９７４?），男 ，副 教 授 ，博 士 ，主 要 从 事 精 密 磨 削 动 力 学 的 研 究 ．Ｅ?ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｙｏｎｇ＠ｈｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． 基 金 项 目 ： 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （５１２３５００４，５１５７５１９８）
第３期 陈勇，等：采用 ＡＲＭＡＸ 模型的精磨非线性振动系统辨识
３３３
态振动通常是高刚度机床结构与磨削弧区内动力学特性互相耦合的结果［３?５］．通常有３类方法实 现 磨 削 振动系统解耦，并获得工件加工表面完整性特征值的定量表达．１）文献［６］基于系统 等效 质量、刚度、阻 尼 特 征 变 量 的 振 动 系 统 表 达 ，研 究 了 砂 轮 不 平 衡 质 量 引 起 的 砂 轮 周 期 性 振 动 对 工 件 表 面 波 纹 度 的 影 响 ，
《汽车工程》2006年(第28卷)1～12期总目次
１３ ／８
１４ ／３
多能源动 力总 成硬 件在 环仿真 试验 系 统开发 与 研究
３２ ／ ２ｌ
发动机试 验台测控 系统模 糊神经 网络控制方 法的研究
ｌ４ ／ ８
汽车排气消声器的三维声学性能分析
利用激光 ３ Ｄ成像技术 对特殊道路 边界探测 方法研究
实时多任务系统下的 Ｃ ＡＮ通信模块 的设计 ３ ３０ ／０
３２６ ／ ９ ３ ３４ ／０
可变喷嘴 涡轮 增压 器对 车用 柴油机 瞬 态性 能 的影 响
２ ２ ／１ ２
知识工程技术在摩托车总体设计 中的研究与应用
摩 托 车 发 动 机 切 换 凸 轮 型 线 可 变 配 气 正 时 机 构 研 究
ｌ７ ／
２ １２ ／７ ２ １１ ／ ８
摩托车振动舒适性测试系统开发及应用
２ １６ ／ ７
车用电涡流缓速器转子盘非稳态温度场数值分析 １ １ ／２
串联式混合动力辅助动力单元 动态控制研究
基于支持 向量机 的汽车爪极 发 电机高效 电磁建模 分析
２ ８ ／１ ６
混合 动力 车用汽油机电控节气门系统 的开发研究 １ １ ／７ Ｃ ２和 Ｈ Ｏ ２对 ＨＣ Ｉ Ｃ 二甲醚发动机燃烧影 响的数值模拟
满足欧 Ⅲ／ Ⅳ排放 限值的 Ｆ Ｄ三效催化剂 简易瞬态工况法测量准确度影响因素研究
基于滑移率和减速度 的 ＡＢ Ｓ模糊控制仿真研究 ２ １９ ／ ５ ２ １３ ／ ６ ２ １７ ／ ６
利用瞬时转速对柴油机起动过程的分析 ４ ３０ ／４
２ １４ ／ １
基 于偏相干函数分析 的 曲轴箱 表面振动和 曲轴 三维振动
研究 ３２ ｌ ／ ７
柴油机曲轴模态的三维有限元分析
摘
要
对 Ｘ １５ － １型柴油机 曲轴在 自由模态下 的固有频率特性进行 了有 限元 分析 ， ２０Ｃ 所计算的模态包含 了扭转振 动、 曲 弯
振动和纵 向振动。对 Ｘ １ ５ － １型柴油机 曲轴而言 ， 三阶非零模 态可 能引起 曲轴的共振 。计算结果 较为真 实地反 映 了柴 ２０Ｃ 前 油机 曲轴 的固有频率特性 ， 可为动态响应分析和结构动力修改提供 了进 一步分析 的动力学模型。 关键词 柴油机 曲轴 模态分析 有 限元分析
中图法分类号 Ｔ ４２３； Ｋ２ ．
文献标志码
Ａ
柴油 机 曲轴 部 件 系 统 在 周 期 性 变 化 的动 载荷
下有 可能 在发 动机 高 速旋 转 时 发 生 强 烈共 振 ， 动应 力 急剧增 大 ， 使 曲 轴 过早 地 出现 疲 劳破 坏 。普通 致 的静力设 计和 经验 设 计 方法 由于 与 实 际偏 离 太 大 ， 已不 能满 足要求 。因 此 ， 态设 计 和计 算 机 模 拟 就 动
２ 模态结果分析
通常采用弹性绳将曲轴悬挂起来， 使其处于 自由状
态； 在有限元分析时， 为模拟该 自由状态 ， 不附加任何 约束与力来计算曲轴的自由模态。一般来说， 引起发
动机共振的， 主要是较低的阶次频率。因此 ， 在利用
Ａ ＳＳ Ｎ Ｙ 求解 ， 以及扩展模态时， 只需扩展并提取 曲轴 的前 ２ ０阶谐次。三维结构在元约束边界条件下的模 态分析， 出来的前 ６阶模态接近于０ 是所谓的刚 计算 ， 体模态。因此， 真正有意义的模态应该是从第七阶开 始的模态。利用 Ａ Ｓ Ｓ中的 Ｂｏｋ ａｃ ｓ ＮＹ ｌ ｎｚ 法计算 了 ｃＬ ｏ 曲轴的２ 阶谐次并提取 了曲轴的前七阶非零模态。 ０
基于ABAQUS的曲轴模态识别探究
０ ９ ＝２ × 竹 × 其 中厂 为频率 ）
习 Ｉ ５ 么 （ ∞） ＝ ０× ｓ ｉ ｎ （ ｔ ｏ ｔ ＋ ）
由 以上公 式 可 以得 出结 论 ：机 械 系统 的位 移 响
着产 品设 计研 究 领域 提 出 Ｎ Ｖ Ｈ（ 噪声 、 振 动与声 振 粗 应 与机 械本 身 的动 刚度 呈 线性 关 系 。 当激 励 力 Ｆ
ｔ 为时间。
根 据微 分 方 程 理论 ，上 述方 程 的解 由两部 分 组
成， 如下 ：
久性 ， 同时会降低发动机的有效输 出功率 ， 从而影响 型后 ，根据 各 组成 部 件 的材 料 以及 结构 可 以形成 系
早期 曲轴研究主要采用离散化方法 ，即将 曲轴
离 散成 一 系列 集 中惯 量 或 集 中刚 度等 ，然后 施 加 缸
２ Ａ Ｂ Ａ ＱＵ Ｓ模态计算原理
２ ． １ 模 态频 率计 算
