柴油机复杂轴系扭振案例简析

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1、柴油机复杂轴系扭振案例简析高吕鑫杨卫东贾亚涛（上海柴油机股份有限公司，上海，200438）摘耍：对混合动力车辆的柴油机轴系进行当量简化，分析和计算了在柴油机工作转速范围内的扭振共振谐次范I韦I，试验和计算结果吻合度较髙，通过设计改进对比了改变飞轮刚度对轴系的影响，有效缓解了前端附件皮带的抖动，改善了样车NVH品质。Abstract:Shaftingfordieselhybridvehicleswillbeequivalenttosimplifymodel,analyzedandcalculatedtheharmonictorsional

2、vibrationresonancerangeintherangeofdieselengineoperatingspeed,testandcalculationresultsconsistenthighdegree.LikeautomobilesimprovedNVHqualities,comparingthechangeinthestiffnessoftheflywheelshaftimpact,effectivelyalleviatethefrontaccessorybeltvibration.关键词：QTV轴系扭振动力总成Keyw

3、ords:QTVShafttorsionalvibrationpowertrain1概述：随着国家排放法规和用户经济性要求的不断提高，柴油机的爆发压力大越来越大，并瓦柴油机相比汽油机的燃烧不稳定的特性，导致柴油机的输出的扭矩波动和转速波动越来越大，扭矩波动的产生的激励会更大。柴油机前端附件大量增多，比如空调和发电机等都需要直接与曲轴连接获取动力，使得曲轴轴系的扭转力矩、往复惯性力、离心惯性力急剧上升。同时，混合动力车辆由于传动部分加装ISG电机，使得柴油机轴系变为多级连接，轴系增长增多导致工作环境更加恶劣，传动轴系的扭转刚度降低。因而，

4、随着轴系的外加激励力矩增多，工作应力的上升，容易导致传动轴疲劳断裂，扭转减振器失效以及前端附件皮带抖动异常，进而影响整车的NVH品质。因此，为了提高轴系工作的可靠性和安全性，对柴油机轴系的振动开展分析研究和控制是非常必要的。2柴油机复杂轴系的背景描述：混合动力车辆的轴系属于多级连接，为了控制动力传动系统的扭振水平以及保证ISG电机良好的工作环境，广泛采用的是在飞轮端与电机输入端加装TVD扭转减振器，在发动机与传动系的接合部引入一个低刚度坏节，从而调节传动系统的扭振固有特性，减振器的阻尼器增加了轴系的扭振阻尼。某混合动力车辆釆用直列四缸电

5、喷柴油机，样车测试中发现前端皮带在曲轴升速过程中某些特定转速下出现空调皮带抖动异常，并且前端皮帯张紧轮出现较明显的抖动和异响，增大空调皮带的张紧力可以缓解皮带的抖动幅度，采用霍尔转速传感器采集飞轮的转速信号,发现在800r/min以下以及1000r/min左右转动波动较为明显，扭转角位移较大。采用ISG电机驱动动力轴系运转，柴油机不点火的作业工况下皮带抖动异常仍然出现。3柴油机轴系的当量简化和共振干扰谐次分析：正常状态下由于柴油机在怠速工况时燃烧不稳会出现一定的转速波动，四缸机通常出现的主简谐是2、4、6、8阶，强简谐是3、5、7阶等，

6、通常评价柴油机曲轴扭转振幅在这些阶次上不能超过许用振幅±0.2。到0.5。，实际柴油机轴系在低速运转时出现的较大振幅属于滚振（质量部件属于同相运动，振幅虽大，但差值较小，轴的扭转角很小，不会造成危险，并且英随工作载荷的增加而减弱），但是由于该车属于多段轴系，中间使用扭转减振器连接，轴系的弹性属性存在使得轴系具有一系列的共振模态频率。一旦柴油机产牛的简谐力矩的工作频率与轴系的某一自振频率趋于一致时，则轴系发生共振，导致扭转角位移过大，以及转速波动较大，皮带张紧力不一致产生异常抖动等情况。根据该车的传动轴结构特性，在空扌当工况下将传动轴系简

7、比为双质量系统的扭振系统。由于曲轴、电机转子轴扭转刚度远远大丁飞轮与电机转子间的减振器，所以可简化为发动机、电机的双质量强迫扭转振动系统。轴系扭转刚度即减振器刚度。按照双质量的模型计算出来应有两个固有频率，一个是滚振共振频率（两质量的振幅相同且同相，一般不考虑），一个是单结共振频率（与柴油机点火产生的各阶次的简谐力矩会产生一系列的交点，这些交点即轴系的单节点共振转速）。OO图1双质量柴油机轴系模型的扭振系统简化图发动机运动件当量转动惯量11:…-其中包括飞轮、曲轴、连杆、活塞、皮带盘、减振器。电机运动件转动惯量12:其中包括转子铁芯、离

8、合器承压盘、离合器从动盘、转子平衡板、转子架、法兰轴、锁紧螺母、旋变转子。扭转减振器的柔度e12：根据双质量系统扭转振动固有频率计算公式：K(h+I2)1」23代入计算得CO=113.6266,换算为频率f