浅谈内燃机振动问题

合集下载

基于振动分析的内燃机故障诊断分析

基于振动分析的内燃机故障诊断分析

基于振动分析的内燃机故障诊断分析鉴于内燃机在结构和工作原理上比较的简单,而且激励源和零部件也特别的多,因此,当内燃机消失了故障的时候,一般症状都比较简单,故障信号也比较难检测,在进行诊断的时候便特别的困难。

本文主要是从振动的角度对内燃机的故障进行了分析,首先,分析了内燃机的振动结构和振动特性,然后从振动分析的角度,探讨了如何对内燃机发生的故障进行诊断的问题。

内燃机在工业、农业等所需的机械设备中,属于比较重要的机械之一,尤其是在船舶、石油钻井、铁路、汽车以及农业等方面得到了广泛的应用。

从某种意义上来说,内燃机运行状态的优劣,直接的关系着整个机组的运行状态。

所以,提高对内燃机运行状态的检测水平和故障诊断率,对于系统的平安、稳定运行来说,意义重大。

下面就从振动分析的角度,对内燃机的结构和振动特性以及故障的诊断问题等进行分析。

内燃机的振动结构和振动特性由于内燃机在运行的时候,在各种力的激励下,很简单产生振动的现象,再经过不同的传递路径传递到内燃机的表面。

因此,当内燃机的零件产生变化的时候,内燃机的表面振动现象也会呈现出不同的振动特性。

在此基础上,专家们讨论出了在从内燃机的振动特性进行内燃机故障的诊断。

内燃机属于热能动力机械范畴,在人们长期的实践和创新中,内燃机的主运动系统已经形成了由连杆、活塞和曲轴组成的结构牢靠、生命力强的曲柄连杆结构为主的系统。

再加上其他的帮助系统,便组成了内燃机的结构。

根据气缸的排列形式,内燃机主要有V型内燃机和直列式内燃机两种。

通常状况下,内燃机的结构一般由八大系统、四大结构组成。

八大系统指的是启动系统、掌握系统、燃气系统、点火系统、冷却系统、报警系统润滑系统和增压系统。

四大结构指的是曲柄连杆机构、调速机构、配气机构和链条链轮的传动机构等。

在内燃机里,由曲柄、连杆、活塞所组成的主动力结构,是内燃机的主要结构,在这个结构中,其作用力的来源主要有两方面,一方面是汽缸里气体的压力,另一方面是曲柄连杆的主要动力系统结构在运动过程中产生的惯性力。

论内燃机振动及其控制措施

论内燃机振动及其控制措施
形式 的底座较弱 ,内燃机的振动和附加应力 比较大 ,所 以有时 要采用附加底座以增加其刚性。
而达到控制或减少振动危害 的目的。

天津大学 出版社 ,2 0 0 8 .
考 文 献
[ 1 ]舒歌群 ,高文志 ,刘 月辉 ,等. 动力机械振 动与噪 声[ M] . 天津
[ 2 ] 郭文勇 ,朴 甲哲 ,张永祥. 柴油机缸 套磨 损故障的机体振动监测 研 究[ J ] .振动 、测试与诊 断 , 2 0 0 5 ,2 5 ( 4 ) :2 8 9 — 2 9 2 . [ 3 ] 周志革 ,武一 民,崔根群 ,等.汽车排气总管的振动控制[ J ] .汽
模态 ,通 过与激励频率 比较来判 断内燃机在实 际工况下是否会
产生共振 ,对 于有 可能产生共振 的情况 ,通过调整 内燃机 、悬
现 ,经济性和可靠性好 ,在工程领域得到 了广 泛应用 。但随着 人们对振动环境及 内燃机 的振动特性 的要求越来越 高 ,振动被
动控制存在一定的局限性 。该技术对低频 、超低频及 宽带 随机 振动 的控制效果有限 ,因此振动 主动控制技术应运而生。振 动 主动控制又称为有 源减振技术 ,是近年来随着计算机技术 、控
制理论 、材料科学 等学科的发展而迅速 发展的一项高新技 术 。 它需要依靠 附加 的能源来支持减振装 置的工作 ,具有效果 好 、 适应性 强等优势 ,已成 为 内燃机 振动控 制 的一 条重要 的新途
径 。目前 ,宽频带 隔振 、减振 的措施主要有双层隔振 、金属 弹
隔振 就是在振 源与需要 防振 的设备之 间 ,安装若干个具有

定 弹性 和阻尼性能 的隔振装置 ( 隔振器) ,将振源 与基础之 间或基础 与防振设备之 间的刚性连接改成柔性连接 ,以阻隔并

内燃机振动噪声问题研究简述

内燃机振动噪声问题研究简述

内燃机振动噪声问题研究简述0 引言内燃机经过不断地改进,具有热效率高、功率密度大、工作可靠等优点。

内燃机在动力机械中占有极其重要的地位,在国民经济以及国防事业的各个领域中得到了非常广泛的应用。

一方面,内燃机的动力主要以燃料燃烧为来源,工作过程涉及复杂的传热和传质过程,因此,对内燃机的传热研究成为内燃机整机研究与开发过程中的重要环节之一[1]。

另一方面,随着国家对环境要求的逐步提高,内燃机的噪声问题逐渐引起人们的关注,它不但损害机器本身,而由振动产生的强烈的噪声,会危害人类健康。

随着生产技术的发展,发动机机体结构有向大型化、高速化、复杂化和轻量化发展的趋势,由此带来的振动和噪声问题更为突出[2]。

所以对内燃机的传热研究和振动噪声研究就显得十分重要。

在内燃机产品的设计及改进阶段或者改进阶段尽可能地应用减振降噪理念,对内燃机振动噪声性能进行准确预测有重要现实意义[3]。

目前我国在内燃机振动噪声控制方面取得的成果还相当有限,与欧美发达国家相比依然存在相当大的差距,相应噪声限值标准仅仅达到欧盟标准十年以前的水平。

本文将对内燃机振动噪声进行适当的概述和总结。

1 内燃机振动噪声概述随着人们对内燃机振动噪声问题的关注,以及不同时期技术手段的不断发展,内燃机振动噪声问题的认识、研究及优化设计经历了一个由表及里、从浅到深的过程。

国外在内燃机振动噪声方面的研究起步较早,1936年就已经有了相关的研究报道。

此时,由于测试及分析方法的限制,对内燃机噪声的研究仅停留在认识各类声源、较为简单的测试分析,并尝试各种措施来降低内燃机噪声。

比如Austen 等[4]在其论文中对柴油机噪声中进气、配气机构及喷油系统等引起的噪声进行了研究并对它们的频谱特征进行了描述。

Norris[5]以一台四冲程八缸内燃机为例介绍了进气轰鸣、排气噪声和结构共振及其对内燃机噪声的重要性。

Ancell[6]对一台柴油机使用了金属罩、吸声材料及悬置隔振等措施,使内燃机的噪声降低了8~12dB。

代用燃料煤气内燃机的振动噪声控制技术

代用燃料煤气内燃机的振动噪声控制技术

代用燃料煤气内燃机的振动噪声控制技术引言:燃气发动机作为一种常见的动力装置,因其低碳、低污染的性能受到广泛应用。

然而,在使用燃气发动机过程中,振动噪声问题一直是制约其应用的主要难题之一。

本文旨在探讨代用燃料煤气内燃机的振动和噪声控制技术,希望能对燃气发动机改进和优化提供一些有益的思路。

一、振动噪声的成因分析代用燃料煤气内燃机的振动噪声主要来自以下几个方面:1. 发动机内部振动:如曲轴、连杆等部件的运动引起的振动。

2. 冷却风扇噪声:由于冷却风扇的旋转而产生的气动噪声。

3. 排气噪声:尾气排放时产生的噪声。

4. 机械传动噪声:如齿轮、链条等传动部件的噪声。

二、振动噪声的控制技术为了降低代用燃料煤气内燃机的振动噪声,我们可以采取以下几种控制技术:1. 设计优化:通过改进设计,提升发动机的结构和材料,减少振动的产生,进而降低噪声。

