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柴油机曲轴轴系非线性振动特性的数值研究

内燃机工程 2009年第3期30卷 65-69页

作者：朱向哲袁惠群辽宁石油化工大学机械工程学院抚顺113001 东北大学机械工程与自动化学院沈阳110004

考虑了轴系的变转动惯量、活塞与气缸间的非线性干摩擦和非线性弹性恢复力等因素,建立了柴油机轴系非线性动力学模型。利用数值积分法研究了非线性阻尼和转速等参数对柴油机轴系系统响应的影响。通过系统响应的时域波形图、幅值谱图、... 详细信息

考虑了轴系的变转动惯量、活塞与气缸间的非线性干摩擦和非线性弹性恢复力等因素,建立了柴油机轴系非线性动力学模型。利用数值积分法研究了非线性阻尼和转速等参数对柴油机轴系系统响应的影响。通过系统响应的时域波形图、幅值谱图、相轨迹图,分析了曲轴轴系的周期、拟周期、混沌等复杂的非线性动力学现象。结果表明:变转动惯量和活塞与气缸间的非线性干摩擦对发动机曲轴系统的非线性振动行为具有较大的影响。

关键词：内燃机曲轴轴系干摩擦变转动惯量非线性振动

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内燃机曲轴轴系弯扭耦合非线性振动响应

东北大学学报（自然科学版） 2014年第3期35卷 402-405,414页

作者：梁明轩袁惠群赵天宇蔡颖颖东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学理学院辽宁沈阳110819

建立了内燃机曲轴轴系弯扭耦合运动微分方程,模型中考虑了轴系变惯量、质量偏心和非线性干摩擦阻尼力等因素.采用数值积分法研究了质量偏心和转速对系统非线性动力学响应的影响;将系统微分方程组转化为非线性代数方程组,运用谐波平衡法... 详细信息

建立了内燃机曲轴轴系弯扭耦合运动微分方程,模型中考虑了轴系变惯量、质量偏心和非线性干摩擦阻尼力等因素.采用数值积分法研究了质量偏心和转速对系统非线性动力学响应的影响;将系统微分方程组转化为非线性代数方程组,运用谐波平衡法获得了系统幅频特性.结果表明,谐波平衡法与数值积分法得到的结果吻合较好;气缸与活塞间阻尼会对系统响应振幅产生明显抑制作用;减小曲轴轴系偏心量可以有效地提高曲轴系统运动稳定性.

关键词：曲轴轴系变惯量弯扭耦合非线性振动谐波平衡法幅频响应

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曲轴轴系的动特性分析

内燃机学报 2003年第5期21卷 351-355页

作者：刘永红任工昌王步康张优云西安交通大学润滑理论及轴承研究所陕西西安710049

以4缸内燃机为例,在建立三维装配实体的基础上,采用有限元法对曲轴轴系和机体进行了动特性分析。在建模中充分考虑了实际约束条件,并对关键部件的接触问题做了处理。计算采用系统级的动特性分析方法获得了曲轴轴系的扭转、弯曲、伸缩振... 详细信息

以4缸内燃机为例,在建立三维装配实体的基础上,采用有限元法对曲轴轴系和机体进行了动特性分析。在建模中充分考虑了实际约束条件,并对关键部件的接触问题做了处理。计算采用系统级的动特性分析方法获得了曲轴轴系的扭转、弯曲、伸缩振动及其复合振动,显示出了曲轴轴系和机体各部件振动特性。结果表明该系统的模态密集,频率范围很宽,对于发动机工作过程中产生的宽带激励信号,比较容易引起曲轴轴系的振动。

关键词： 4缸内燃机曲轴轴系动特性分析宽带激励信号曲轴

CVT刚性联接发动机曲轴轴系结构的扭振分析

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重庆大学学报（自然科学版） 2017年第1期40卷 20-29页

作者：张青罗求顺张力邱胜陈朝辉重庆大学汽车协同创新中心重庆400044 长安汽车股份有限公司重庆400023

因非道路车辆的特殊结构和成本限制,提出四缸柴油发动机中采用CVT刚性联接曲轴轴系结构。阐述了该新型结构的特征和工作原理,建立了四缸柴油发动机离合式曲轴计算模型和CVT刚性联接曲轴计算模型。通过曲轴前端实验,证明了所建模型和模... 详细信息

