曲轴扭转—纵向耦合振动分析[1]
曲轴轴系的扭转振动讲解
I12 k1,2 1
1
1
I 2 2
0 k1,2 1
I1 I2 k
I1I2
2、双质量扭振系统
A1
A1 I1
A2
I2
A2
结点
3、多质量扭振系统
4、三盘解例
4、三盘解例
设3盘的直径为1m，质量分别为500kg, 1000kg和1500kg。L1=L2=75cm， d=12cm，材料的剪切模量 G=8×109N/m2
相当于在强迫振动的基础上，叠加有阻尼的自由振动。
h
B
h
2
2 p2 2 4n2 p2
1
p
2
2
2n
2
p
2
2n p
2np arctan
2 p2
arctan
1
p 2
2n
B B0
,
B0
h
2
1
1
p
2
2
2
p
2
p
arctan
1
p
2
强迫振动的幅频特性和相频特性
第四节 曲轴轴系的扭转振动
• 曲拐作用力大小和方向变化 • 阻力矩的变化
产生曲轴的扭转振动和弯曲振动。
曲轴的弯曲刚度大，固有频率高，不易产生弯曲振动。 曲轴的扭转刚度小，扭振频率低，易产生扭振。
一、自由扭转振动
1、单质量扭振系统
I k 0
2 0
0
cost
0
sin t
Asin t
二、单质量有阻尼强迫扭转振动
1、单质量有阻尼扭振
阻尼力矩：R －C
I C k 0 2n 2 0
R
Aent sin 2 n2t
高速柴油机曲轴扭转-纵向耦合振动的研究
１ 曲轴 扭 转 纵 向耦 合 激 励
曲轴 的纵 向振 动是 由两方 面激 发 的 ： 用 于 曲 作
量 采 用 传 递 矩 阵 法 来 进 行 轴 系 的 三 维 振 动 分
析 【 。 国 内 ８ ’ ， Ｏ年代 初 期开 始 研 究 船 舶轴 系的 纵
柄销 的法 向力使 曲柄进行 张 缩 ， 为弯纵 耦合 ； 此 曲柄 扭转时 由于 曲柄 臂的弯 曲变 形和 曲柄销 与 主轴颈 的
维普资讯
第２ 卷 第 Ｌ ３ 期 ２００２年 ２月
兵
工
学
报
２ ｏ． ３Ｎ １ Ｆｅ ２ ０２ ｂ． Ｏ
ＡＣＴＡ ＲＭ Ａ Ｍ ＥＮ ＴＡＲＩ Ａ Ｉ
高 速柴 油 机 曲轴 扭 转一 纵 向耦 合振 动 的研 究
舒 歌 群 吕 兴 才
激励 力。 前者 的方 法 其物理 模 型 与数 学模 型有欠 统
一
，
的纵 振会 导致相关 零 件因 较大 的剪切 力疲 劳破坏 而 发 生断裂 ， 乃至 曲轴 本身 的断裂 也与 纵振有关 。（ ） ４ 纵 向振动 会使一 些重 要的 传动 机构 如高压 油泵 齿轮 和配 气正时 齿轮 的相 位 发 生变 化 ， 从而 改变 了 发动 机 的运行 工况 ， 导致 燃 烧 恶 化 ， 害 物排 放 增 加 ， 有 缸
内压力 震荡剧 烈 。
后者 由于 将 纵 振 的 平 衡 位 置 定 义 为 自 由状 态 的 端 点， 而构造 一个 标 量 力 。实 际 上任 何 振 动 都是 矢 量 力综 合作 用 的结果 ， 一方 面 曲轴 的纵 振 振 幅并 不 另 是 自由状 态 的端 点 到 曲轴 收 缩 到 最 大 位 置 间的 距
汽车发动机曲轴纵向振动的研究
汽车发动机曲轴纵向振动的研究摘要：在发动机运转时，柔韧性和周期性的转矩对发动机轴的时刻有曲轴的作用扭转振动。
轴系扭振能承受交变应力，但疲劳的积累就会造成曲轴的突然断裂。
再加上较低的固有频率扭转振动，容易引起共鸣，进而引起大的噪音，它的其他部分磨损加剧，甚至可能发生再次断裂等严重损坏发动机曲轴事故。
安装曲轴扭振减振器是曲轴扭振控制的主要措施，通过对发动机曲轴扭振分析，采用合理有效的方式来设计配套曲轴扭振减振器具有十分重要的意义。