例如,采用减震装置和隔振材料来阻断振动传导,使用减振螺栓来减小传动系统中的振动。

2. 声学隔离:使用隔音材料和隔振装置来降低噪声的传播和辐射。

在发动机表面安装吸音材料,并在发动机底座上加装弹性支撑装置,可以有效减少噪声的传播。

3. 气动优化:通过改变发动机进气和排气系统的形状和尺寸,减少气动噪声。

合理设计曲流道和消声器,可以降低排气噪声。

4. 振动主动控制:利用主动控制技术,通过传感器检测发动机的振动状态,并通过控制器和执行器来反馈和调节发动机的振动。

这种方法可以迅速响应振动的变化,从而实现振动噪声的有效控制。

5. 振动被动控制:采用被动控制技术,通过应用质量-弹簧-阻尼系统来减震和消除振动。

这种方法通过振动吸收器和减振装置来控制发动机的振动,从而减少噪声的产生。

三、案例分析以某代用燃料煤气内燃机为例,我们可以采取以下措施来降低其振动噪声:1. 设计优化:改进发动机的结构设计,增加刚度和稳定性,减小振动的产生。

同时,采用高强度材料和减振材料来降低振动传导。

2. 声学隔离:在发动机壳体表面安装吸音材料,升级发动机底座为弹性支撑装置,减少噪声的外传和辐射。

浅谈内燃机振动问题

浅谈内燃机振动问题

浅谈内燃机振动问题内燃机是一种广泛应用的热能动力机械,在汽车、船舶等领域中,均作为主要原动力。

随着内燃机向高速、轻型、大功率方向发展,其振动问题也日益受到关注。

内燃机在工作过程中因受到多种激励的作用而产生复杂的振动,为更好地了解内燃机的振动,从而掌握内燃机的工作状况,针对内燃机部件振动、结构振动、轴系振动和整机振动的振动测试系统、信号处理技术和振动控制技术在不断地发展,其目的是能更精确地反映内燃机振动的真实情况,为内燃机的完善提供明确的指导方向。

本文旨在系统地阐述和内燃机振动相关的现有成果,分析现有方法的特点,以及展望内燃机振动问题的研究前景。

1 内燃机振动产生的机理及振动类型1.1 振动产生的机理由于内燃机的工作过程中存在着多种激振力,导致了内燃机的振动。

这些激振力可分为由于燃烧发生的直接激振力和由于发动机机械工作发生的间接激振力。

只要内燃机运动,本身就存在的激振力,称之为直接激振力,它包括:气缸内的气体压力(燃烧力)、曲柄连杆机构的重力及其惯性力。

在直接激振力作用下,而再次激发的力,称之为间接激振力,通常有活塞敲击、正时齿轮、气门系及燃油喷射系振动。

由于激振力的耦合,导致内燃机的振动具有频带宽、形态复杂、非平稳等特点。

1.2 振动类型内燃机的振动类型通常按照研究重点的不同划分为结构振动、部件振动、轴系扭转振动和整机振动。

1.2.1 结构振动和部件振动结构振动主要是指实际上具有弹性的内部结构部件,如活塞、连杆、曲轴、机体等,在燃烧气体力和惯性力作用下所激起的多种形式的弹性振动,它是诱发内燃机燃烧噪声和活塞敲击噪声的根源。

内燃机的部件很多,它们的振动形式更是多种多样,最常见的是配气系统振动和缸套振动。

前者会破坏气门的正常工作,后者将引起缸套的穴蚀。

就进排气管的气流震荡是部件振动的另一种形式,它对进排气过程乃至内燃机的整个工作性能都有较大的影响。

郭智威[1]对比了不同缸套表面处理对柴油机机体振动的影响,指出缸套表面规则凹坑处理有利于降低机体振动。

单缸内燃机振动研究与平衡的分析

单缸内燃机振动研究与平衡的分析
作者简介院涂康华(1996-),男,重庆人,本科在读,研究方向为单 缸内燃机(发电机)。
单缸内燃机中的往复惯性力[2]。当单缸内燃机出现往复惯性 力是能够让内燃机沿着气缸中心线的方向开展往复振动现 象。需要注意的是,单缸内燃机的往复惯性力会发生两次, 那么计算公式应当是:pj=-mja=-mjR棕2(cos琢+姿cos2琢)=pj,1+ pj,2。根据 pj 分析,pj,1 代表的含义是一曲轴回转一周能够出 现一次往复的间谐性周期力,大小为-mjR棕2cos琢,而 pj,2 的 含义是一曲轴回转能够出现两次往复的间谐性周期力,大 小为-mjR棕2cos2琢。第二,单缸内燃机中的离心惯性力。如果 当单缸内燃机出现离心惯性力时,那么其应当出现上下以 及左右的振动,那么两者的值应当是:PR=mRR棕2;mR=mK+mc,2。 根据式中分析,mR 的含义是折算到曲柄销中心的绕曲柄中 心线作回转运动的不平衡总质量;mK 所表示的是曲柄销质 量和折算到曲柄销中心的曲柄臂不平衡质量的和。第三,单 缸内燃机中的倾覆力矩。倾覆力矩其实就是单缸内燃机数 学扭矩的反扭矩,那么该值应当是 MD=-PTR,如果进一步对 倾覆力矩开展傅里叶分解工作以后,能够得到关于 棕 为基 频的高阶间谐性力矩,这种高阶间谐性力矩的存在能够促 使内燃机出现左右摆动的现象。所以说,这也是内燃机发生 振动的主要原因。
Internal Combustion Engine & Parts
· 61 ·
涡轴发动机典型故障模式与特征分析
Typical Fault Mode and Characteristic Analysis of Turboshaft Engine
关键词院单缸内燃机;振动研究;平衡分析

内燃机车电机传动轴机械振动的原因及处理分析

内燃机车电机传动轴机械振动的原因及处理分析

内燃机车电机传动轴机械振动的原因及处理分析摘要:内燃机在工业设备和仪器仪表中发挥着提供重要动力源的作用。

内燃机自身工作效率的高低和功能的强弱直接影响着生产的发展,同时,内燃机在相关系列机械设备应用中处于关键技术环节。

因此,有必要确保内燃机的工作效率,减少故障的发生。

在内燃机结构的组成中,电机的传动在内燃机实践应用中发挥关键作用,但是,在实际工作过程中,部分内燃机车电机传动轴在工作中往往发生机械振动问题,严重的还存在被折断的情况,其结果给机械设备的正常使用带来负面影响。