因非道路车辆的特殊结构和成本限制,提出四缸柴油发动机中采用CVT刚性联接曲轴轴系结构。阐述了该新型结构的特征和工作原理,建立了四缸柴油发动机离合式曲轴计算模型和CVT刚性联接曲轴计算模型。通过曲轴前端实验,证明了所建模型和模型参数确定方法的正确性。求解所有计算模型,并对结果进行对比分析。结果表明,CVT刚性联接使曲轴轴系振动波动加大,减振器耗散能增加,各阶共振峰值对应转速低减。对曲轴各拐剪切应力幅度的影响不大,但有高转速工况降低而中低转速剪切应力幅值增加的普遍趋势,CVT端的扭振振幅和剪切应力较大些。综合研究得出结论:非道路车辆低速四缸柴油发动机可以采纳CVT刚性联接曲轴轴系结构。

关键词： CVT刚性联接曲轴轴系扭振测试扭转振动

Hilbert包络功率谱熵的曲轴轴系故障诊断

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噪声与振动控制 2022年第3期42卷 86-91,115页

作者：别锋锋李荣荣彭剑刘雪东常州大学机械与轨道交通学院江苏常州213164 常州大学机械与轨道交通学院江苏省绿色过程装备重点实验室江苏常州213164

曲轴轴系是往复机械传动系统的重要组件之一,其工作状态对整套机械设备的正常工作和使用具有直接的影响。研究针对振动信号分析的曲轴轴系的损伤模式识别问题,提出一种基于Hilbert包络功率谱熵和支持向量机相结合的往复机械曲轴轴系损... 详细信息

曲轴轴系是往复机械传动系统的重要组件之一,其工作状态对整套机械设备的正常工作和使用具有直接的影响。研究针对振动信号分析的曲轴轴系的损伤模式识别问题,提出一种基于Hilbert包络功率谱熵和支持向量机相结合的往复机械曲轴轴系损伤识别方法。基于曲轴轴系损伤机理展开研究,分析曲轴轴系发生故障振动的原因,建立典型的机械故障动力学模型,并通过构建故障模拟与振动测试系统获取曲轴实时振动信号;基于CEEMDAN方法对信号进行分解,选取峭度较大的本征模式分量进行Hilbert包络解调分析获取包络矩阵,计算信号的瞬时包络功率谱熵,可以明显看出曲轴轴系故障表征;最后进一步用SVM完成模式识别。数值模拟与实验结果验证了方法的有效性。该方法对往复机械曲轴轴系早期故障模式的识别具有较好的参考意义。

关键词：故障诊断曲轴轴系 CEEMDAN Hilbert包络谱功率谱熵损伤模式识别

600kW12V发动机曲轴轴系振动固有特性仿真分析

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现代制造工程 2015年第1期 70-73页

作者：罗欣夏绪辉乔沙林严运兵武汉科技大学机械自动化学院武汉430081 武汉杉林计算机辅助工程有限公司武汉430074

利用Hyper Mesh前后处理软件,建立600k W12V发动机曲轴轴系的有限元仿真模型并施加相应的约束,再通过MSC/Nastran解算软件对其进行振动固有特性分析,得出曲轴轴系的前9阶固有频率和振型。根据发动机曲轴轴系前两阶固有频率,计算出其在... 详细信息

利用Hyper Mesh前后处理软件,建立600k W12V发动机曲轴轴系的有限元仿真模型并施加相应的约束,再通过MSC/Nastran解算软件对其进行振动固有特性分析,得出曲轴轴系的前9阶固有频率和振型。根据发动机曲轴轴系前两阶固有频率,计算出其在工作转速内的临界转速,为该发动机的进一步动态优化设计提供依据。实际运行中,避免发动机在这些临界转速下的长期工作将有助于提高发动机运行的平稳性,有效降低发动机的动负荷与噪声。