关键词：扭转振动；交变应力；共振；疲劳磨损引言随着近些年来，人们生活水平的不断提高，人均汽车拥有量也不断提升。
同时人们对于汽车的舒适性也提出了较高的要求，而汽车发动机曲轴纵向振动是最影响汽车综合性能的因素，因此通过降低汽车发动机曲轴纵向振动，可以延长发动机的使用寿命。
发动机的纵向振动一般非为两类，一类是由于动平衡失调带来的脉动循环，产生循环往复的惯性力和惯性力矩，引起发动机整体的振动。
另一类是发动机本身在不同工况下工作时，由于力和力矩的波动所带来的扭转振动。
因此改善发动机工作时产生的振动，提高发动机的设计水平具有十分重要的现实意义。
1.研究背景和意义汽车在人们生活中扮演着重要的角色，丰富了人们的生活，方便了人们的出行。
但是汽车却容易因为发动机曲轴纵向振动而产生一些列问题，因此研究发动机曲轴纵向振动具有普遍的现实意义。
经过该轴的扭转振动引起的交变应力，在发动机运转过程中并造成疲劳的积累过程中，最终将建立一轴或多轴系组件联系的突然中断，这突如其来的意外扭转振动也使事故的后果已经严重，往往损失惨重。
此外，由于较长的曲柄轴的扭转刚度较小时，一个大的转动惯量以及在扭转振动容易激发的激励频率范围的扭矩的固有频率范围内，产生共振现象，所以这是一个巨大的动态扭转振动放大，从而引起较大的的噪音，曲轴断裂的其它部分磨损增大将导致再次出现事故和严重的发动机损坏问题。
发动机曲轴的扭转振动系统，不仅影响其自身的动作，将被传递到传动离合器、传动轴、驱动桥，影响其工作寿命，甚至导致各种失效模式。
基于扭转-纵向振动耦合模型的汽车起步颤振分析
基于扭转-纵向振动耦合模型的汽车起步颤振分析栾文博【摘要】文章针对某装备干式AMT小型轿车的起步颤振现象,建立了传动系扭转振动、车辆纵向振动的耦合模型,以车身纵向加速度最大波动值为评价指标,对自激振动机理下起步颤振现象的影响因素进行分析,通过仿真发现:降低离合器摩擦系数随相对滑摩线速度的“负斜率”绝对值可以有效地抑制起步颤振;减小半轴的扭转刚度和整车质量、增大悬架纵向刚度,可以使起步颤振感减弱;并探讨了主动抑制自激颤振的干式离合器控制策略,采用与转速差呈“正斜率”关系的正压力来抵消与转速差呈“负斜率”关系的摩擦系数给传动系引入的负阻尼,以此来达到抑制起步颤振的目的.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】5页(P158-162)【关键词】起步颤振;自激振动;扭转-纵向耦合振动;影响因素分析;主动颤振抑制【作者】栾文博【作者单位】泛亚汽车技术中心有限公司,上海201201【正文语种】中文【中图分类】U463引言汽车保有量的增大、拥堵的交通和复杂的路况使得在市区内行驶的汽车会频繁地处于停车起步状态。
离合器颤振现象就出现在起步过程中，是由于离合器的滑摩作用使汽车传动系发生剧烈的扭转振动[1]，给乘员直观感受主要为整车出现的纵向抖动。
胡宏伟等研究了离合器在接合过程中的抖动及其影响因素，建立了四自由度传动系扭振模型，发现摩擦系数随相对滑摩线速度变化的曲线负斜率和正压力波动会引起和加剧离合器的抖动，通过降低该负斜率绝对值、提高最大静摩擦系数及适当提高传动轴刚度等可以有效降低接合抖动的程度[2]。
周林等针对某MPV车型起步颤振控制措施进行了研究，明确了离合器接合过程转速波动为问题根源，提出加大离合器直径、综合控制分离指端跳和压盘倾斜量工艺制造精度，可有效地解决起步颤振[3]。