本文本文从故障排除的角度出发,探讨了机械振动产生的原因,并提出了解决这些问题的方法。

关键词:内燃机车;电机驱动轴;机械振动;原因引言内燃机车的应用是液力传动箱形式的电机驱动轴,它发生振动,在内燃机车所有故障中称不上大问题,然而,问题能否及时解决,关系到柴油电机驱动轴能否顺利有效工作。

目前,对于这一机械振动问题,正在从系统方面分析原因探究对策。

因此,本文从故障排除的角度出发,积极分析电机传动轴产生振动的原因和应对这些问题的措施,以期达到电机传动轴机杜绝振动能够持续正常工作的目的。

1 存在的问题内燃机广泛应用于工业生产和交通运输,是为工业生产和交通运输提供重要动力的设备。

随着内燃机在轨道交通上的应用愈来愈广,加上有关科学技术的进一步开发与改进,内燃机在轨道交通牵引车辆中的比例日益增加。

据相关的司机反馈,在柴油机车工作环境中,液压驱动的电力传动轴的机械振动现象突出,造成噪音和震动,这一定程度地关系着火车操作的稳定性与安全。

据近十年来铁路运输中电机牵引轴发生的统计数据,电力牵引轴发生共三十二例,其中轴扭转事故占近百分之二十。

严重的,这个问题会造成机车起动后联轴器断开。

这时电机万向节花键套的定位功能就会失效,从而导致冷却单接头的损坏,卷帘相关零件的损坏,从而导致机械故障事故的发生。

如果情况严重会给机车的正常运行带来安全威胁。

特别强调的是,在GK型号的机车中,电机传动轴所处位置与驾驶室的位置紧邻,一旦传动轴发生机械振动,噪音会影响驾驶员的操作。

单缸内燃机振动研究和平衡

单缸内燃机振动研究和平衡

单缸内燃机振动研究与平衡摘要:随着内燃机朝着高速、轻型、大功率方向发展,由其引起的振动问题成为制约内燃机向更高排量发展的瓶颈,因此解决内燃机振动问题已成当务之急。

从引起单缸内燃机振动的力源入手,简述在内燃机设计阶段常用的平衡振动的方法,在此基础上探讨减振原理,并据此设计一柴油发动机固体摩擦减振器。

关键词:单缸内燃机振动力源振动平衡减振器1 概述内燃机自19世纪问世以来已经有150多年的历史。

由于它的热效率高,移动性好,功率范围广,因而在工业、农业、交通运输及军事等领域获得广泛的应用。

它是将燃料(液体或气体)引入气缸内燃烧,再通过燃气膨胀,推动活塞、曲柄—连杆机构,从而输出机械功的热力发动机,通常包括有柴油机、汽油机和煤气机等。

单缸内燃机是所有发动机中最简单的一种,它凭借重量轻、结构尺寸小、成本低、维护简单等优点,被广泛应用于摩托车、园林作业等机械。

然而,和同排量的多缸机相比,单缸内燃机工作时只有一套机件在运转,所以运动件的惯性力得不到抵消,由此引发的振动大。

并且转速越高,这个问题表现的越明显。

机械振动,特别在共振情况下,可使机器和仪表的功能受影响,结构和构件损坏或产生残余变形,产生污染环境的噪声和有损于建筑物的动载荷,以及损害人体的健康,因此必须进行有效的控制。

振动控制除采取减小振源及调整系统参数以避免共振外,还可采取减振、隔振之类的被动控制及由外部输入能量以控制振动的主动控制等措施。

本文基于对单缸内燃机振动力源的分析,从常规减振、隔振角度入手,设计一种切实可行的固体摩擦减振器。

2 单缸内燃机的振动力源内燃机以曲柄每转一转(二冲程)或每转二转(四冲程)完成一个工作循环,因此其作用力均是周期性函数,这使得作用于曲柄上的输出扭矩成周期性变化,它一方面形成对内燃机的倾覆力矩,另一方面将使曲柄系受到扭转激励而发生扭转振动。

而由不平衡惯性力形成的不平衡力或力矩则是使内燃机发生整机性振动的振动激励力源。

通常情况下,能引起单缸内燃机发生振动的振动力源有:往复惯性力它能使内燃机产生沿汽缸中心线方向的往复振动。

燃气轮机燃烧室振动分析与控制

燃气轮机燃烧室振动分析与控制

燃气轮机燃烧室振动分析与控制燃气轮机作为一种常见的动力设备,广泛应用于发电、飞机等领域。

而燃气轮机中的燃烧室振动问题一直备受关注。

本文将对燃气轮机燃烧室的振动问题进行分析与控制方面的探讨。

I. 燃烧室振动的成因及影响因素燃烧室振动的成因有多种,主要包括以下几个方面:1. 火焰振动:燃烧室中的火焰不稳定引起的振动是燃烧室振动的主要原因之一。

火焰的振动会导致燃烧室内气流的不稳定,从而引起燃烧室壁面的振动。

2. 燃气动力振动:燃气轮机中的燃料在燃烧室内燃烧产生高温高压的燃气,这些燃气的动力作用也会引起燃烧室的振动。

3. 燃烧过程的非线性特性:燃烧过程中的非线性特性会导致燃烧室振动的不稳定性。

燃烧过程中的压力波动、火焰的不稳定等都会对燃烧室振动产生影响。

4. 设计和制造缺陷:燃烧室的设计和制造缺陷也是导致振动问题的重要原因。

例如,燃烧室结构的刚度和稳定性不足,或者燃烧室部件的装配质量不佳等都会导致燃烧室的振动问题。

以上因素都会对燃气轮机燃烧室的振动产生重要影响,进一步影响整个燃气轮机的运行效果和寿命。

II. 燃烧室振动的危害及检测方法燃烧室振动问题如果不能及时有效地控制,可能会带来以下几个方面的危害:1. 对设备的损坏:燃烧室振动会导致燃烧室壁面和燃气轮机其他部件的疲劳破坏,进而影响整个燃气轮机的正常运行。

2. 对系统效率的影响:燃烧室振动会导致燃气轮机的机械损失增加,进而降低系统的整体效率。

3. 对运行安全的威胁:燃烧室振动过大可能引起燃烧室壁面的失效,进而引发火灾等严重事故。

为了及时发现燃烧室振动问题,可采用以下几种常见的检测方法:1. 振动传感器:通过安装振动传感器在燃烧室壁面或其他受振部位,实时监测振动信号,并进行数据分析,以判断振动是否超过预设标准。

