陳小強(qiáng)

摘要：對(duì)某四缸汽油機(jī)進(jìn)行不同頻率的皮帶輪匹配臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試，在發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷加速工況下采集曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)并進(jìn)行扭振分析，結(jié)果表明頻率為340Hz扭轉(zhuǎn)減振皮帶輪滿(mǎn)足對(duì)單諧階扭轉(zhuǎn)角位移和各諧階扭轉(zhuǎn)角位移之和的設(shè)計(jì)要求，且能有效衰減曲軸扭振，因此確定該發(fā)動(dòng)機(jī)匹配340Hz頻率的扭轉(zhuǎn)減振皮帶輪。

關(guān)鍵詞：皮帶輪;扭振;頻率;角位移

中圖分類(lèi)號(hào)：U464.133.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）22-0011-03

0? 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸承受著氣缸內(nèi)混合氣燃燒壓力和運(yùn)動(dòng)部件的慣性力，這些作用力是周期性變化的載荷。作為一個(gè)具有慣性質(zhì)量的彈性系統(tǒng)，曲軸在周期性變化的轉(zhuǎn)矩作用下，各軸段間必然會(huì)發(fā)生周期性扭轉(zhuǎn)振動(dòng)[1]。近幾年隨著發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸朝小型化和高功率的方向發(fā)展，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)則進(jìn)一步加劇[2]，尤其是在某一轉(zhuǎn)速下當(dāng)強(qiáng)迫扭振頻率和曲軸系自身固有頻率相當(dāng)時(shí)，扭振振幅明顯增大，從而產(chǎn)生曲軸共振[3]。共振現(xiàn)象對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作影響很大，輕則前端輪系噪聲增大，機(jī)體振動(dòng)增加，影響整車(chē)舒適性，重則曲軸斷裂，發(fā)生安全事故。

目前車(chē)用汽油機(jī)改善扭振常用方法是在曲軸前端安裝扭轉(zhuǎn)減振皮帶輪，其工作原理是通過(guò)皮帶輪中的橡膠阻尼來(lái)吸收曲軸的扭振能量從而降低振動(dòng)噪聲[4]，因此汽油機(jī)曲軸皮帶輪的匹配設(shè)計(jì)十分重要。

本文基于已有仿真計(jì)算結(jié)果，利用LMS測(cè)試設(shè)備，對(duì)不同頻率的扭轉(zhuǎn)減振皮帶輪進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試，通過(guò)扭振特性分析，為發(fā)動(dòng)機(jī)匹配最佳頻率的減振皮帶輪。

1? 試驗(yàn)測(cè)試

扭轉(zhuǎn)減振皮帶輪由輪轂、橡膠層和慣量環(huán)三部分構(gòu)成，其中慣量環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和皮帶輪頻率會(huì)影響扭振幅值。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，皮帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量保持不變，只改變皮帶輪頻率，以測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)匹配不同頻率皮帶輪時(shí)對(duì)扭振的控制效果，皮帶輪頻率的調(diào)節(jié)一般通過(guò)改變橡膠參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)前期仿真分析和廠家試制，本次試驗(yàn)的四個(gè)皮帶輪設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

測(cè)試所用為某直列四缸1.5T增壓汽油機(jī)，AVL發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪側(cè)與測(cè)功機(jī)輸入軸進(jìn)行固定連接。數(shù)據(jù)采集為西門(mén)子LMS測(cè)試設(shè)備，通過(guò)編碼器采集皮帶輪輪轂的轉(zhuǎn)速信號(hào)，編碼器每轉(zhuǎn)輸出600個(gè)脈沖信號(hào)。編碼器通過(guò)工裝固定安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)前端，同時(shí)保證其與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸同軸，測(cè)試安裝如圖1所示。

測(cè)試工況為發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷勻加速1000-5500rpm，數(shù)據(jù)采集前，應(yīng)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行熱機(jī)，確保發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度、機(jī)油溫度等達(dá)到規(guī)定范圍值，然后再進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)過(guò)程中，LMS測(cè)試系統(tǒng)將編碼器采集的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)計(jì)算成角速度信號(hào)，然后再對(duì)其積分計(jì)算成角位移，最后測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)傅里葉變換將時(shí)域角位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域角位移，從而得到不同諧階的扭轉(zhuǎn)角位移振幅隨轉(zhuǎn)速變化的結(jié)果。

2? 數(shù)據(jù)分析

將測(cè)試數(shù)據(jù)在LMS Test.Lab軟件中分析計(jì)算。由于本次試驗(yàn)對(duì)象為四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，在一個(gè)工作循環(huán)中曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火四次，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的主要諧階為2、4、6、8等諧階。但發(fā)動(dòng)機(jī)2諧階扭轉(zhuǎn)角位移受滾振影響較大，而滾振一般稱(chēng)為零節(jié)點(diǎn)振動(dòng)，其特征為振動(dòng)角位移振幅與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的平方成反比，一般在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速區(qū)域扭振幅值較大，隨著轉(zhuǎn)速的升高振動(dòng)幅值逐漸減小，所以在扭振分析時(shí)應(yīng)剔除2諧階的數(shù)據(jù)，其次10諧階以上扭轉(zhuǎn)角位移較小可忽略不計(jì)，因此本文主要分析4、6、8、10各諧階扭轉(zhuǎn)角位移。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般要求在發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，皮帶輪的單諧階扭轉(zhuǎn)角位移最大值小于0.1°，且各諧階扭轉(zhuǎn)角位移之和最大值小于0.2°，則認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)的扭振可接受，皮帶輪的匹配效果較好。

2.1 單諧階測(cè)試結(jié)果

從圖2-圖5可以看出在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速段，所有皮帶輪的4諧階扭轉(zhuǎn)角位移均較大，這是由于在低轉(zhuǎn)速段受到曲軸滾振的影響，因此在數(shù)據(jù)分析時(shí)應(yīng)忽略4諧階低轉(zhuǎn)速段的測(cè)試結(jié)果。皮帶輪4、6、8和10各諧階扭轉(zhuǎn)角位移最大值及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速如表2所示。

從表2中可以看出1#皮帶輪6諧階、2#皮帶輪4諧階和4#皮帶輪4諧階的扭轉(zhuǎn)角位移最大值均超過(guò)0.1°，不滿(mǎn)足對(duì)曲軸扭振衰減的設(shè)計(jì)要求。3#皮帶輪各諧階扭轉(zhuǎn)角位移最大值都小于0.1°，其中最大為4諧階0.093°，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為4883rpm，避開(kāi)了發(fā)動(dòng)機(jī)常用工作轉(zhuǎn)速范圍，滿(mǎn)足對(duì)皮帶輪扭振單諧階的設(shè)計(jì)要求。

2.2 各諧階扭轉(zhuǎn)角之和

3? 總結(jié)

①對(duì)四種不同頻率皮帶輪的4、6、8和10諧階進(jìn)行扭振分析，340Hz頻率的皮帶輪各單諧階扭轉(zhuǎn)角幅值小于0.1°，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。②331Hz和340Hz頻率皮帶輪各諧階扭轉(zhuǎn)角之和小于0.2°，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。③綜合分析，選擇340Hz頻率皮帶輪作為最佳匹配結(jié)果，且能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭振有很好衰減效果。

參考文獻(xiàn)：

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