吴光强等基于六自由度的传动系扭振模型对起步颤振现象进行了数值仿真，分析了传动系各部分阻尼对抑制起步颤振的影响程度，认为增大半轴和轮胎阻尼可以有效地抑制起步颤振[4]。
扭-纵耦合对曲轴系统固有特性的影响
计人员进行查询而不能主动地传送给设计人员。 提出一种设计知 ［］ ６ 金博 ， 史彦军 ， 滕弘飞． 基于语义理解的文本相似度算法［］ Ｊ． 大连理工
统［３ ３． 计算机科学 ， ０（） ３２ ２ ４６： —８ ０ ２
大学学报 ，Ｏ５ ４ （ ）２ １ ２ ７ ２０ ，５２ ：９ —９ ．
ｍｏ ｅ ｉ ｅｍｏｅ ｉｔｎ ｉｅ ｔｅｒｔｄ ｗ ｒ ｉｇ ａｅ ｈ ｕｄｂ ａ ｅ ｎｏａ ｃ ｕ ｔ ｅ ｓ ｎ ｂｙ ｉ ｈ ｅｉｎ ｄ ｓｗ ｌ ｂ ｒ ｎｅ ｓｖ ， ａｅ ｏｋｎ ａｓ ｏ ｌ ｅ ｔｋ ｎ ｉｔ ｃ ｏ ｎ ａ ｏ ａ ｌ ｎｔｅ ｄ ｓｇ ， ｌ ｈ ｒ ｒ
图 ３工作流驱动知识 主动推送 的缓速器设计
信息 ，０９２ （） ２３． ２０ ， ２： —４ ５ ３ ［］ ３ 邓小林 ， 刘夫云． 基于复杂网络的产品变型设计方法 ［］ Ｊ． 机械科学 与技
６结论
型设计 中的应用进行 了广泛的研究 ， 目前知识 常常是被动地 由设
术，０ ９２ （ ） ０ — ０ ． ２ ０ ，８４ ： ５ ５ ９ ５ ［］ ４ 刘晓冰 ， 杨春立． 基于设计仓库的产品设计知识管理方法研究［］ Ｊ． 计算 随着知识在变型设计 中 变得越来越重要 ，人们对知识在变 机集成制造系统 ，０ ５ １ （ ） ３ — ３ ． ２ ０ ，１６ ： １８ ５ ８ ［］ ５ 张晓刚， 李雄锋 ， 李明树． 一个面 向软件过程改进 的知识挖掘与管理系
曲柄的弯扭耦合振动方程 ， 利用数值方法分析了系统 的非线性动
力学特 陛。上述文献均侧重于研究扭一 纵耦合对曲轴系统强迫振
动的影响 ， 而扭一 纵耦合对 系统 自由振动的影响未作深人研究。 建 立了曲 轴扭转一 向 纵 耦合耦合振动数学模型 ， 通过数值仿真分析
扭-纵耦合对曲轴系统固有振动特性的影响
向高强化 、 高速化和大扭矩化方 向发展 ， 曲轴 的扭转一 纵
向耦 合 更加 显著 ， 导致 柴油 机 振动 和 噪声加 剧 ， 塞连 杆 活
偏离汽缸中心 、 汽缸等相关零件磨损加剧。因此 ， 曲轴扭
转一 向耦 合 振动 的研 究具有 重要 的实 际意 义 。 纵
字木交 ｉ 赢
理论 ， 研发 ，殳 ， ．计 嗣造
扭一 合对曲 纵耦 轴系统固 有振动 特性的 影响
李 同 杰 王 娟 杨 金 龙 ， ，
１ ． 安徽科技学院 工学院， 安徽 Ｎ Ｐ ２ ３ ０ ；． 州华美坑 口环保热 电有 限公司 ， Ｂ ３ １ ０２徐 江苏 徐州 ２ １４ ２１ １
摘 要 ：利用集总参数法建立了曲轴扭转 一 纵向耦合振动数学模型 ， 应用该模型分析了耦合作用对曲轴系统固有特性的影 响。数值计算结果表明： 一 扭 纵耦合振动能够改变曲轴系 统的固有频率， 临 使鞫 界转速降 ， 低 并产生一些新的耦合振型。 关键 词 ： 曲轴 ； 扭转振动 ； 向振动 ； 纵 耦合 ； 固有频率 ； 型 振 － ≯ 中图分类号 ：Ｈ ． Ｔ ４ ３ Ｔ １３Ｉ Ｋ １ ． １ ； ３ － 文献标识码薯 Ａ 文章编号：０ ２ ２ ３ （ ０ ８ １ — ０ ８ ０ ｉ０ — ３ ３ ２ Ｏ ）１ ０ ２ — ３