曲轴是 发 动机 的重要 工 作部 件 ， 曲轴在 工 作 过 程 承受 不 断 的交 替作 用 力 。最 初 的 曲轴设 计 主 要 针 对 提 高 发 动机 的工 作 可 靠性 （ 强度 、 疲劳 ） ， 但是 ， 随 糙度 Ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ 、 Ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ 、 Ｈ ａ ｒ ｓ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ ） 概念 后 ， 曲轴 的扭 振 越来 越 受 重视 。 曲轴 的扭 转振 动不 仅 影 响 曲轴 的 耐 发 动 机 的经 济性 能 ， 更 重要 的是 ， 曲轴 扭 振 对整 机 噪 声 影 响很 大 ，发 动 机 的整 机 噪声 峰值 常 出现 在 曲轴
１ ８ ２
《 装备制造技术￣ ２ ０ １ ห้องสมุดไป่ตู้ 年第 １ ２ 期
发动机曲轴扭振仿真分析与研究
倍 于 曲轴 的 自振 频 率 时 ， 会使 振 动 幅度 增 大 ， 从 而 引起 噪声 和 动应 力 的增 大 ， 使 曲轴产 生 弯曲疲 劳破 坏 和扭转 疲劳 破坏 。同时 由于扭 振存 在 必然性 、 潜 伏性 和 突发性 的 特 点 ， 使危 险不 易 被 发 现 ， 一 旦 发 生往往 会 带来 重大 的危 险 ， 因此对 曲轴 进行 扭振 分
摘要： 为提 高发动 机 运 行 的平稳 性 以及 整机 性 能 ， 研 究 了发 动机 曲轴扭 振 问题 。 以 Ｅ Ｑ Ｈ ２ ０ ０—３ ０ 发动 机 曲柄连 杆机 构 为研 究 对 象 ， 首先 利 用 Ａ Ｄ Ａ ＭＳ软件 对无 约束 条件 的 曲轴进 行 ６阶模 态振 型
分析 ， 然后分 析 了曲轴发 生共振 时 ４种 临界 转速 扭 转振 幅 ， 最后 利 用快 速 傅 里 叶 变换 （ Ｆ Ｆ Ｔ） 对额
率进 行优 化 。 目前 ， 曲轴 的扭振 研 究大 多将 多体 动 力 学 与有 限元 法相 互结 合 ， 研究 内容 除 了轴 系扭转 振 动外 ， 也 逐 步开 始 研 究 轴 系 的 三 维耦 合 振 动 、 轴 系 与机 体耦 合 作用 下 的振动 等 。
曲轴作 为 柴油 机 内部 主要 的运 动构件 之 一 ， 在
２ ０ １ ７年 ５月
机械设计与制造工程
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ
Ｍａ ｖ ． ２ ０１ ７ Ｖｏ １ ． ４６ Ｎｏ． ５
第４ ６卷 第 ５期
磨损 加剧 ， 严重 时 会导 致 曲轴扭 断 。若激励 频 率成
内燃机曲轴弯扭耦合非线性振动分析的开题报告
内燃机曲轴弯扭耦合非线性振动分析的开题报告一、课题背景及研究意义内燃机是一种重要的动力装置，对于机械制造、交通运输等领域有着广泛的应用。
内燃机的能量转换过程是由曲轴完成的，曲轴弯、扭振动会直接影响机械性能和工作效率。
内燃机曲轴弯扭振动的研究针对的是曲轴在运转过程中所受到的各种机械力和力矩、转速和转角等因素所引起的非线性振动问题。
因此，内燃机曲轴弯扭耦合非线性振动分析对于内燃机结构设计、优化及安全稳定运行具有重要的意义。
二、研究内容和方法本研究旨在利用有限元分析（FEM）方法对内燃机曲轴弯扭耦合非线性振动进行分析。
具体研究内容包括以下几个方面：1.建立内燃机曲轴的有限元模型，通过模态分析确定曲轴的自然频率和模态形式。
2.建立内燃机曲轴动力学模型，考虑曲轴在运转过程中所受到的各种机械力和力矩、转速和转角等因素，分析曲轴的弯扭耦合振动情况。
3.利用数值模拟方法，分析内燃机曲轴在工作状态下的变形、应力和振动响应情况，探究曲轴的强度损伤和疲劳寿命问题。
4.对内燃机曲轴的结构参数进行优化设计，提高曲轴的刚度和稳定性，降低弯扭耦合振动的风险。
三、预期研究成果1.建立了内燃机曲轴的有限元模型，分析了曲轴的自然频率和模态形式，为后续分析提供了基础。
2.建立了内燃机曲轴动力学模型，分析了曲轴在工作状态下的弯扭耦合振动情况，揭示了曲轴的振动特性和影响因素。
3.分析了内燃机曲轴变形、应力和振动响应情况，探究了曲轴的强度损伤和疲劳寿命问题。
4.通过优化设计，提高了内燃机曲轴的刚度和稳定性，降低了弯扭耦合振动的风险，为内燃机运行的安全稳定提供了基础。
四、研究难点1.需要充分考虑内燃机曲轴的非线性特性，建立合理的动力学模型。
2.需要进行复杂多变的计算分析，包括有限元模拟、数值求解等方法，研究难度较大。
3.内燃机曲轴在工作状态下所受到的各种机械力和力矩、转速和转角等因素都是不可预测的，对振动响应的预测提出了挑战。
五、研究工作计划第一年：1.收集内燃机曲轴结构设计和非线性振动研究的相关文献和数据，深入了解内燃机曲轴的结构和工作原理。
内燃机曲轴模型系统振动分析的实用方法
(5)
Nt
- EAβs inβl
- co sβl
N0
假设轴承座固定 , 建立径向 滑动 轴承的流体动力 润滑模型 [ 5 ] ,该柴油机的宽径比 L /D = 0. 45, 计算轴承
的无量纲的刚度和阻尼系数得 :
ψ3
Kij = kijμωLW ( i, j = y, z)
(6)
Ci j
=
ci
j
ψ3 μLW
想的振动分析法。
性矩为 :
N
- ω2m
u
Qy
- ω2 m
y
Qz =
T
- ω2 m
- ω2 J xx
z
= [ K ]M { q}
θ
( 1)
My
- ω2 Jyy
θy
Mz
- ω2 Jzz θz
式中 [ K ]M M 为集中 质量单元 d 对整 体动态刚度矩阵
(
i,
j
=
y, z)
(7)
式 ( 6)和式 (7 )中 ψ = C / r为间隙 比; C 为轴承的
半径间隙 ; r为轴承半径 ; μ表示润滑油粘度 ; L 为轴
承宽度 ; ω为转轴的转 动频率 ; W 为无量纲外 载荷。
在正常工作条件下 , 613 5 系列柴油机轴承的平均刚度
在图 2所示的范围内。
关键词 : 曲轴 ;机械阻抗综合法 ;振动 ;固有频率 中图分类号 : TK4 文献标识码 : B
由于曲轴 的复杂结构和受力状态 , 其振动特性对 整个内燃机的振动有着重要的影响 。国内外的学者尝
1 曲轴系统 建模