2. 声音传感器:通过安装声音传感器,测量燃烧室内的声音信号,通过信号处理技术分析声音的频谱特征,判断是否存在异常振动。

3. 摄像技术:借助高速摄像技术,对燃烧室内的火焰和气流进行实时拍摄,结合图像分析方法,识别火焰的非稳定性,判断是否存在火焰振动问题。

内燃机用断流器的振动与噪声控制

内燃机用断流器的振动与噪声控制

内燃机用断流器的振动与噪声控制在内燃机的运行过程中,断流器起到了重要的作用,它可以控制燃油进入燃烧室的时间和量,调节引擎的输出功率和排放。

然而,断流器的使用也会引发一些问题,其中包括振动和噪音的产生。

因此,对内燃机用断流器的振动与噪声进行控制是十分必要的。

首先,我们来探讨内燃机用断流器振动的控制方法。

断流器的振动是由于燃油喷射和燃烧引起的压力脉动所产生的。

为了减小振动的幅值和频率,可以采取以下措施。

第一,优化燃油喷射。

在设计断流器时,应该合理设计喷孔的尺寸和布置方式,确保喷油的均匀性和稳定性。

通过优化喷孔的位置和尺寸,可以减少压力脉动,从而降低断流器的振动。

第二,增加振动吸收材料。

可以在断流器的结构中加入高效的振动吸收材料,如橡胶垫片或弹性材料,来吸收和减小振动的幅值。

这样可以有效地降低断流器的振动级别。

第三,改善结构刚度。

通过增加断流器的结构刚度,可以减小振动的传递和放大效应。

可以采用合理的结构设计和材料选择来提高断流器的刚度,降低振动的幅值。

除了振动,断流器的使用还会产生噪音。

为了降低内燃机用断流器的噪音,我们可以采取以下措施。

首先,优化燃烧过程。

燃烧过程中产生的噪音是内燃机噪音的主要来源之一。

通过改善燃烧过程,如优化点火时机、提高燃烧效率等,可以降低噪音的产生。

第二,采用噪音减振措施。

可以在断流器的结构中加入吸音材料,如隔音棉、泡沫塑料等,来吸收传播到断流器壳体的噪音能量,从而降低噪音的传播和辐射。

第三,减少气体脉动噪音。

内燃机用断流器会引起气体脉动,从而产生噪音。

可以通过优化断流器的结构和布置方式,如增加连接管道的长度和直径,增加缓冲室的容积等,来减少气体脉动和噪音的产生。

最后,对内燃机用断流器的振动与噪声进行控制,除了以上方法之外,还可以通过优化整个内燃机系统的设计和配套,如减震支撑的设计、降低整体振动的传递等,来达到振动和噪音控制的目的。