Ｅｆｌ ｔ ｆＣｏ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｌ ａ ｉｌＶｉ ｒ ｔｏ ｎ ｔ ｅ Ｎａ ｕｒ ｌＣｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆＣｒ ｎ ｓ ａ ｔ ｆｃ ｓｏ ｕ ｌ ｄ Ｔ０ ｓｏ ａ— ｘ ａ ｂ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｔ ａ ａ ａ ｔｒｓｉｓｏ ａ ｋ ｈ ｆ ｅ
ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ｒ ｎ ｓ ａｔｓ ｓｅ ，ｄ ｃ ｅ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｐ ｅ ｎ ｅ ｅ ａ ｅ ｓ ｍｅ ｎ ｗ ｃ ｕ ｌ ｄ ｍｏ ｅ ． ｒ ｑ ｅ ｃ ｆ ａ ｋ ｈ ｆ ｙ ｔｍ ｃ ｅ ｒ ａ ｅ ｉ ｃ ｉ ｃ ｌｓ ｅ ｄ ａ ｄ ｇ ｎ ｒ ｔ ｏ ｅ ｏ ｐ ｅ ｄ ｓ ｓ ｔ Ｋｅ ｒ ｓ ｒ ｎ ｓ ａｔ ｔ ｒ ｉ ｎ ｌ ｉ ｒ ｔ ｎ ａ ｉｌｖ ｂ ａ ｉ ｎ ｃ ｕ ｌ ｇ ｎ ｔ ｒ ｌ ｒ ｑ ｅ ｃ ； ｄ ｙ ｗｏ ｄ ：ｃ ａ ｋ ｈ ｆ ｏ ｓｏ ａ ｂ ａ ｉ ； ｘ ａ ｉ ｒ ｔ ； ｏ ｐ ｉ ； ａ ｕ ａ ｅ ｕ ｎ ｙ ｍｏ ｅ ； ｖ ｏ ｏ ｎ ｆ
发动机曲轴的扭转振动分析
发动机曲轴的扭转振动分析作者：张震来源：《青年与社会》2014年第23期【摘要】曲轴的振动是影响内燃机生产、设计、制造和使用中的一个很重要因素。
曲轴的振动本质上是三维形式的振动，随着人们对曲轴振动的认识和要求，不仅扭转振动是人们研究的主要内容之一，弯曲振动、纵向振动也是研究的重要内容。
曲轴振动不但和引起振动的激励有关，而且和曲轴系的动态特性密切相关。
文章针对内燃机轴系扭振的危害、产生机理和实验与理论的建立过程及实验与理论结果的比较，以及改善扭振的方法，等方面进行了较为全面的阐述，为认识内燃机轴系扭振提供了较为全面的参考信息。
【关键词】内燃机；曲轴；扭振一、曲轴扭转振动原因简析内燃机曲轴装置之所以产生扭转振动，其内因是曲轴本身不但具有惯性，而且还有弹性，由此确定了曲轴本身固有的自由扭振特性。
而其外因则是作用在曲轴上周期性变化的激振力矩，例如：大爆发压力的活塞惯性力、曲柄连杆机构的惯性力和重力、附件的不规则阻力矩和外界反作用力，这些力矩是曲轴产生扭振的能量来源，只要机器在运行，这些激振力矩就存在，强迫扭振就持续发生，使得曲轴在运转时产生剧烈的振动。
激振力矩的频率、幅值等都对强迫振动的振幅起到极其重要的作用。
曲轴按照激振的频率进行强制振动，当激振频率与曲轴本身的固有频率相同时，就会产生共振。
当扭振应力超过轴系所能承受的应力时，曲轴将产生断裂。
所以控制曲轴扭转振动是内燃机工作者的工作重点之一。
燃机工作时，可燃混合气在气缸内燃烧。
由于燃烧时火焰传播速率很快，气缸内产生压力波的冲击与叠加，因此在上止点附近产生很高的爆发压力（压缩点火式发动机的最大爆发压力约90～160个大气压；火花点火式发动机的最大爆发压力相对小一些）和压力升高率（压缩点火式发动机的压力升高率约4～10个大气压/曲轴转角）。
这些高频大幅振荡的压力波作用在活塞顶面和气缸上，因而产生燃烧噪声和轴系与发动机整机的振动。
由于燃烧过程是周期性的，每循环气缸压力变化曲线可以用一系列不同振幅和相位的正弦波叠加合成。
汽车发动机曲轴扭转振动分析及控制(1)
- I -
重庆大学硕士学位论文
ABSTRACT
