发动机曲轴扭振仿真分析与研究
                                                李〓静,王东方,缪小冬，邓〓伟
                                   (南京工业大学机械与动力工程学院,江苏 南京〓211816)
   为提高发动机运行的平稳性以及整机性能，研究了发动机曲轴扭振问题。以EQH200-30发动机曲柄连杆机构为研究对象，首先利用ADAMS软件对无约束条件的曲轴进行6阶模态振型分析，然后分析了曲轴发生共振时4种临界转速扭转振幅，最后利用快速傅里叶变换(FFT)对额定转速下的扭转振幅进行操作。结果表明：曲轴连杆在前端轴、曲柄销与曲柄臂连接处发生了弯曲和扭转变形，随着频率的增大，扭转现象越发明显。而在曲轴发生共振时，对4种转速扭转振幅分析后发现，额定转速下最大振幅与实验数据吻合度较高，验证了仿真的可行性与准确性。对额定转速下的扭转振幅进行FFT操作，得到了相应的频域响应曲线，得出前轴端发生扭转变形主要是受到该转速下的频率及谐次频率影响的结论。

     早在19世纪末，国外学者就开始对曲轴扭转进行了相关研究，但是限于当时的技术水平，轴系都是作为绝对刚体进行处理。随着电子计算机技术的飞速发展以及相关分析软件的出现，一些复杂系统的扭振问题有了处理方法。模态分析法、有限元法、多体动力学与有限元法相结合等为进一步进行曲轴动力学分析提供了方便。RAUB 等［1］把曲轴柔性化，结合有限元法、刚体动力学，对频率进行追踪，所获得的结果与实验数据高度吻合。郭磊等［2］对轴系不同机构模型分别采用模态综合技术、雷诺油膜方程，完成了曲轴组件与气缸体耦合仿真模型的建立，通过对比仿真和试验的结果，验证了耦合系统多体动力学仿真结果的有效性。同时也有利用AVL（中国模拟先进技术）专业的发动机软件设备，对整个传动系统进行测试、建模、仿真，获得系统的扭振特性，并对传动系统的扭振频率进行优化。目前，曲轴的扭振研究大多将多体动力学与有限元法相互结合，研究内容除了轴系扭转振动外，也逐步开始研究轴系的三维耦合振动、轴系与机体耦合作用下的振动等。
曲轴作为柴油机内部主要的运动构件之一，在工作状态下，主要受周期变化的气体压力、往复惯性力及离心力的作用，曲轴发生扭转及弯曲变形［3］。当其在某速度下运转时，若所受的激振力频率与自身某固有频率相同，就会出现共振［4］。这不仅会产生噪声，而且会使与曲轴相连的齿轮系磨损加剧，严重时会导致曲轴扭断。若激励频率成倍于曲轴的自振频率时，会使振动幅度增大，从而引起噪声和动应力的增大，使曲轴产生弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏。同时由于扭振存在必然性、潜伏性和突发性的特点，使危险不易被发现，一旦发生往往会带来重大的危险，因此对曲轴进行扭振分析十分必要［5］。本文围绕曲柄连杆机构的曲轴扭振进行仿真分析，为改善整机性能提供理论依据。〖HT6〗

1〓模型建立
发动机型号为EQH200-30，其性能参数见表1，点火顺序为1-3-4-2，曲轴主要参数见表2。
由于现实中曲轴结构比较复杂，表面有许多圆角，其内部存在油道、螺栓孔，如果建模时将所有构造特点都进行设计，不仅会使建模工作量增大，而
且对模型进行网格划分时，网格密度会不受控制，

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基金项目：江苏省自然科学基金资助项目（BK20130941）
作者简介：李静（1991—），女，江苏盐城人，南京工业大学硕士研究生，主要研究方向为车辆工程。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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