总而言之,内燃机用断流器的振动与噪声控制是十分重要的。

内燃机热传递和振动噪声问题研究简述

内燃机热传递和振动噪声问题研究简述

1背景介绍内燃机经过的不断改进,具有热效率高、功率密度大、工作可靠等优点。

内燃机在动力机械中占有极其重要的地位,在国民经济以及国防事业的各个领域中得到了非常广泛的应用。

一方面,内燃机的动力主要以燃料燃烧为来源,工作过程涉及复杂的传热和传质过程,因此,对内燃机的传热研究成为内燃机整机研究与开发过程中的重要环节之一[1]。

另一方面,随着国家对环境要求的逐步提高,内燃机的噪声问题逐渐引起人们的关注,它不但损害机器本身,而由振动产生的强烈的噪声,会危害人类健康。

随着生产技术的发展,发动机机体结构有向大型化、高速化、复杂化和轻量化发展的趋势,由此带来的振动和噪声问题更为突出[2]。

所以对内燃机的传热研究和振动噪声研究就显得十分重要。

2内燃机传热问题研究的特点及发展趋势内燃机传热问题研究主要有实验研究法和数值仿真法两种。

实验测量方法具有操作复杂、可操作性较差等特点,测量结果只能获得测量点的温度,瞬态温度场、内燃机内冷却液、气体等流体的流场参数较难测量[3、4]。

并且,实验也只能在内燃机实物上进行,不利于对所发现问题完成即时设计和改进。

另外,内燃机的结构、迸排气系统、冷却系统、润滑系统的相互作用,对试验结果有较大影响。

但是,人们通过累积的试验数据,总结了许多关于传热的经验公式,用来估算内燃机的传热和热负荷,这些公式也是仿真计算的基础。

数值仿真在技术上弥补了实验方法的诸多不足之处,大大地推进了内燃机传热问题研究的进程。

数值仿真技术比实验方法更加有效,有着实验方法无法比拟的显著优点。

内燃的传热模型也是从无到有,不断优化升级。

其发展过程经历了燃烧过程模拟→活塞、缸套、缸盖等固体零部件模拟→冷却系统、润滑系统的流动与传热模拟。

而数值仿真技术本身也随着内燃机传热仿真的发展也不断的更新、进步,流固耦合技术是是一种较为先进的有限元计算手段。

对相互作用(流动和传热)的流体和固体,流固耦合方法可以将两者同时建立模型,同事采用离散方法,处理各自的传热控制微分方程,并具有边界自动耦合功能[5]。

内燃发电机组的机械振动和可靠性优化研究

内燃发电机组的机械振动和可靠性优化研究

内燃发电机组的机械振动和可靠性优化研究随着工业化进程的不断推进,电力供应的重要性也与日俱增。

内燃发电机组作为一种常见的发电设备,其机械振动和可靠性问题一直备受关注。

因此,研究内燃发电机组的机械振动和可靠性优化,对于提升设备的使用寿命和运行效率具有重要意义。

内燃发电机组的机械振动是指设备在运行过程中产生的振动现象。

这些振动可能会导致设备的损坏、噪音污染以及不稳定运行等问题。

因此,减少机械振动对于提高发电机组的运行效率和可靠性至关重要。

为了优化内燃发电机组的机械振动,首先需要对机组的振动特性进行评估和分析。

通过使用合适的仪器和设备,可以对发电机组的振动频率、振幅和相位等参数进行测量和监测。

通过对振动信号的分析和处理,可以了解振动产生的机理和原因,从而针对性地进行优化。

在分析振动特性的基础上,可以采取一系列措施来减小机械振动。

首先,优化机组的结构设计是一个重要的步骤。

合理的机械结构设计可以降低机械部件之间的相互干扰,减少振动的产生和传播。

其次,优化机组的工作参数也是一种有效的方式。

通过调整发动机的转速、负载和点火正时等参数,可以改变机组的运行状态,减少振动的产生。

此外,合理选择合适的材料和制造工艺,也是降低机械振动的关键。

除了振动优化之外,提高内燃发电机组的可靠性也是非常重要的。

可靠性是指设备在一定时间内能够正常运行的能力。

针对内燃发电机组的可靠性问题,可采取以下措施进行优化。

首先,加强设备的维护和保养是保证其可靠性的关键。

定期对机组进行检查、维修和更换磨损部件,可以有效地减少设备的故障率,延长使用寿命。

其次,采用合适的工作方式和操作规程也非常重要。

合理安排机组的负载和开停时间,避免频繁的启停操作和超负荷运行,可以降低设备的故障风险。

此外,设备的监控和故障诊断系统也是提升可靠性的关键技术。

通过对机组的实时监测和故障诊断,可以及时发现并处理潜在的故障问题,避免设备的损坏和停机时间的增加。

最后,环境因素对内燃发电机组的机械振动和可靠性也有一定影响。

燃气轮机燃烧室内振动特性分析与控制

燃气轮机燃烧室内振动特性分析与控制

燃气轮机燃烧室内振动特性分析与控制燃气轮机是一种常用的大功率发电设备,其高效率和低排放使其成为许多能源系统的理想选择。

燃气轮机的核心部件是燃烧室,它负责将燃料与空气混合并点燃,产生高温高压燃气来驱动涡轮。

然而,燃烧室内的振动问题对燃气轮机的可靠性和性能提出了挑战。

本文将对燃气轮机燃烧室内振动特性进行分析与控制的相关问题进行探讨。

1. 燃气轮机燃烧室振动的原因燃气轮机燃烧室内的振动问题主要源自两个方面:燃烧过程和流动特性。

1.1 燃烧过程引起的振动燃烧室内发生的燃烧过程是引起振动的主要原因之一。

燃烧过程中的火焰形成和燃烧不稳定性会导致燃烧室内的压力和温度变化,进而引起燃烧室的振动。

燃气轮机燃烧室内的火焰形状和燃烧速度会受到多种因素的影响,如燃料的喷射方式、燃料-空气比、进气温度等。

这些因素的变化都可能引起燃烧室内的振动。

1.2 流动特性引起的振动燃气轮机燃烧室内的流动特性也是引起振动的重要原因之一。

在燃烧室内,燃料和空气通过喷嘴混合进入燃烧室,形成燃烧区域。

然而,由于喷嘴的设计和燃烧室内的局部流动不均匀性,燃料和空气的混合并不完全,会导致燃烧室内形成不稳定的燃烧区域,引起振动。

2. 燃气轮机燃烧室振动的影响燃气轮机燃烧室的振动问题对燃气轮机的性能和可靠性产生了严重的影响。

2.1 性能影响燃烧室内的振动会导致燃料和空气的混合不均匀,进而影响燃烧效率和燃料的利用率。

不完全燃烧和不稳定的燃烧将导致排放物的增加和热效率的降低。

2.2 可靠性影响燃烧室内的振动会导致燃烧室壁面的应力集中和疲劳破坏,缩短燃烧室的使用寿命。

此外,燃烧室的振动还可能引起燃烧室的失稳和共振,导致破裂和严重的机械故障。

3. 燃气轮机燃烧室振动的分析方法为了分析和控制燃气轮机燃烧室的振动问题,工程师们采用了多种分析方法。

3.1 数值模拟数值模拟是一种常用的燃烧室振动分析方法。

通过建立合适的数学模型和计算流体力学模拟,可以模拟燃气轮机燃烧室内的流动和燃烧过程,并预测振动的产生和传播路径。

内燃机传动系统振动控制策略优化

内燃机传动系统振动控制策略优化

内燃机传动系统振动控制策略优化摘要:内燃机传动系统的振动问题一直是工程领域中的重要挑战之一。

振动不仅会降低内燃机传动系统的性能和寿命,还会对乘车舒适性和驾驶者健康产生负面影响。

因此,优化内燃机传动系统的振动控制策略对于提高整车性能和乘车舒适性具有重要意义。

本文将探讨内燃机传动系统振动控制策略的优化方法,并分析其在实际应用中的效果。

1. 引言内燃机传动系统的振动问题主要源自引擎的非平衡力和扭矩波动。

这些振动不仅会导致噪音和震动,还会加速传动部件的磨损和疲劳损伤。

传统的振动控制方法包括动平衡和减振器的使用,但这些方法往往并不能完全解决振动问题。

因此,优化振动控制策略是必要的。

2. 内燃机传动系统振动控制策略的优化方法2.1 动平衡技术的优化动平衡是常用的内燃机传动系统振动控制技术,通过旋转质量补偿方法来减少引擎的非平衡力。

然而,传统的动平衡技术往往需要借助动平衡机进行调整,且仅适用于静态平衡状态。

为了进一步优化动平衡技术,可以考虑使用动平衡旋转质量调节装置,实现动态平衡。

此外,在设计过程中,可以采用优化算法来确定最佳的质量分布,以降低振动。

2.2 振动控制策略的仿真与分析仿真与分析方法对于振动控制策略的优化具有重要意义。

通过建立内燃机传动系统的振动模型,可以模拟不同振动控制策略的效果,并找到最优控制参数。

常见的振动控制策略包括主动振动控制和被动振动控制。

主动振动控制通过传感器和控制器实时感知和调整系统的振动状态,被动振动控制通过减振器和吸振器等装置来消除振动。

通过仿真与分析,可以比较两种控制策略的优劣,并选择最适合的方案。

2.3 信号处理与滤波技术传感器对于振动控制策略的实施至关重要。

准确、稳定的传感器能够提供振动信号,帮助系统实时感知振动情况,并通过信号处理与滤波技术提炼有用的振动信息。

常用的信号处理方法包括时域分析、频域分析和小波分析等,滤波技术可以去除系统中的干扰信号。

优化传感器的选择和信号处理与滤波技术的应用,有助于提高振动控制策略的效果。

燃机电厂燃气轮机振动故障诊断与处理方法研究

 燃机电厂燃气轮机振动故障诊断与处理方法研究

燃机电厂燃气轮机振动故障诊断与处理方法研究燃机电厂燃气轮机振动故障诊断与处理方法研究1. 引言在燃机电厂的运行过程中,燃气轮机的振动故障是一种常见的问题。

振动故障不仅会影响燃气轮机的正常运行,还可能导致设备的损坏和生产事故的发生。

因此,研究燃气轮机振动故障的诊断与处理方法具有重要意义。

2. 燃气轮机振动故障的类型和原因2.1 不平衡振动不平衡振动是由于燃气轮机旋转部件的质量分布不均匀导致的。

它会引起燃气轮机的振动加速度和振动力的增大,从而影响轴承的寿命和工作状态。

2.2 惯性振动惯性振动是由于旋转部件的质量和几何失衡引起的。

几何失衡会导致轴向力和径向力的不平衡,从而引起燃气轮机的振动。

这种振动故障的主要原因是零件装配不准确、制造工艺不合理等。

2.3 磨损振动燃气轮机长时间运行后,其中的零部件会因磨损而变形或失效,进而引起振动问题。

这种振动多出现在轴承、齿轮等摩擦副件中,需要及时检修和更换。

3. 燃气轮机振动故障的诊断方法3.1 振动信号采集与分析通过在燃气轮机上安装振动传感器,采集振动信号,并利用专业的振动分析仪器对信号进行处理和分析,可以确定振动故障的类型、位置和严重程度。

3.2 故障模式识别根据振动信号的频谱特征,结合燃气轮机的工作状态,进行故障模式识别。

通过分析不同频率和幅值的振动信号,可以判断出故障类型,如不平衡、惯性或磨损。

3.3 声音诊断技术通过对燃气轮机工作时产生的声音信号进行采集和分析,可以获取有关故障的信息。

例如,齿轮啮合不良会产生齿轮破碎的声音。

根据声音信号的频谱特征,可以判断出故障的类型和位置。

4. 燃气轮机振动故障的处理方法4.1 动平衡校正对于不平衡问题,可以通过动平衡校正来解决。

根据振动分析结果,确定不平衡存在的位置和大小,通过增加或减少适当的平衡质量,达到旋转部件的平衡状态。

4.2 调整轴承间隙部分振动故障可能是由于轴承的间隙过大或过小引起的。

调整轴承的间隙,使其满足设计要求,并保证轴承的正常工作状态,可以解决振动问题。

内燃机车电机传动轴机械振动的原因和处理探讨

内燃机车电机传动轴机械振动的原因和处理探讨

内燃机车电机传动轴机械振动的110研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2024.04(上)油机工矿变化大、输出不稳定的情况下,振动会引起驾驶室震动感。