Due to the more stringent legislations of vehicle noise and emission as well as the increasing expectation by the consumers, researches on the noise, vibration and harshness (NVH) have become more important in recent years. The traditional cranktrain torsional vibration analysis method is time consuming and needs a lot of experiments to validation in order to gain the high accurate results. The new method which combines finite element method (FEM) and multibody system simulation (MSS) appeared as an alternative choice. This new method has changed the engine design process greatly by employing simulation technique instead of costly experiments (TEST CELL). This paper lucubrated the approach of modeling engine cranktrain MSS simulation model, the analysis model with flexible crankshaft ,flexible con rod and engine block is implemented. The dynamic vibration behavior of cranktrain is obtained after vibration characteristic analysis. Furthermore, the complete dynamic behavior is achieved through forced torsional vibration analysis. On the basis of analysis result, this paper designed torsional damper and optimized the basic parameters of cranktrain. The general rules of structure modification’ s influence on system vibration behavior is researched and simula的研究现状
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 。
汽车发动机曲轴扭转振动分析及控制
汽车发动机曲轴扭转振动分析及控制社会经济在进行着快速的发展中，人们对于汽车的使用量也在逐渐的增加，我国对于汽车建设中是要求也越加严苛。
在汽车公司进行汽车设计的过程中，对于发动机及行驶中的稳定程度越加重视。
汽车发动机曲轴扭转振动是汽车公司在对于发动机研究中的热点课题。
本为对于发动机的曲轴扭转技术进行较为全面的分析。