关键词：有限元分析发动机曲轴轴系固有特性临界转速

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4EC发动机曲轴轴系多体动力学仿真分析

4EC发动机曲轴轴系多体动力学仿真分析

作者：孔丹丹吉林大学

学位级别：硕士

发动机的振动噪声控制越来越受到重视，而发动机曲轴轴系的设计及运作工况对发动机的影响尤为重要。利用有限元法和多体动力学法来分析曲轴轴系的动力学问题以及机体NVH特性，与传统的试验等方法相比，有着显著的优势。本文运用有限元... 详细信息

发动机的振动噪声控制越来越受到重视，而发动机曲轴轴系的设计及运作工况对发动机的影响尤为重要。利用有限元法和多体动力学法来分析曲轴轴系的动力学问题以及机体NVH特性，与传统的试验等方法相比，有着显著的优势。本文运用有限元法和多体动力学仿真相结合，对4EC发动机的曲轴轴系进行多体动力学仿真，考察了主轴承载荷的变化，并在机体的主要螺栓处如正时罩，油底壳，缸盖螺栓等设置主自由度点，考察轴系及机体的性能参数变化对该处输出响应的影响，进而可知其他连接件的激励变化情况，以考察整机噪声的变化情况。本文的主要研究内容有：通过绘图软件，有限元分析软件以及仿真分析软件来建立合理的4EC发动机曲轴轴系多体动力学模型;进行仿真运算，提取其在一个工作周期内各主轴承在实际工况下的载荷，以及机体的主要螺栓处如正时罩，油底壳，缸盖螺栓等的动态响应;通过改变参数，如调整主轴承间的间隙，松开主轴承处的横向螺栓来改变主轴承的模态，以及改变曲轴材料的弹性模量参数来调整曲轴的模态，尤其是当曲轴模态和主轴承模态相近时，来考察各主轴承载荷变化情况，各主要螺栓处的响应变化，进而可以考察整机噪声变化情况。为了在微机计算仿真时能够得到精确的符合实际的结果，在曲轴轴系及机体的模型上要进行一些改动：将曲轴上的斜齿轮，油道孔以及一些小圆角等几何特征删除;机体的悬置、缸盖、油底壳、正时罩等改用RBE2来约束代替。这样就大大简化了模型，缩短了计算时间。其次，在划分有限元网格时，采用结构离散化来处理，即根据曲轴轴系及机体自身的结构特点和受载情况，将其进行划分区域，不同区域内网格的疏密程度以及单元数量都可调节和控制，以保证计算结果能真实反映实际工作状况。然后将生成的有限元模型导入ABAQUS中，进行模态计算，分析模型的固有频率特性。为了减少计算量，要对模型进行模态压缩，在曲轴的主轴颈、曲拐、飞轮端以及减振器端设置RBE2，在机体的主轴承处以及缸套和主要螺栓孔处设置RBE2，通过EXCITE和ABAQUS对模型进行压缩，得到.exb文件，该文件里包含*.DOFT、*.GEOM、*.OUT4、*.KDIC,*.KELM等文件。然后对缩减后的机体进行模态分析，对比其约束模态，以此来验证自由度选取的正确性。运用EXCITE多体动力学仿真，提取了各主轴承的载荷，以及各主要螺栓处的响应曲线;并在改变参数之后，对各主轴承的载荷和螺栓处响应曲线做了对比，得出了轴系及机体性能参数的改变对整机NVH的影响。

关键词： 4EC发动机曲轴轴系曲轴扭振主轴承性能主要螺栓连接点响应

30A-2型星型往复压缩机曲轴轴系设计研究

同方学位论文库评论

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30A-2型星型往复压缩机曲轴轴系设计研究

作者：邹昌利沈阳理工大学

学位级别：硕士

随着国内制造业技术突飞猛进的高速发展,作为提高气体压力或输送气体的机械设备,压缩机被广泛应用于现代工业生产领域,人们对往复压缩机的性能要求也日益提高。在研发阶段控制整机的振动量级和噪声水平,已成为往复压缩机行业追求的重要... 详细信息