试通过不 同的方法 对曲轴的 三维振动 情况进行 了研
研究内燃机轴系复杂 耦合 振动的过程中 ,建立 有
21498580
梁兴雨 ， 舒歌群， 王刚志， 王养军
（ 天津大学， 内燃机燃烧学 国家重点实验 室， 天津 ３０７ ） ００２
［ 摘要］ 研究曲轴的三维振动对曲轴箱表面振动的影响， 开发了曲轴三维振动钡试装置， ０ 并对曲轴的三维振
动信号和 曲轴箱表面振动信号进行采集 和偏相干 分析处理 。结果发现 ： 表面振动是 曲轴三维振 动共同作用导致 的 。
ｓ ｈ ｈ ｗ ｔａ ｈ ｕ ａ ｅｖｂａｉｎ ｏ ｅｃａ ｋ ａｅｉ ｊｄ ｃ ｄ ｂ ． ｉｒｔ ｎｏ ｅｃａ ｋ ｈ ｔ ｈ ｏｓｏ ａ ｉ ｕ ｓｓ ｏ ｔ ｅｓ ｒ ｃ ｉｒｔ ｆ ｈ ｒｎ ｃ ｓ Ｓ ｎ ｕ ｅ ｙ３ Ｄ ｖｂａｉ ｆｔ ｒ ｎ ｓ ａ ．Ｔ ｅｔｒｉｎ ｌｖ— ｈ ｔ ｆ ｏ ｔ ｏ ｈ ｆ
ｂ ａ ｉｎ ｏ ｒ ｎ ｓ ａｔｉ ｄ ｃ ｓ ｔ ｅ ｓ ｒ ｃ ｉ ｒ ｔ ｎ ｏ ｒ ｎ ｃ ｓ ｔ ｏ ｒ ｑ ｅ ｃｅ ，ｃ ｍｍｏ ｌ ｏ ｂ ｉ ｇ ｔ ａ ｆｔ ｅ ｒ ｔ ｆｃ ａ ｋ ｈ ｎ ｕ ｅ ｈ ｕ ａ ｅ ｖｂ ａ ｉ ｆ ａ ｋ ａ ｅ ａ ｍｅ ｆ ｕ ｎ ｉｓ ｏ ｏ ｆ ｆ ｏ ｃ ｓ ｅ ｎｙ ｄ ｕ ｌ ｈ ｔ ｎ ｏ ｈ
基于偏相干分析的大型客车振动源识别试验研究
第二十二届中国磨粒技术学术会议主题报告速览
第二十二届中国磨粒技术学术会议主题报告速览Quick review of topic reports on 22nd Chinese Conference of Abrasive Technology马宇昊，尹韶辉，刘 坚，李明泽，索鑫宇（湖南大学）9月22日至24日，第二十二届中国磨粒技术学术会议在江苏无锡召开，参会专家、学者近500人。
本次会议共邀请到12位专家学者进行主题报告，分别展示了磨粒技术领域的最新发展和学术成果。
华侨大学徐西鹏教授报告了一种金刚石衬底的高效低损伤反应磨削加工中活性磨料选择方法。
通过第一性原理计算、真空热处理实验、激光诱导等离子体刻蚀实验等方式遴选适宜辅助研磨金刚石的活性金属元素，然后通过添加活性金属微粉和将活性金属镀覆在磨粒表面等方法制备出含活性金属的磨削砂轮，分别采用恒进给切入式磨削和恒载荷端面磨削两种方式研究了含活性金属砂轮反应磨削金刚石的磨削机理、磨削质量和磨削效率。
华中科技大学陈学东教授针对超精密运动工作台超稳结构设计、超精运动控制及超静环境减振等问题，介绍了纳米精度运动系统多物理场耦合动力学仿真与设计、超精密宏微主从-双台交叉同步控制以及准零刚度减振-稳姿等技术的研究进展，并介绍了这些技术在IC制造装备研制中的实际应用。
澳大利亚昆士兰大学黄含教授在报告中对硬脆材料延性域加工的前期工作进行了系统回顾，并重点介绍了脆性材料延性域加工的理论依据，以及阈值破坏机理对脆性材料去除模型的影响。
最后介绍了半导体晶体材料加工去除机理和磨削工艺开发的一些案例，根据自己的研究经验提出未来脆性材料延性域加工领域需要解决的关键问题。
南方科技大学张璧教授的报告聚焦磨削加工过程中复合材料的去除机理、加工表面完整性和先进磨削技术等，汇报国内外研究机构在各类复合材料的磨削加工研究方面的最新进展，首次提出复合材料磨削加工过程中的四大效应，即尺寸效应、各向异性效应、界面效应和热效应，这四大效应可能会共同影响复合材料的磨削加工结果。
发动机曲轴系统扭转振动分析_于学华
2 扭转振动计算
2. 1 计算模型 图 3是扭转振动的计算模型 。图 3Jd, Jp , J1 J6, Jf是曲轴系统各部分的转动惯量 。表 2 是曲轴 系统对应各部位的转动惯量 ,图 3 中 K1 - K7 是曲 轴本身的扭转刚度 ,根据边界元法 (BEM )从一个曲 柄半径模型可以算出 [ 2 ] ,对应于图 3中 K曲轴部位 如表 3所示 。
)
+ Kd (θp
-
θ d
)
+ K1 (θp
-
θ 1
)
=0
J1θ¨1 + Ceθ1
+ K1 (θ1
-
θ p
)
+ K2 (θ1
-
θ 2
)
= T1
J2θ¨2 + Ceθ2
+ K2 (θ2
-
θ 1
)
+ K3 (θ2
-
θ 3
)
= T2
J3θ¨3 + Ceθ3
+ K3 (θ3
-
θ 2
)
Hale Waihona Puke + K4 (θ3-
θ 4
2008年 8月 噪 声 与 振 动 控 制 第 4期
文章编号 : 1006 - 1355 (2008) 04 - 0060 - 05
发动机曲轴系统扭转振动分析
于学华 , 张家栋
(华南理工大学汽车工程学院 ,广东省电动汽车研究重点实验室 ,广州 510640)
本文用装有黏性橡胶减振器 V6发动机从实验 和计算两个方面进行扭转振动分析 ,用于计算的模 型是用曲轴系统的扭转刚度结合曲轴系统的惯性力 矩的一般模型 [ 1 ] 。用实际实验测量相对角位移和 各个曲轴轴颈的力矩 ,然后进行相对角位移的计算 ; 比较计算结果和测量结果 ,确认模型化方法和计算 方法的正确性 。其后进行皮带轮的角位移计算 ,比 较皮带轮的角位移和相对角位移 。最后计算各轴颈 的力矩和实测力矩进行比较 ,分析力矩分布的情况 。
曲轴扭振分析
哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）四缸发动机曲轴扭振分析摘要在发动机工作过程中，曲轴上各曲拐所承受转矩的大小周期性变化的，而曲轴后端的飞轮具有大的惯量，转速可以看成是均匀的，所以各曲拐相对于飞轮就会发生大小和方向作周期性变化的相对扭转振动，产生曲轴轴系的扭转振动。
曲轴的扭转振动时，扭转变形的幅度大大超过正常允许值，轻则产生很大的噪声，是磨损加剧，重则使曲轴断裂。
因此在设计内燃机时，必须对轴系的扭振特性进行分析，以确定其临界转速、振型、振幅、扭转应力，以及据是否需要采取减振措施进而设计减振器。