标签：曲轴系；扭转振动；优化设计0 前言增加对于汽车发动机的振动分析与控制，在一定程度上面可以将汽车的内部结构进行优化，增加发动机的使用时间与汽车行驶过程中的稳定性能。
曲轴扭转是发动机在工作过程中的主要部件，性能的好坏将直接对于汽车的整体性能进行影响。
本文主要对于汽车中的曲轴扭转振动进行分析研究，这项研究是十分具有实际意义的。
1 汽车发动机曲轴扭转振动系统理论分析1.1 ADAMS多刚体动力学理论ADAMS动力学理论主要使用坐标方程式进行汽车在行驶中的发动机系统的分析。
在ADAMS动力学理论中，将动力系统内的关性参考系中的坐标与方位坐标进行标注，并使用相对应的数学方程式进行多余坐标的约束，进而将已经标注的坐标进行变量。
在对于动力学的分析过程中，使用数学方程式可以将计算的效率进行大幅度提升。
1.2 ADAMS多柔体动力学理论在进行汽车生产建设中，在机械系统中已经广泛使用柔性材料，是生产设备运行中速度较快，但是运行的精度也在不断的提升，设备内的动力学性能变得更加繁琐。
刚性研究体系已经不能满足对于动力学的研究，因此柔体动力学理论就在这种情况下产生。
这种研究体系一般情况下是以刚性动力学体系作为参照依据，在对于柔体的研究中进常采用不同的处理形式。
在一定程度上面刚性与柔性的个、动力学体系进行共同使用，可以对系统中的动力学进行更加全面的认识[1]。
2 曲轴动力学研究模型2.1 三维几何模型三维几何模型可以将曲轴系统的中每个零件间的关系进行清晰的展示。
按照零件的规格与参数，利用相对应的三维软件就可以建立相对应的三维几何模型。
曲轴扭振分析综述
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。
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。
基于GTCrank的柴油机曲轴扭转振动分析
0引言曲轴系是典型的弹性轴系统，它由曲轴和与之相连的运动部件组成。
在柴油机工作过程中，曲轴伴随着扭转、弯曲等各种形式的振动，所以在柴油机固有工作频率范围内，轴系将可能产生共振，从而导致曲轴出现扭转、弯曲等疲劳破坏。
因此，为了在曲轴研发过程中提高产品的可靠性和寿命，我们必须研究并掌握曲轴在工作过程中的振动规律以及载荷的变化规律。
梁兴雨以曲轴系统有限元分析为基础，通过建立由多个自由度组成的发动机刚柔耦合多体动力学系统模型，对构成主要柔性体的曲轴系统进行了扭振响应分析[1]；董俊红通过虚拟样机技术对3缸机的扭振特性与扭转控制进行了深入解析与研究[2]；上官文斌分析了曲轴系统的固有频率和在气缸压力的作用下曲轴前端的扭振[3]。
目前国内外学者对曲轴的研究主要集中在振动特性分析等方面，对于应用虚拟样机技术动力学建模和扭转振动分析的研究相对较少。
本文以4B3.9-G2型柴油机曲轴轴系为分析对象，利用GT-Crank 软件建立该柴油机轴系多刚体动力学模型，并在此基础上进行扭振和整机振动仿真分析；最后调整影响曲轴扭振的相关因素后再次模拟，并对比分析所得结果。
1动力学虚拟样机的建立定义基本模型是多刚体模型建模的首要步骤，我们必须按照软件的要求输入刚体的参数。
柴油机曲轴的设计首先通过查阅相关设计手册大致了解整个设计的步骤，在给定的原始参数和用途等要求的基础上初步确定总体的设计方案。
为了提高曲轴的疲劳强度，保证曲轴的额定寿命在6000~10000小时，需采用合适的材料和工艺方法[4]。
本次设计为4缸直列式柴油机选用整体式全支撑曲轴，结构简图如图1所示。