减少振动可以降低车辆的振动传递,提供更平滑的行驶体验,改善驾驶舒适度。

(4)降低噪音污染:机械振动常常伴随噪音的产生,对周围环境和机车驾驶造成干扰和不适。

振动会导致传动系统中的零部件相互碰撞、摩擦和共振,进而产生噪音。

通过减少振动,可以降低这些噪音源,减少车辆的噪音污染,提升整体的环境友好性。

(5)提高行驶稳定性:机械振动会影响车辆的行驶稳定性和操控性能。

通过减少振动,可以提高传动系统的刚度和稳定性,增强车辆的行驶稳定性,使驾驶员能够更好地控制车辆。

减少内燃机车电机传动轴机械振动对于提高传动效率、增强可靠性、改善驾驶舒适度、降低噪音污染和提高行驶稳定性都是至关重要的。

这些方面的改进将直接影响内燃机车的性能,并在整个铁路运输领域中发挥重要作用。

2 内燃机电机传动轴产生机械振动的常见原因2.1 不平衡质量(1)零部件质量不均匀。

内燃机电机传动轴由多个零部件组成,包括齿轮、轴承、传动带等。

如果这些零部件在制造过程中存在质量不均匀的问题,如材料分布不均、尺寸偏差过大等,就会导致传动轴的不平衡质量。

(2)加工误差。

在传动轴的制造过程中,加工误差也可能导致不平衡质量。

例如,在车削或磨削传动轴时,由于工艺参数设置不当、加工刀具磨损或操作不准确等原因,可能导致传动轴的质量分布不均匀。

(3)装配不当。

如果在组装传动轴时没有按照设计要求进行正确的配重和校正,就会导致传动轴的不平衡质量。

例如,未能正确安装平衡块或配重片,或者未能调整各零部件的位置和配重使其达到平衡状态。

(4)损耗与磨损。

随着传动轴的使用,零部件会经历磨损和损耗,这可能导致不平衡质量。

例如,轴承由于长时间的摩擦和疲劳可能出现局部磨损,导致传动轴的质量分布不均匀。

内燃机用断流器的振动控制与平衡技术

内燃机用断流器的振动控制与平衡技术

内燃机用断流器的振动控制与平衡技术内燃机是现代社会中广泛使用的一种能源转换装置,它通过将化学能转化为机械能,驱动各种设备和机械工具。

然而,内燃机在运行过程中常常会引起振动和不平衡问题,这不仅会影响内燃机的性能和寿命,还可能会引起噪音和机械损坏等安全隐患。

为了解决内燃机振动和不平衡问题,断流器技术应运而生。

断流器是一种用于减小振动和不平衡的装置,通过控制内燃机的气流和燃烧过程,使其运行更加平稳。

本文将对内燃机用断流器的振动控制与平衡技术进行详细介绍。

首先,内燃机用断流器的振动控制技术是通过优化内燃机的气流路径来实现的。

内燃机的运行过程中,气流的流向和速度会产生不规则的涡流,进而引起振动。

为了减小振动,可以通过设计优化的进气和出气道,使气流流动更加顺畅。

此外,还可以通过增加气流动量和减小交流损失,降低振动的产生。

其次,内燃机用断流器的平衡技术是通过调整内燃机的燃烧过程来实现的。

燃烧过程中,由于燃烧室内的燃烧不均匀性,会引起振动和不平衡。

为了减小振动和不平衡,可以使用断流器来改善燃烧过程。

例如,在燃烧室中设置适当的喷油装置,可以使燃料均匀燃烧,减小振动和不平衡的产生。

此外,还可以通过优化点火系统,提高点火的准确性,从而降低振动和不平衡的程度。

然而,内燃机用断流器的振动控制与平衡技术也面临一些挑战。

首先,断流器需要精确的设计和制造,以确保其能够正常工作并满足振动控制和平衡的要求。

其次,断流器的使用需要合理的布置和安装,以确保其能够发挥最佳效果。

再者,断流器的使用还需要考虑内燃机的工作条件和负荷情况,以便根据实际情况进行调整和优化。

在实际应用中,内燃机用断流器的振动控制与平衡技术已经取得了一定的成果。

许多内燃机制造商和研究机构已经开始使用断流器来改善内燃机的性能和可靠性。

例如,某些航空发动机已经使用断流器来减小振动和不平衡的程度,提高了发动机的性能和寿命。

此外,汽车和船舶等领域也开始使用断流器来改善内燃机的工作效果。

内燃动车组的噪声与振动控制方法研究

内燃动车组的噪声与振动控制方法研究

内燃动车组的噪声与振动控制方法研究引言:内燃动车组作为现代高速铁路运输的重要方式,具有速度快、效率高等优点。

然而,由于其内部燃烧机构的振动与噪声问题,给乘客和驾驶员带来一定的不适和危害。

因此,噪声与振动控制方法的研究对于改善乘客舒适性、提高列车运行安全性具有重要意义。

噪声与振动的来源:内燃动车组噪声与振动主要来自以下几个方面:1. 内燃机的振动与噪声:内燃机的工作过程会产生机械振动和气动噪声,通过减少这部分振动和噪声的产生可有效降低车厢内的噪声水平。

2. 列车运行时与轨道的交互作用:列车在高速运行时,轮轨接触会产生振动与噪声,通过轮轨之间的减振和隔振措施可以降低这部分振动和噪声。

3. 噪声的传播路径:噪声会通过空气、车体结构等途径传播至车厢内,通过调整车体结构和增加隔音措施可减少噪声的传播。

噪声与振动控制方法:为了降低内燃动车组的噪声与振动,研究者们提出了一系列的控制方法,包括以下几个方面:1. 引擎振动和噪声的控制:内燃机是内燃动车组噪声与振动的主要来源之一。

因此,减少引擎振动和噪声的控制方法对于降低整个列车的噪声水平至关重要。

传统的控制方法包括使用减振器和隔振器来降低引擎振动的传递,通过改进燃烧过程减少气缸压力变化和爆震噪声。

2. 轮轨交互振动的控制:轮轨接触的振动和噪声也是内燃动车组噪声问题的重要方面。

减振技术是一种常见的手段,包括轮轴减振系统、轮缘减振技术和轮轨隔振装置。

此外,通过改善轨道几何、弹性板道和道床的减振性能等措施也可以降低轮轨振动和噪声。

3. 车体结构及隔音措施:噪声在车体内的传播路径也是一个需要关注的问题。

通过优化车体结构和增加隔音措施,可以有效地减少噪声的传播。

例如,在车体结构设计上采用复合材料和隔音材料,增加车窗的隔声性能等方法。

4. 环境辐射噪声的控制:内燃动车组的噪声不仅会对旅客和驾驶员产生影响,也会对周围环境造成污染。

为了保护环境和降低环境辐射噪声,可以采取降低车辆运行速度、加装噪声屏障、合理规划线路等措施。

关于内燃机表面振动信号性质的探讨

关于内燃机表面振动信号性质的探讨

关于内燃机表面振动信号性质的探讨内燃机在发动运行的过程中发生振动是一种必然的现象,振动的幅度、声响变化中包含了很多关于运行状态的信息,所以通过采集和分析振动就能检测出内燃机的运行状况。