本文中首先用pro/E软件对所要分析的曲轴进行建模，用其模型分析功能求取曲轴当量转动惯量，用其Mechanica模块求取曲轴的当量刚度；用矩阵法和霍尔茨法计算曲轴的自由振动，确定曲轴的固有频率和振型；通过对曲轴激振力矩的简谐分析，确定曲轴的单缸转矩振幅；通过对轴系强迫振动计算，确定曲轴的临界转速、共振时的幅值以及曲轴的扭振应力；判别扭振应力的大小是否超过允许应力，如果扭振应力接近或超过允许零件允许值，则对曲轴采取减振措施，设计合适的减振器。
关键词：曲轴；扭振；扭振减振器I哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）AbstractIn the process of engine working,crank torque of the crankshaft is periodically changing,while the flywheel is approximately in uniform rotation because of the big moment of inertia of the flywheel.Therefor,the crank have a relative motion compared to the flywheel.,then,the torsional vibration of the crankshaft occurs.When the deformation amplitude of the crankshaft considerably more than the normal value,the engine will produce noising noise,and the abrasion increased,worse more,the crankshaft may crack even broken.Therefore, in the design of the internal combustion engine,the shafting torsional vibration characteristics are analyzed to determine its critical speed, mode, amplitude, torsional stress, as well as designing torsional vibration damper.Firstly, model the crankshaft to be analyzed with pro / E software,then,we can get the equivalent inertia of the crankshaft and the equivalent stiffness;Secondly,calculate the free vibration of the crankshaft using matrix method and Holtz method,and determine the natural frequencies and mode shapes;Thirdly,determine the amplitude of the single-cylinder crankshaft torque,through analyzing the exciting moment of the crankshaft;Then,determine the critical speed of the crankshaft, crankshaft torsional vibration amplitude and stress by calculating the forced vibration of the crankshaft;Finally,judge whether the size of awkward vibration stress exceeds the allowable stress.If the torsional stress close to or exceeds the allowable value of the crankshaft parts,damping measures must be take to consideration and design the suitable torsional vibration damper.Keywords: crankshaft, torsional vibration, torsional vibration damperII哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）目录摘要 (I)Abstract ........................................................ I I 第1章绪论. (3)1.1 课题研究的目的和意义 (3)1.2 国内外研究现状 (3)1.3 本课题的研究内容及技术方案 (4)1.4 本文的主要研究内容 (5)第2章曲轴当量扭振系统的组成与简化 (6)2.1 当量系统的组成与简化 (6)2.2 当量转动惯量的计算 (7)2.3 当量刚度的计算 (10)2.4 本章小结 (15)第3章轴系自由振动的计算 (16)3.1 霍尔茨法计算系统的自由振动 (16)3.2 固有频率和振型的计算 (19)3.3 本章小结 (21)第4章曲轴系统的激发力矩 (22)4.1 作用在发动机上的单缸转矩 (22)4.2 多拐曲轴上第k阶力矩谐量的相位关系 (24)4.3 本章小结 (25)第5章轴系强迫振动与共振的计算 (26)5.1 临界转速 (26)5.2 曲轴系统的共振计算 (27)5.2.1 轴系共振计算 (27)5.2.2 共振振幅计算 (29)5.2.3 曲轴扭振应力计算 (30)5.3 本章小结 (31)第6章扭转振动的消减措施 (32)6.1 扭转振动的消减措施 (32)6.2 减振器的设计 (33)6.3 装减振器后扭振当量系统振动计算 (35)1哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）6.3.1 装减速器后轴系自由振动计算 (35)6.3.2 装减振器后轴系强迫振动与共振计算 (37)6.4 本章小结 (37)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录 (42)2哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）第1章绪论1.1课题研究的目的和意义曲轴的功用是承受连杆传来的离心力,并由此造成绕曲轴本身轴线的力矩，并对外输出转矩.在发动机工作中，曲轴受到旋转质量的离心力、周期性变化的气压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲和扭转载荷。
农业工程学报2006年(第22卷)
水力侵蚀 调控物理模拟试验相似律 的初步确定
…………………………… …… …………… 高建恩，杨世伟 ，昊普特 ，等 迪 ，李福祥 ……………………………… ……… 马福生，康绍 忠，王密侠 ，等
…………………………………………………………… …… … 刘建瑞，施卫 东，叶忠明，等
双吸式叶轮 内流三维数值模拟及性能预测
………………………………………………… … 赵斌娟 ， 袁寿其 ，李 红 ，等
１ （ ） ９ ３
１ （ ） ９ ７
采用二分法计算链传动中心距 （ 英） … ………………………… …………………………………… 荣长发 ，范顺成 ，高 莉
………………………………………… … 何
若 。 东升 ， 恒韬 ，等 沈 许
１ （３ ） １４ １ （ ３） １ ８
封闭循环海湾扇贝育苗系统水处理工艺与运行效果研究
………………………………… … 冯志华 。 俞志 明，刘 鹰 ，等
………………………………………… 赵谋 明，饶 国华 ， 林伟锋 ，等 １ （４ ） １２
珞 ，张志刚 ， 冯 琰 ， 等
菜地土壤剖面上重金属元素含量 随时 闻的变化规律研究
离心泵射漉 自吸装置 的研究
………………………………… … 王国梁 ， 周生路 ， 赵其 国。等 １ （ ） ７ ９
１ （ ８ ９）
番茄收获机械手奇异性分析与处理 ………………………………………… …………………………………用 的弹性规划研究 … ……………… ……………… …… …………………………………… 尹
用”Ｃ ｓ示踪法研究密云水库周边土壤侵蚀与氮磷流失 …………………… ……………… … 华
基于经验模态分解的发动机振动信号分析方法研究
Internal Combustion Engine&Parts0引言人类可以用语言来相互交流，而对于机械来说信号就是它们的“语言”。
机械在长期使用的过程中不可避免的会产生故障，这些故障信息往往是非平稳的信号[1-2]，这就是机械语言。
而通过对机械语言的理解，即分析这段不平稳信号，认识信号背后所标的含义便可以使我们对于机械发生的故障来对症下药。
对于航空和风力发电等大型发动机而言，其发动机信号往往存在非平稳信号———抖振的特征，为了解决这一非平稳信号的特性[3]，则需要了解这些振动信号所蕴含的各种特征信息[4]，通过分析方法来提取信号中所蕴含的特征量，从而实现系统的质量评价，发动机的状态监测以及设备的故障诊断等，因此振动信号的处理方法正是目前科学研究的热点之一[5]。
振动信号，顾名思义是当物体发生振动时所产生的信号。
我们知道静止是相对的，而运动是绝对的。
因此一个物体一定会有其本身的振动特性及其参数。
当我们想了解这个物体的工作状态时，便可以捕捉此类信号，当实际检测采集的信号与其设定的正常状态的信号偏差较大时，便将这类实际采集信号归类为故障信号[6]，如果故障信号的频率或幅值的变化误差在允许范围之内（发生共振现象）那么则将这种信号归结于平稳振动信号，那么如何判断实测信号是否在物体参数之内呢？我们可以类比力的分解的方式，在提取故障信号的基础上并对其进行分析，信号的提取方法包括频域和时域值的处理方法。
如通过观察各个频段振幅、周期、相位等特征进行有效整合和分类，来研究信号中所包含的频率与能量信息无疑能大大增加效率。
与此同时，处理方法的选择也是影响信号处理的一个重要因素[7]。
随着现代控制理论及其技术的提升，针对发动机振动信号的处理方法主要包括传统和现代分析方法[8]，传统方法如幅值域分析法[9]，幅值分析法主要考虑时间维度上的变化；再通过傅里叶变换和相关分析等时域统计分析方法进行汇总处理。
这种流程通常用来处理较为简单的平稳信号。
水平对置四缸航空活塞发动机曲轴模态分析
水平对置四缸航空活塞发动机曲轴模态分析作者：魏武国冯浩阳来源：《科技创新导报》2019年第27期摘; ;要：本文选取某水平对置四缸航空活塞发动机的曲轴为分析对象，基于ANSYS Workbench软件平台对曲轴进行三维实体建模和有限元建模，选取子空间法（Subspace法）计算了该曲轴前10阶固有频率和振型，对计算结果进行分析发现了该曲轴固有模态的规律。
为该曲轴的后续结构分析和排故提供依据的同时，也为其他多曲柄曲轴的固有模态分析提供了便于工程应用的方法。
关键词：航空活塞发动机; 曲轴; 固有模态; 有限元分析; 子空间法中图分类号：V231.92;V234; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码：A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文章编号：1674-098X（2019）09（c）-0009-03曲轴是航空活塞发动机最重要的运动机件。