图1四缸柴油机曲轴简图曲轴模型包括主轴颈、曲柄以及曲柄销三个模块，是柴油机曲轴轴系虚拟样机模型中最核心的一部分。
GT-Crank 软件中，是根据气缸数量将曲轴分段来建立曲轴模型的。
每段曲轴分为主轴颈、两段曲柄、一段曲柄销。
注意曲轴各个部分前后连接的前后顺序，不同的端口对应不同的零部件和作用，如图2所示。
曲轴扭转纵向耦合振动分析
曲轴扭转 ν 纵向耦合振动分析Ξ
李辉光 , 孙启国
(兰州交通大学 系统分析与集成研究所 ,甘肃 兰州 730070)
摘 要 :分析了曲轴的扭转 ν 纵向耦合振动机理 ,建立了基于集总参数模型的曲轴扭 ν 纵耦合振动数学模型. 应用该 模型对曲轴扭 ν 纵耦合振动进行了数值仿真. 结果表明 :耦合作用会使振动加剧 ,但其倍频扭振响应可以忽略 , 而且 通过改变扭振固有频率和纵振固有频率可对耦合作用进行调整. 关键词 :曲轴 ;扭转振动 ;纵向振动 ;耦合 中图分类号 : TH113. 1 ; TK413. 31 文献标识码 :A
表 1 激振力矩作用下的振幅
Tab. 1 Vibration amplitude with exciting torque
扭振 (同频)
纵振 (同频)
纵振 (倍频)
/ 10- 3 rad
/ 10- 5m
/ 10- 5m
5. 0
32
35
3. 8
8. 05
9. 4
3. 4
2. 86
3. 38
109
扭振 (倍频) / 10- 5 rad 45 4. 06 0. 58
3 数值仿真计算
为验证曲柄的扭纵耦合机理以及本文所述模型 的可行性 ,对单位曲柄模型进行了数值仿真. 单曲柄 扭纵耦合模型如图 1 所示 ,取计算参数为 kt = 3. 0 × 105 N ·m ·rad- 1 , kz = 1. 6 ×107 N ·m- 1 , m = 3 kg , I = 1 kg ·m2 ,扭纵耦合刚度系数 δ = 0. 02 , kzt = δkz , 扭 转 阻 尼 和 纵 向 阻 尼 分 别 为 dt = 0. 08 mω (N ·m ·s ·rad- 1) 和 dz = 0. 05 Iω( N ·s ·m- 1) 进 行仿真 , 其中 ω为曲柄旋转速度. 分别在激振力矩 T = 150sin510 t 和激振力 F = 150sin510 t 的作用 下 ,改变扭纵耦合刚度系数得到振动响应的幅值如 表 1 ,2 所示.
高速柴油机曲轴扭转_纵向耦合振动的研究
第23卷第1期2002年2月 兵工学报ACTA ARMAMEN TARIIVol123No11Feb1 2002高速柴油机曲轴扭转—纵向耦合振动的研究3舒歌群 吕兴才(天津大学机械工程学院,天津,300072)摘要 本文研究了高速柴油机轴系的扭转—纵向耦合振动的机理和计算方法。
分析了高速车用柴油机曲轴耦合振动的机理,建立了多质量模型的扭转及扭—纵耦合振动相结合的矩阵方程,并分析了其解析方法。
采用新设计的三维振动测量装置对某直列六缸柴油机曲轴自由端的纵振进行了实际测量,与计算结果相比吻合。
说明本文提出的分析高速车用柴油机曲轴扭—纵耦合振动模型是合理可行的。
关键词 高速柴油机;曲轴;扭转—纵向耦合;振动中图分类号 T K42116 对内燃机曲轴纵向振动始于30年代,但当时并未引起内燃机行业的重视。
到60年代初期,纵振才引起人们的注意,并开始对扭纵耦合的算法进行研究。
到80年代随着计算机技术的迅速发展,开始大量采用传递矩阵法来进行轴系的三维振动分析[1,2]。
国内80年代初期开始研究船舶轴系的纵振,取得了很大的进展[3～5]。