因此,在日常实践中,分析振动的特征成为检测内燃机结构、故障及监测运行状态的一种有效方法,但要准确分析振动信号是具有一定难度和复杂性。

本文主要阐述了内燃机振动信号性质,并论述了如何采用正确的信号分析方法并提出减振隔振措施。

标签:内燃机;振动信号;发动机1 内燃机振动信号性质采用什么样的信号分析法是由内燃机的性质所决定的,任何的分析方法都是在一定条件范围内使用的,因此正确辨别振动信号所体现出来的性质对信号分析方法的选择有着重要的意义。

1.1 激励具有非平稳性内燃机在发动的时候会因为两个方向的力而造成振动,这就是所谓的振动激励源。

这两个力分别是跟气缸纵向中心线垂直的活塞侧推产生的力,这两个力其一是由活塞与气缸壁面相互作用产生的;其二是因沿气缸纵向中心方向的燃气爆发压力以及连杆作用于活塞产生的推力形成的。

在平稳随机的过程中,功率谱密度函数的面积等于均方值,非平稳随机过程的功率谱密度频率成分的分布比例跟时间的长短没有关系,功率谱强度其实就是展开功率,它会随着时间的变化而变化,并且随着各运动部件而改变,产生非恒定的数值。

如果假设各项参数都是在恒定条件下,只是对内燃机的整体动力输出状态进行大概估算,这时候所得到的参数是属于合理范围内的,而对于结构和分布比较复杂,需要做精确计量的振动监测和诊断,则要考虑到非平稳性。

1.2 响应具有非平稳性内燃机的部件结构是相当复杂的,工作振动时会引起很多的激励源,如果要对所有的激励和响应之间的关系进行考量,则有一定的难度,因为响应具有非平稳性。

内燃机振动信号是属非线性结构状态,在输入非平稳随机激励时,其响应会更加的复杂;如果系统是线性非变化系统,就可以根据平稳输入平稳输出、非平稳输入非平稳输出,把系统模型变的简单化。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

浅谈内燃机振动问题内燃机是一种广泛应用的热能动力机械,在汽车、船舶等领域中,均作为主要原动力。

随着内燃机向高速、轻型、大功率方向发展,其振动问题也日益受到关注。

内燃机在工作过程中因受到多种激励的作用而产生复杂的振动,为更好地了解内燃机的振动,从而掌握内燃机的工作状况,针对内燃机部件振动、结构振动、轴系振动和整机振动的振动测试系统、信号处理技术和振动控制技术在不断地发展,其目的是能更精确地反映内燃机振动的真实情况,为内燃机的完善提供明确的指导方向。

本文旨在系统地阐述和内燃机振动相关的现有成果,分析现有方法的特点,以及展望内燃机振动问题的研究前景。

1 内燃机振动产生的机理及振动类型1.1 振动产生的机理由于内燃机的工作过程中存在着多种激振力,导致了内燃机的振动。

这些激振力可分为由于燃烧发生的直接激振力和由于发动机机械工作发生的间接激振力。

只要内燃机运动,本身就存在的激振力,称之为直接激振力,它包括:气缸内的气体压力(燃烧力)、曲柄连杆机构的重力及其惯性力。

在直接激振力作用下,而再次激发的力,称之为间接激振力,通常有活塞敲击、正时齿轮、气门系及燃油喷射系振动。

由于激振力的耦合,导致内燃机的振动具有频带宽、形态复杂、非平稳等特点。

1.2 振动类型内燃机的振动类型通常按照研究重点的不同划分为结构振动、部件振动、轴系扭转振动和整机振动。

1.2.1 结构振动和部件振动结构振动主要是指实际上具有弹性的内部结构部件,如活塞、连杆、曲轴、机体等,在燃烧气体力和惯性力作用下所激起的多种形式的弹性振动,它是诱发内燃机燃烧噪声和活塞敲击噪声的根源。

内燃机的部件很多,它们的振动形式更是多种多样,最常见的是配气系统振动和缸套振动。

前者会破坏气门的正常工作,后者将引起缸套的穴蚀。

就进排气管的气流震荡是部件振动的另一种形式,它对进排气过程乃至内燃机的整个工作性能都有较大的影响。

郭智威[1]对比了不同缸套表面处理对柴油机机体振动的影响,指出缸套表面规则凹坑处理有利于降低机体振动。

郭文勇[2]研究了柴油机缸套磨损故障的机体振动监测,得到结论,当缸套间隙正常或中等磨损时,机体振动的增长速度较慢;严重磨损时,振动特征参数值明显增大;如果缸套处于破坏性磨损程度时还继续工作,机体振动则呈指数式增长。

上官文斌[3]以汽车排气系统吊耳的垂向动态载荷最小和其静变形量在一定范围内为优化目标,建立了排气系统吊耳动刚度优化模型,测试结果表明,优化后的吊耳刚度能够有效降低车身底板的振动加速度。

周志革[4]利用MSC/NASTRAN软件对汽车排气总管进行了模态分析,发现怠速下发动机的激励频率与排气总管的固有频率耦合,并提出通过改进发动机与排气总管的连接方式来改变排气总管的固有频率,从而达到降低振动的目的。

王继先[5]基于Ansys软件和试验设备对某480型柴油车的排气系统进行了模态试验和谐响应分析,得知排气系统在2阶固有频率处发生了共振,并通过采用优化悬挂位置点的方法对排气系统进行了改进,并取得了良好的降噪效果。

刘敬平[6]联合有限元软件与AVL-EXCITE软件,对某轿车排气系统进行了模态与强迫振动分析,为排气系统的空间走向和结构设计提供了强有力的依据。

1.2.2 轴系扭转振动曲轴系统的振动是引发内燃机振动的重要因素。

由于曲轴上作用有大小、方向都周期性变化的切向和法向作用力,曲轴轴系将会同时产生弯曲振动和扭转振动。

因为内燃机曲轴一般均采用全支承结构,弯曲刚度较大,所以其弯曲振动的自然频率较高。

虽然弯曲振动不会在内燃机工作转速范围内产生共振,但它会引起配套轴系和机体其它部件的振动,是内燃机的主要噪声源。

对扭转振动而言,由于曲轴较长,扭转刚度较小,而且曲轴轴系的转动惯量又较大,故曲轴扭振的频率较低,在内燃机工作转速范围内容易产生共振,如不采取预防措施,轻则引起较大噪声、加剧其它零件的磨损,重则可使曲轴折断。

因此,扭转振动是内燃机设计过程中必须考虑的重要因素。

对于船用内燃机来说,由于其行程长,行程缸径比达4左右,使曲拐的纵向刚度大大降低,不但使曲轴轴系纵向自振频率下降,而且由法向力所致的纵向激励也大大增加,增大了在工作转速范围内发生共振的概率和共振烈度,因而近年来对船用内燃机曲轴轴系的纵向振动相当重视。

但这个问题主要反映在较大型的内燃机中,对于行程缸径比较小的中小型内燃机,纵向振动并不是一个大的问题。

(1)计算模型由于曲轴的结构和受力情况都比较复杂,在计算曲轴轴系的振动特性(振型、固有频率等)时,一般都要将轴系简化为比较简单的力学模型,以便求解。

从已有的研究看,用作振动计算的曲轴轴系模型可分为两大类:一类是轴系质量经离散化后集总到许多集中点的集总参数模型,另一类是轴系质量沿轴线连续分布的分布参数模型[7]。

