发动机前端附件驱动系统带横向振动计算方法的研究

作     者：蒋金华 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王红民;段耀龙

授予年度：2021年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：前端附件驱动系统 横向振动幅值 边界值求解方法 复模态理论 

摘      要：发动机前端附件驱动(Front End Accessory Drive,FEAD)系统是发动机重要组成部分,由驱动轮、附件轮、传动带、张紧器等元件组成。多楔带在系统工作过程中受到发动机曲轴扭振激励,表现出横向振动、纵向振动、侧向振动等振动及多种振动的耦合形式,其中带的横向振动增大发动机前端的噪声、降低带的寿命、影响FEAD系统的可靠性,对带的横向振动研究具有重要意义。针对FEAD系统,本文开展了如下研究:(1)基于MTS弹性体测试设备、多楔带-轮间滑动摩擦系数试验台、转动惯量试验台完成FEAD系统的参数测试。进行多楔带动、静态性能测试,包括多楔带的弹性模量、动刚度、阻尼系数、弯曲刚度;完成螺旋弹簧自动张紧器的动、静态性能测试;进行多楔带-轮间滑动摩擦系数测试,包括多楔带带楔-楔轮间滑动摩擦系数、多楔带带背-平轮间滑动摩擦系数;搭建三线摆转动惯量试验台架,完成附件轮及转子的转动惯量测试。(2)以一六轮-带传动系统为研究对象,建立了FEAD系统的带-轮耦合振动数学模型,其中多楔带被简化为纵向运动伯努利-欧拉梁,轮被简化为均质刚性圆盘,张紧器被简化为弹簧-阻尼元件;考虑多楔带横向振动与张紧臂旋转振动的耦合效应,张紧器的迟滞特性被简化为等效粘性阻尼,建立FEAD系统参考状态、稳定状态的运动方程;FEAD系统实际的运动状态为在曲轴转速波动的激励下的运动状态,在稳定状态基础上线性化处理得到系统的运动状态方程。(3)求解六轮-带传动系统响应,使用BVP求解方法得到六轮-带传动系统稳定状态数值解,基于奇异摄动理论推导系统稳定状态带横向位移的近似解析表达式;利用伽辽金法将连续形式的带横向振动微分方程离散化;利用复模态理论求解系统运动状态下各带段的横向振动位移。试验测试了该六轮-带传动系统中带横向振动位移和张紧臂摆角波动,对比计算结果与测试结果,验证FEAD系统带-轮耦合振动计算模型及曲轴转速波动下系统动态响应求解方法的准确性。研究输入参数如多楔带弹性模量、弯曲刚度对系统动态响应的影响,为发动机前端轮系布局可靠性提供理论依据。本文研究工作为深入探讨FEAD系统的设计理论和方法提供参考。文中FEAD系统的建模以及动态响应的计算方法,对解决工程中复杂的机械动力学问题有参考价值。