随着国内制造业技术突飞猛进的高速发展,作为提高气体压力或输送气体的机械设备,压缩机被广泛应用于现代工业生产领域,人们对往复压缩机的性能要求也日益提高。在研发阶段控制整机的振动量级和噪声水平,已成为往复压缩机行业追求的重要目标。曲轴高速旋转产生的振动是引发压缩机机组共振的重要因素,轴系动力学特性不仅影响着曲轴的使用寿命,而且直接关系到机组的安全性、稳定性。本文以30A-2型星型往复压缩机为研究对象,在理论分析的基础上,采用多体系统动力学和有限元分析法,对星型压缩机曲轴轴系进行振动特性分析研究。主要内容包括:1、对曲柄连杆机构中各运动构件的运动规律进行理论分析,推导机构的运动学模型,确定主副连杆式曲柄连杆机构设计参数与曲柄转角α的函数关系。2、基于动力学理论,利用多体动力学分析软件ADAMS对30A-2星型压缩机主副连杆式曲柄连杆机构进行动力学分析,得到曲轴、连杆和活塞之间力学关系和机构有关的其它动力学参量,并生成轴系受力的动态载荷文件,为下一步有限元分析提供载荷边界条件。3、应用PRO/E软件建立星型压缩机曲轴轴系的实体仿真模型,以有限元理论为指导,应用ANSYS Workbench软件对曲轴轴系进行模态分析,计算曲轴轴系前10阶的模态振型和频率,根据轴系振动情况确定轴系的主要失效形式。此外对曲轴轴系进行瞬态动力学响应分析。通过动态响应结果验证该类型压缩机曲轴轴系有足够的抵抗疲劳破坏强度,从而证明该方法在解决星型往复式压缩机组轴系振动计算方面的有效性。4、基于30A-2型星型往复压缩机整个主副式曲轴连杆系统运动学和动力特性,提出6种普通的四星型压缩机不同的曲柄连杆机构设计方案,对各方案机构进行曲轴连杆的动力学分析和轴系振动特性分析,得到最优设计方案,目的是研究主副连杆式曲柄连杆机构布置方式对星型压缩机轴系的影响,这对于减小星型压缩机运动件的受力和保证曲轴轴系抗疲劳强度具有重要的意义。本文研究成果可以为星型往复压缩机组振动分析提供理论依据,以期为新型压缩机的设计和研发工作提供一些借鉴和参考。

关键词：星型压缩机曲轴轴系多体动力学模态分析瞬态响应分析

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基于集中质量法发动机曲轴系统扭振特性分析

机械设计与制造 2021年第8期366卷 211-215页

作者：刘义付孙瑞霞黄河交通学院河南焦作454000

曲轴的非刚体特性决定了扭转振动是不可避免,在设计中必须要加以考虑的因素。针对某四缸发动机扭转振动特性进行分析,采用集中质量法对曲轴轴系进行扭转振动建模,获取系统的特征方程,分别应用并对比了二自由度和六自由度当量系统方法,... 详细信息

曲轴的非刚体特性决定了扭转振动是不可避免,在设计中必须要加以考虑的因素。针对某四缸发动机扭转振动特性进行分析,采用集中质量法对曲轴轴系进行扭转振动建模,获取系统的特征方程,分别应用并对比了二自由度和六自由度当量系统方法,获取轴系的自振频率和振型,并获取低谐次的共振转速;采用非接触式试验测试,对比曲轴系统试验数据和理论分析数据,获得校准后的发动机轴系扭振计算模型,对比了两种求解模型结果的差异性,并对理论计算结果进行修正。结果可知:二自由度和六自由度当量系统法均可对曲轴轴系的自由振动特性进行分析,二者的误差在4%以内;在发动机的转速范围内,对于该发动机轴系的主谐次和次主谐次,存在多个共振转速,需要设计专门的扭转减振器进行控制;基于扭转振动实验测试,对曲轴轴系的扭转振动模型进行修正,可以显著提高二自由度和六自由度当量系统法获得的轴系自由振动特性的准确性,二者的误差控制在0.5%以内;同时模型分析与试验测试结果基本一致,表明分析模型的可靠性,为实际设计提供重要参考。

关键词：发动机曲轴轴系扭转振动固有特性集中质量法试验