发动机工作时，燃气压力通过活塞、连杆传递给曲轴，带动螺旋桨和其他附件工作[1]。
曲轴受力复杂，既要承受周期性的燃气传递过来的压力（曲轴转动两圈，各缸燃气爆发1次），还要承受自身质量带来的惯性离心载荷，以及带动螺旋桨、发动机附件的扭矩，且这些载荷会随着飞行阶段的不同而变化，再考虑到振动载荷，容易造成曲轴的结构故障[2]。
曲轴的刚度和强度直接影响到活塞发动机的动力和运转特性，某飞行训练单位的初教机所配装的水平对置四缸航空活塞发动机在使用过程中，就曾经出现过曲轴配重块因为轴系扭转振动而导致断裂掉块的严重故障，造成发动机空停。
本文选取某水平对置四缸航空活塞发动机的曲轴为分析对象，基于ANSYS Workbench软件平台进行固有模态分析，以期发现该曲轴固有振动的规律，为后续结构分析和排故提供依据。
1; 分析对象和有限元建模选取某水平对置四缸航空活塞发动机的曲轴为分析对象[3]，该航空活塞发动机是国内主流的飞行员训练机型配发，基于有限元软件平台ANSYS建立起三维有限元模型，并进行模态分析。
内燃机曲轴的三维振动特性模拟_飞轮细分
第23卷第2期2003年6月振动、测试与诊断Jou rnal of V ib rati on,M easu rem en t &D iagno sisV o l .23N o.2Jun .2003内燃机曲轴的三维振动特性模拟——飞轮细分Ξ雷宣扬 宋希庚 徐继承(大连理工大学内燃机研究所 大连,116023)摘要 采用有限元法分析带有飞轮曲轴的振动特性。
首先,曲轴体采用梁单元模拟,飞轮部分采用实体单元划分,经过适当处理两类单元的连接方式,取得了比采用壳体单元对飞轮进行剖分更为合理的结果。
然后,对一直列式四缸发动机曲轴进行自由振动特性分析,并与相关研究和实验数据进行了比较验证。
最后,进一步模拟此曲轴的三维动态振动特性,计算并分析其动态振动响应的结果。
结果表明,采用节点耦合的方法取得了与实验互为一致的结果。
关键词 曲轴 飞轮 有限元法 振动特性 耦合中图分类号 T K 413引 言为了适应现代发动机高速化、高效化以及轻量化的发展,精确地模拟发动机曲轴的振动特性是一项重要课题[2]。
目前用到的方法有动刚度法[1,3]、传递矩阵法[4]、有限元法[5]等。
但采用精度较高的有限元法计算,因单元划分过多,计算量较大。
而用一般空间B ernou lli 2Eu ler 梁单元模拟曲轴结构,因为没有考虑剪切变形和转动惯量的影响,使得计算结果偏差较大。
因此,文献[6]提出,采用基于一阶剪切理论的T i m o shenko 梁单元模拟曲轴结构,取得了较为理想的结果。
但飞轮是一薄体结构,它不仅和曲轴一起振动,而且自身也表现出独立的振动特性,采用质量单元模拟飞轮无疑会增大结果误差。
虽然文献[1]中提出用壳体单元单独划分飞轮,但因没有很好地处理节点之间的连接,使得结果与实际严重不符。
本文采用实体单元划分飞轮,通过定义节点的刚性区域使相应的梁单元和实体单元连接。
对一直列式四缸发动机曲轴进行了自由振动特性和动态特性分析,取得了与实验互为一致的结果。
翻译53972648
柴油机轴系振动分析的一种简单模型雷宣扬13 , 张桂才1，陈进2，宋希庚2，董广明1（1国家振动、冲击和噪声重点实验室，上海交通大学，上海200030，中国2内燃机研究所，大连理工大学，大连116023）摘要本文提出一种空间有限元模型来对曲轴轴系振动进行分析。
曲轴体通过Timoshenko梁理论被简化为空间刚架。
系统中的主轴承被简化为线性弹簧和缓冲筒。
对一个四缸直列柴油机轴系的固有频率进行计算并与其他出版物上的分析和实验值进行比较。
为了模拟运转曲轴的运动状态，我们考虑了气体力、旋转质量和往复质量，并将曲轴和主轴承整合在一个旋转坐标轴上，由此建立了轴系振动分析的动态模型。
通过这个动态模型，我们研究了前皮带轮的质量和瞬时转动惯量对曲轴振动的影响。
关键词：曲轴，有限元，Timoshenko 梁，振动分析介绍现代柴油发动机的设计，都需要使柴油机产生尽可能轻的噪音和振动。
为了成功地控制噪声和振动，必须对发动机曲轴的振动进行估计和分析。
动态模拟是一种对不同设计方案进行排序的非常强大的工具，因此有必要提出一个可以分析的模型以实现对柴油机曲轴动态行为的准确预测。
在早期的研究中，等效模型和连续梁模型，被用于分析扭转振动或扭转轴向复合振动[1,2]。
随着计算机模拟技术的进步和有限元方法的出现，人们引进空间有限元模型来估计发动机曲轴的振动。
普遍使用的有限元模型有两类：梁元和实体元[3-10]。
很明显，通过使用实体元模型获得效果要好得多。
但是，用它来模拟运转曲轴的运动，计算量是十分巨大的。
Yildirim[11]和Cheung[12]证明，转动惯量和剪切变形对中等粗短而厚梁的振动行为的影响是十分明显的。
Smaili[6]证明，基于Timoshenko梁理论的梁元，在中等粗短而厚的梁的刚度的估计中将不会导致剪切闭锁。
本文通过一个基于Timoshenko梁理论（在下文中均称为3个节点的Timoshenko梁元）的3节点空间元素提出一有限元模型来对曲轴的振动进行分析。
发动机曲轴系统扭转振动分析_于学华
Abstract: The crankshaft torsional vibration characteristics was studied based on the results of meas2 urem ent made at the pully. The results of the measurement included crankshaft torsion assum ing the crankshaft to be elastic, and rotational speed changes due to cylinder p ressure fluctuation assum ing crankshaft to be rigid. The relative torsional amp litude should be used in evaluating torsional vibration characteristics, rather than torsional amp litude m easured at the pulley.