集总参数模型把内燃机轴系抽象转换为由若干只有转动惯量而无弹性的刚体,以及一些只有弹性而无转动惯量的轴段组成的离散系统。

转换的前提是转换前后动力学特性是相近的,即保持轴系的自振频率、动能和位能相等,是轴系振动计算中最早使用的力学模型[8~12]。

集总参数模型的优点是物理概念清晰,使用简单,计算方便。

但因该模型过于简化,当需要对曲轴精确计算时,其精度就显得有限。

在分布参数模型中,轴系的质量沿轴线连续分布,因而比集总参数模型更接近于实际。

目前除对曲轴实体直接进行剖分作为有限元计算模型以外,还有框架模型和阶梯轴模型两种分布参数模型。

Bargis[13]、李惠珍等[14]在用有限元法计算曲轴振动时,以圆截面直梁代表主轴颈和曲柄销,以变截面矩形梁代表曲柄臂和配重,建立了框架模型。

Okamura[15]仍以圆截面梁代表主轴颈、曲柄销,但把曲柄臂和配重处理成简单的矩形梁,建立了框架模型。

框架模型用具有规则形状的连续实体代替曲轴的不同结构部分,并保持了曲轴原有的基本形状,因而用该模型进行曲轴振动分析具有较高的计算精度。

减少集总参数模型离散化误差的另一种方法是将轴系等效处理成连续的阶梯轴模型。

Nadolski[16]、郝志勇等[17]在用弹性波传播理论求解内燃机曲轴轴系扭振问题时采用了阶梯轴模型,将活塞连杆机构的附加质量分配到两曲柄臂上,而将单位曲拐简化为一组同心的阶梯轴。

阶梯轴模型因具有连续的质量分布,故可以考虑分布参数对轴系振动特性的影响,也便于采用不同的数学方法计算。

和集总参数模型相比,该模型可以有高的计算精度。

(2)计算方法对于上述计算模型,常用的计算方法有:机械阻抗法、传递矩阵法、模态分析法、有限元法、弹性波传播法。

机械阻抗法源于电学系统的网络理论,是目前应用较为广泛的一种进行机械结构动态分析的方法。

机械阻抗是描述系统输入和输出之间关系的一个非常重要的物理量,它只与系统本身的特性参数有关,与激励力的类型和大小无关。

只是在不同类型激励力作用下它的表达形式不同而已,量值并不改变。

知道了系统的机械阻抗和激励就可以通过简单的代数运算得到系统的响应,而不需要求解系统的运动微分方程。

孔敬之[18]对比利用Ansys有限元方法与机械阻抗法对内燃机曲轴系统自由振动的固有频率,验证了使用机械阻抗建模法的正确性。

传递矩阵法的基本思想是把一个整体结构系统的力学分析问题转化为若干单元或子结构的“对接”与“传递”的力学分析问题。

具体来说,就是先将系统分解为若干个具有简单力学特性的二端单元,经过受力分析建立单元一端由广义位移和广义力组成的状态向量与另一端对应的状态向量之间的数学联系(即传递矩阵方程),从而得到单元的传递矩阵;然后再将各个单元连接起来,得到系统的传递矩阵及相应的矩阵方程;最后利用边界条件进行系统的固有振动分析,进而进行强迫振动响应的求解。

传递矩阵法非常适合进行工程实际中具有链式分布特征的结构系统的振动分析和计算。

用传递矩阵法进行振动计算的优点是不会因单元的增加而影响传递矩阵的阶次,即矩阵的维数不随系统自由度的增加而增加,且各阶振型的计算方法完全相同。

因而计算简单、编程方便,计算时所需的内存少、耗用机时短,被广泛地应用于曲轴振动问题的分析与研究中[19~21]。

但这种方法在分析自由度较多的复杂轴系时,由于传递矩阵的误差积累,使计算精度下降,因此高阶频率的计算精度较低。

有限元法的基本思想是将连续体(弹性体)系统离散成有限多个单元组成的多自由度系统进行近似求解,即将复杂结构分割为若干彼此之间仅在结点处相互连接的单元。

每一个单元都是一个弹性体。

为了保证单元之间的连续性,插值函数通常由结点处的位移来表示。

有限元法涉及的主要近似解法有变分法、Rayleigh-Ritz法、权重余项法等。

对于振动分析,主要以Rayleigh-Ritz法为主,它实际上是一种基于拉格朗日方程的能量法,目前大型有限元分析软件(如Ansys、NASTRAN以及ADINA)在进行结构的振动分析时大多依据该方法进行求解。

由于有限元法对研究对象直接进行离散处理,能较真实地模拟曲轴的复杂形状,是目前公认的精度最高的计算方法。

模态分析法就是利用模态振型矩阵(对于多自由度系统而言)或模态振型的线性组合形式(对于连续体系统而言)进行模态坐标变换,将系统振动微分方程中的物理坐标变换为模态坐标,使方程解耦,成为一组以模态坐标和模态参数描述的独立方程,可以像单自由度系统那样求出系统的模态响应,进而得到系统再物理坐标下的响应。

该方法不仅可以对系统进行理论分析,还可以针对实际工程结构进行试验模态分析,通过实测轴系振动的传递函数[22,23],得到系统振动模态参数(包括固有频率、振型、阻尼、模态惯量、模态刚度等)。

弹性波传播法的基本思想是:轴系的扭转振动是由于扭转弹性波沿轴向传播引起的。

弹性波以行波形式沿轴线的正向和反向传播,当其中之一经反射或延时后与另一行波相遇,若相位合适,两者将叠加成为驻波,引起扭振。

该方法可以用来分析连续参数分布边界、瞬态边界条件的曲轴轴系的瞬态响应、稳态响应及其它振动特性。

由于解题过程中仅需求解线性方程组,因此其计算量较小,是一种精确、快速的振动分析方法。

Nadolski[16]、郝志勇[17]等将弹性波传播理论应用于曲轴轴系振动问题的分析。

1.2.3整机振动整机振动的激振力为各曲柄连杆机构产生的惯性力和力矩,以及往复惯性力和气体力引起的倾覆力矩。

严重的整机振动会降低内燃机的使用寿命、工作效率和可靠性,损坏各种连接管道,并对周围环境产生振动噪声污染。

由此引起的环境振动,不但恶化其它设备、仪表的工作条件,并且对工作人员和乘客产生不良影响。

研究整机振动的目的是为了考察弹性支撑或隔振器的性能,研究环境对内燃机振动的影响。

整机振动强度是内燃机总体振动品质的反映,它包含有关于内燃机设计性能好坏、制造水平高低、机器状况及其变化等丰富的信息。

张保成[24]针对某V型90°夹角的6缸车用发动机,将发动机整机振动分析和控制工作与发动机的研制过程紧密结合,通过惯性力系平衡分析、振动激励力特性分析、悬置系统优化设计、悬置元件与悬置系统工程化设计等,实现了该V6发动机整机振动的工程化最优控制。

相关文档
最新文档