内燃机曲轴轴系振动分析研究的现状讨论与展望-中国科技论文在线.PDF

第 2O卷 (2002)第 5期 内 燃 机 学 报 TransactiOnsOfCSICE Vo1．2O(2002)No．5 文章编号 ：1000—0909(2002)05—0469—06 200099 内燃机 曲轴轴系振动分析研究的现状、讨论与展望 李 震 ，桂长林 ，孙 军 (合肥工业大学 机械与汽车工程学院，安徽 合肥 230009) 摘要 ：评述 了内燃机 曲轴轴系振动研究的力学模型、计算方法、试验方法及近年来 的最新研究动 向 ·讨论 了 目前 内燃机 曲轴轴系振动研究中存在 的问题和不足 。指 出有关曲轴振动与轴承摩擦学的耦合、轴系阻 尼系数的精确确定 以及非线性振动 问题 ，都是 曲轴轴系振动研究中有待进一步深入研究的课题 。 关键词 ：内燃机 ；曲轴 ；振动 中图分类号 ：TK402 文献标识码 ：A 振动计算方法也越来越难以适应 内燃机设计的需要 ， 引言 对曲轴轴系振动问题 的更精确 、更全面 的研究显得 日 内燃机的振动关系到它 的寿命 、工作效率和对周 益迫切 。 围环境 的影 响。曲轴系统的振动是 引发 内燃机振动的 本文 旨在 系统地阐述有关 曲轴轴 系振动的 已有 重要因素 。由于曲轴上作用有大小 、方 向都周期性变化 研究成果 ，并对 目前 曲轴振动研究 中的一些 问题和研 的切向和法 向作用力 ，曲轴轴 系将会 同时产生弯曲振 究发展方 向作一些探讨 。 动和扭转振动 。因为内燃机曲轴一般均采用全支承结 1 内燃机 曲轴轴 系振动分析研究的现状 构 ，弯 曲刚度较大 ，所 以其弯 曲振动 的 自然频率较高 。 虽然 弯曲振动不会在 内燃机工作转速范 围内产生共 1．1 分析计算模型 振 ，但它会 引起配套轴系和机体其它部件 的振动 ，是内 由于 曲轴的结构和受力情况都 比较复杂 ，在计算 燃机的主要噪声源。对扭转振动而言，由于 曲轴较长 ， 曲轴轴 系的振动特性 (振型 、固有频率等)时 ，一般都 扭转刚度较小 ，而且 曲轴轴 系的转动惯量又较大 ，故曲 要将轴系简化为比较简单 的力学模型 ，以便于求解。从 轴扭振的频率较低 ，在内燃机工作转速 范围内容 易产 已有 的研究看 ，用作振动计算的 曲轴轴系模型可分为 生共振 ，如不采取预防措施 ，轻则引起较大噪声 、加剧 两大类 ：一类是轴系质量经离散化后集总到许多集 中 其它零件 的磨损 ，重则可使 曲轴折 断。因此 ，扭转振动 点的集总参数模型，另一类是轴系质量沿轴线连续分 是 内燃机设计过程 中必须考虑的重要 因素 。对 于船用 布的分布参数模型 。 内燃机来说 ，由于其行程长，行程缸径 比达 4左右 ，使 1．1．1 集总参数模型 曲拐的纵 向刚度大大降低 ，不但使 曲轴轴 系纵 向 自振 轴盘模型是轴 系振动计算 中最早使用 的力学模 频率下 降，而且 由法 向力所致的纵 向激励也大大增加 ， 型 ]，如 图 1所示 ，该模型将曲轴轴 系离散成具有集 增大了在工作转速 范围 内发生共振的概率和共振烈 中转动惯量的圆盘 、无质量的弹性轴以及 内部阻尼和 度 ，因而近年来对船用内燃机曲轴轴 系的纵 向振动相 外部阻尼 。其 中各圆盘的转动惯量包括 ：曲柄的转动惯 当重视 。但这个问题主要反映在较大型的内燃机中，对 量 ，活塞 、连杆 的等效转动惯量 ，传