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2006年(第28卷)第3期汽 车 工 程Aut omotive Engineering2006(Vol .28)No .32006059基于偏相干函数分析的曲轴箱表面振动和曲轴三维振动研究33云南省省校合作基金项目(2003HBBAA02A049)资助。
原稿收到日期为2005年3月7日,修改稿收到日期为2005年4月30日。
梁兴雨,舒歌群,王刚志,王养军(天津大学,内燃机燃烧学国家重点实验室,天津 300072)[摘要] 研究曲轴的三维振动对曲轴箱表面振动的影响,开发了曲轴三维振动测试装置,并对曲轴的三维振动信号和曲轴箱表面振动信号进行采集和偏相干分析处理。
结果发现:表面振动是曲轴三维振动共同作用导致的。
其中扭振能够以倍频激励的形式出现,导致部分频率的表面振动;纵振与表面振动的总体相干水平不高,只在部分频率段具有较高的相干函数;弯曲振动与表面振动的偏相干水平较高,是表面振动的主要激励源。
关键词:曲轴,曲轴箱,振动,偏相干A Study on 3D V ibrati on of the Crankshaft and Surface V ibrati on of the Crankcasebased on Partial Coherence Functi on AnalysisL i a ng X i n gyu,Shu Gequn,W ang Gangzh i &W ang YangjunTianjin U niversity,S tate Key Laboratory of Engines,Tianjin 300072[Abstract] For studying the effect of the 3D vibrati on of crankshaft on the surface vibrati on of crankcase,the crankshaft t orsi on /axial/bending vibrati on testing devices are devel oped,and the signals of crankshaft 3D vibra 2ti on and the surface vibrati on of crankcase are measured,with the partial coherence bet w een the m analyzed .The re 2sults show that the surface vibrati on of the crankcase is induced by 32D vibrati on of the crankshaft .The t orsi onal vi 2brati on of crankshaft induces the surface vibrati on of crankcase at s o me frequencies,commonly doubling that of the t orsi onal vibrati on;The degree of partial coherence bet w een axial vibrati on of crankshaft and surface vibrati on of crankcase is not very high excep t at s ome frequencies;while the bending vibrati on of crankshaft has higher partial coherence with the surface vibrati on of crankcase and is the maj or excitati on s ource of surface vibrati on .Keywords:Crankshaft,Crankca se,V i bra ti on,Parti a l coherence1 前言越来越严格的噪声法规和用户对舒适性的高标准要求迫使发动机厂家努力研制低噪声发动机。
大量研究表明:发动机噪声的产生原因十分复杂,它几乎涉及到发动机的每个零部件,因此最有效的手段就是消除发动机零部件的振动[1-2]。
发动机的表面辐射噪声主要通过机体、缸盖、油底壳等与空气相接触的发动机外表面向外辐射,所以研究表面振动与内部构件激励间的关系就显得尤为重要。
发动机曲轴箱表面振动是受众多激励共同作用导致的,主要包括燃烧爆发压力、活塞连杆的往复惯性力,配气机构撞击以及其他一些激励作用。
这些激励有的直接通过机体传至表面,向外辐射噪声;还有一部分,如燃烧爆发压力,主要通过活塞连杆机构将作用力传至轴系,再通过轴承座传至机体表面。
通过曲轴轴系传递的力不但冲击力大,而且比较复杂。
文中通过采用偏相干分析方法,研究了轴系振动与曲轴箱表面振动间的关系,揭示内部激励与表面振动的传递关系,从而找到主要的振动激励源,为表面振动控制提供理论支持。
・272 ・汽 车 工 程2006年(第28卷)第3期2 振动测量试验系统为了能够同时测量曲轴的扭转/弯曲/纵向等各个方向的振动,设计了一种曲轴三维振动测量装置[3]。
其基本原理是通过一个联结法兰盘,将曲轴自由端的振动传递到联结装置上,试验测试系统如图1所示。
