發(fā)動(dòng)機振動(dòng)特性分析與試驗
加入技術(shù)交流群
眾所周知，發(fā)動(dòng)機NVH是個(gè)復雜的概念，包括發(fā)動(dòng)機的振動(dòng)、噪聲以及個(gè)體對振動(dòng)和噪聲的主觀(guān)評價(jià)等?？陀^(guān)地說(shuō)，噪聲與振動(dòng)也相互聯(lián)系，因為發(fā)動(dòng)機一部分噪聲由結構表面振動(dòng)直接輻射，另一部分由發(fā)動(dòng)機燃燒和進(jìn)排氣通過(guò)空氣傳播。除此之外，發(fā)動(dòng)機附件（如風(fēng)扇）也存在噪聲貢獻。本文僅考慮發(fā)動(dòng)機結構振動(dòng)問(wèn)題，即在主軸承載荷、燃燒爆發(fā)壓力和運動(dòng)件慣性力的作用下，對發(fā)動(dòng)機結構振動(dòng)進(jìn)行分析以及與試驗的對比。發(fā)動(dòng)機結構噪聲的激勵源主要包括燃燒爆發(fā)壓力、氣門(mén)沖擊、活塞敲擊、主軸承沖擊、前端齒輪/鏈驅動(dòng)和變速器激勵等，這些結構振動(dòng)又通過(guò)缸蓋罩、缸蓋、缸體和油底殼等傳出噪聲。
發(fā)動(dòng)機結構振動(dòng)分析方法簡(jiǎn)介
圖1 發(fā)動(dòng)機結構振動(dòng)分析方法
1. 動(dòng)力總成FE建模及模態(tài)校核
建立完整的短發(fā)動(dòng)機和變速器裝配的有限元模型；對該有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，通過(guò)分析結果判斷各零件間連接是否完好；通過(guò)分析結果判斷動(dòng)力總成整體模態(tài)所在頻率范圍是否合理，零部件的局部模態(tài)頻率是否合理，若存在整體或局部模態(tài)不合理的情況，需要對結構進(jìn)行初步更改或優(yōu)化。
2. 動(dòng)力總成模態(tài)壓縮
縮減有限元模型，得到動(dòng)力總成的剛度、質(zhì)量、幾何以及自由度信息，用于多體動(dòng)力學(xué)分析。
3. 運動(dòng)件簡(jiǎn)化模型建立
發(fā)動(dòng)機中的部分動(dòng)件不用進(jìn)行有限元建模，可作簡(jiǎn)化處理，形成梁-質(zhì)量點(diǎn)模型，用于多體動(dòng)力學(xué)分析。其中包括：活塞組、連桿組和曲軸及其前后端。
4. 動(dòng)力總成多體動(dòng)力學(xué)分析
在定義了動(dòng)力總成各零部件間連接并且已知各種載荷的情況下，對動(dòng)力總成進(jìn)行時(shí)域下的多體動(dòng)力學(xué)分析，并對得到的發(fā)動(dòng)機時(shí)域和頻域下的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行評判，同時(shí)，其輸出用于結構振動(dòng)分析。
5. 動(dòng)力總成結構振動(dòng)分析
基于多體動(dòng)力學(xué)分析結果，對整個(gè)動(dòng)力總成有限元模型進(jìn)行強迫振動(dòng)分析，得到發(fā)動(dòng)機本體、變速器以及各種外圍件的表面振動(dòng)特性，進(jìn)行評判和結構優(yōu)化。
實(shí)例分析
1. 分析對象
以一款成熟的直列四缸1.5L發(fā)動(dòng)機為平臺，針對其結構振動(dòng)問(wèn)題，對其進(jìn)行結構振動(dòng)CAE分析，并與其臺架試驗結果相比較。發(fā)動(dòng)機的部分參數如下：缸徑75mm，沖程85mm，缸間距84mm，最大缸壓6MPa。
2. 坐標定義
為了便于以后敘述，對動(dòng)力總成進(jìn)行了坐標定義（見(jiàn)圖2）。
圖2 動(dòng)力總成坐標系
整個(gè)動(dòng)力總成包括42萬(wàn)節點(diǎn)和54萬(wàn)單元。其中，缸體、缸蓋和缸蓋罩為六面體單元；油底殼、進(jìn)排氣歧管為四邊形殼單元；變速器及支架為二階四面體單元；其他外圍零件則簡(jiǎn)化為質(zhì)量點(diǎn)，并通過(guò)梁?jiǎn)卧c機體相連。圖3為其有限元模型，模態(tài)分析結果和試驗結果如表所示。
評論