近年来,随着车用柴油机朝着高强化、高速化、大扭矩化方向发展,使得气缸的爆发压力急剧上升,因此曲轴的扭转纵向耦合有加剧的趋势。
曲轴的纵向振动一般有如下危害:(1)它会激发发动机表面及其附件的振动,从而会使整机的噪声声压级升高。
(2)曲轴的轴向窜动过大会使活塞连杆总成偏离汽缸中心,使活塞侧击敲缸,气缸磨损加剧。
(3)曲轴的纵振会导致相关零件因较大的剪切力疲劳破坏而发生断裂,乃至曲轴本身的断裂也与纵振有关。
(4)纵向振动会使一些重要的传动机构如高压油泵齿轮和配气正时齿轮的相位发生变化,从而改变了发动机的运行工况,导致燃烧恶化,有害物排放增加,缸内压力震荡剧烈。
长期以来,对车辆发动机人们更加关注曲轴的扭转振动。
近年来人们开始重视曲轴的弯曲和纵向振动,并采取了相应的减振措施。
本文以某直列六缸柴油机轴系为研究对象,探讨适合于车用柴油机 2001年3月收稿,2001年12月定稿。
发动机曲轴系统扭转振动分析
（ ４）
’ Ｔ（
ｗｔ）
＋∞
＝Ｔｎ ｅｊｎｗｔ＝ －∞
１ ２
∞
ａ０＋ （ ａｎｃｏｓｗｔ＋ｂｎｓｉｎｎｗｔ）
ｎ＝１
（ ５）
式中， Ａｐ 为活塞面积； Ｐｇ 为筒内压力； ｒ 为曲轴半径； ｍ 为等价往复运动部分质量； ｌ 为连杆长度； ω为曲
轴 角 速 度 ； ａ０、ａｎ、ｂｎ 分 别 为 傅 里 叶 系 数 ； θ为 角 位 移 振幅。
Ｔ１ Ｔ２ Ｔ３ Ｔ４ Ｔ５ Ｔ６
Ｊｐ Ｊｄ
Ｊ１
Ｊ２
Ｊ３
Ｊ４
Ｊ５
Ｊ６
Ｊｆ
Ｋｄ Ｋ１ Ｋ２ Ｋ３ Ｋ４ Ｋ５ Ｋ６ Ｋ７
Ｃｄ
Ｃｅ Ｃｅ Ｃｅ Ｃｅ Ｃｅ Ｃｅ
图 ３ 曲轴系统扭转振动的计算模型
图 中 ， Ｃｅ 为 发 动 机 的 粘 性 阻 尼 系 数 ； Ｃｄ 为 减 振 器的粘 性 阻 尼 系 数 ； Ｋｄ 为 减 振 器 的 扭 转 刚 度 ； Ｔ１～Ｔ６ 分别为作用在各曲柄半径上的激振力矩 ； Ｊｄ 为减振 器惯性环的转动惯量； Ｊｐ 为三角皮带轮、减振器极板 以及曲轴第 １ 轴颈中心和前端间的转动惯量； Ｊｎ（ ｎ＝ １， …， ６） 为活塞和连接棒的等价转动部分质量以及
７０
Ｋｄ ／ｋＮ·ｍ·ｒａｄ－１ １６０
４ 计算结果和试验结果的比较
图 ５ 和图 ６ 分别为发动机全负荷运行状态下三
角皮带轮和飞轮相对角位移曲轴系统 １．５ 次、３ 次、
４．５ 次、６ 次振动试验结果和计算Fra bibliotek果。５０
３ 次 １．５ 次 ４．５ 次
扭转振幅 ／ｍｍ
４０
３０
２０
６次
１０ １ ０００ １ ２００ １ ４００ １ ６００ １ ８００ ２ ０００
基于EXCITE的曲轴系统扭转振动分析
基于EXCITE的曲轴系统扭转振动分析
基于EXCITE的曲轴系统扭转振动分析
以扭转振动作为优化目标,建立了EXCITE模型,仿真分析了不同飞轮惯量下的轴系扭振的变化规律,然后进行了不同的皮带轮惯量和扭转刚度系数对轴系扭振影响的理论研究,通过选用合理的扭振减振器参数对轴系扭振的影响做了进一步的分析.仿真结果为认识内燃机轴系扭振提供了较为全面的参考信息,对实际工程分析具有一定的指导意义.
作者：岳东鹏石传龙 YUE Dong-peng SHI Chuan-long 作者单位：天津工程师范学院,汽车与交通学院,天津,300222 刊名：天津工程师范学院学报英文刊名：JOURNAL OF TIANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION 年，卷(期)：2009 19(2) 分类号：U464.133 关键词：轴系 EXCITE 扭转振动。