图1 试验系统扭振信号直接通过非接触电磁传感器触发采集,纵振和2个方向的弯振加速度传感器布置在采集装置的外表面。
这样就能同时采集这几路信号,通过电荷放大器后,进入计算机进行数据处理。
本试验进行了32次,然后对多次结果取平均值,并在曲轴箱位置取5点进行测量,进行数据处理后,对分析结果进行平均。
测取各信号后,首先要对各输入与输出信号进行重相干分析,以检验输入信号的完备性,它也是了解输入信号对输出信号究竟有多大影响的主要判据。
如果多重相干分析接近于或等于1,就说明所有的输出几乎都是由输入导致的,如果不接近1,则说明还存在着对输出影响较大的其他输入信号。
应该把其他信号考虑进来重新进行分析。
图2是考虑曲轴三维振动的重相干分析结果。
图2 曲轴箱表面振动与曲轴三维振动的重相干分析从图2可以看出,在2000Hz 以下的频段,其振动峰值频率的相干函数基本大于016,说明在这些频率上所选输入是完备的,在大于2000Hz 的频段,还有所不足,曲轴振动对表面振动的影响减弱,相干分析结果数值普遍偏小,说明在中高频存在其他较大的表面振动激励源。
一般情况下,为保证输入模型计算结果的精确度,还需满足任一对输入记录之间的相干函数都不应等于1的条件。
为确定偏相干分析的输入条件,首先对各输入间的相关性进行了考察。
垂直弯曲振动和水平弯曲振动间的常相干函数如图3所示。
图3 2个方向的弯振间相干分析结果表明:在弯曲振动的2个方向之间,常相干函数值很高。
为此,根据文献[4]的观点,如果两振源间是高度相关的,而且物理源的实质一致,视为一个输入。
偏相干函数计算时,只计入一个方向的弯曲振动输入,另一方向的振动从模型中消去。
这样就可以确定以水平弯曲振动,纵向振动和扭转振动为输入的偏相干分析模型,从而就可以依据偏相干理论进行偏相干函数计算与分析。
由于曲轴振动一般在低频范围内比较强烈,所以本研究主要集中对低频振动进行分析,寻找规律。
3 曲轴扭振与表面振动的偏相干分析通常人们认为曲轴的扭转振动与曲轴箱表面振动无关,但实际上曲轴箱表面振动与扭转振动是有关的。
当扭转处于共振状态时,曲轴的扭曲变形足以大到与主轴承相互敲击的程度,而且这种敲击的频率是扭振频率的2倍。
曲轴的扭振还通过两个途径引起机体振动:其一是通过连杆活塞传给机体,即扭振引起活塞的附加加速度以活塞惯性力的形式作2006(Vol .28)No .3梁兴雨,等:基于偏相干函数分析的机体裙部表面振动和曲轴三维振动研究・273 ・用在机体上;其二是曲柄连杆作为集中质量作用在曲柄销上的惯性力。
以上二者会使曲轴的n 次扭振激起机体的n -1和n +1次振动。
图4是发动机在3200r/m in 时扭振与曲轴箱表面振动同频率下的偏相干函数。
图4 扭振频谱及其与曲轴箱表面振动偏相干分析结果从图4可以看出,扭振与曲轴箱表面振动的相干程度不高,尤其在扭振各谐次峰值频率附近。
如在扭振较强烈的53、159、319Hz 等处,两者的相干函数很小。
这说明扭振与曲轴箱表面振动很可能不是同频激励的关系,而是倍频关系。
为寻找二者关系,特将扭振在500Hz 范围内的频域图与曲轴箱表面振动在1000Hz 范围内的频域图放在一起,使二者成倍频关系列在一起,如图5所示。
图5 扭振与曲轴箱表面振动倍频关系比较图从图5可以看出,在53Hz 处,扭振出现第1谐次振动峰值,而在表面振动频域图上,在106Hz 也同时出现较强烈的振动峰值,相同情况在扭振的213、428Hz 等处都出现了。
由此可以发现,表面振动的一些低频成分是由曲轴扭转振动导致的,而表面振动的频率是扭振频率的2倍。
这一发现与文献[5]关于曲轴扭振与辐射噪声的研究结果是吻合的。
为更大范围说明这一发现,将4个转速的扭振谐次幅值及2倍频表面振动进行比较,示于表1中。
除了在3200r/m in 时,某些较强烈的扭振对应着较大的2倍频表面振动以外,在其他转速下,曲轴扭振在部分谐次也对应着较大的2倍频表面振动。
表1 各转速下扭振幅值与2倍频表面振动幅值扭振谐次1234567893200r/m in扭振频率/Hz53107160213267320373427480幅值/(°)0119001058011120109101081011890109201112011192倍频表面振动频率/Hz 107213320427533640747853960幅值/m ・s -2181112121112513501451183116741331852800r/m in扭振频率/Hz4793140187233280327373420幅值/(°)0119301031010950106101029010290104401050011092倍频表面振动频率/Hz 93187280373467560653747840幅值/m ・s -231582174211921811719711371193019311282400r/m in扭振频率/Hz4080120160200240280320360幅值/(°)0125501051010850104001016011700107201087011462倍频表面振动频率/Hz 80160240320400480560640720幅值/m ・s -2118561882160188110301810168116111182000r/m in扭振频率/Hz3367100133167200233267300幅值/(°)0115801058010930101201028011760103101063010852倍频表面振动频率/Hz 67133200267333400467533600幅值/m ・s -201215164113301681148112301721020134・274 ・汽 车 工 程2006年(第28卷)第3期4 曲轴纵振与表面振动的偏相干分析曲轴纵向振动是与扭转振动和弯曲振动耦合而形成的,但纵向振动同样是机体噪声和振动辐射的激励源之一。