某小型发动机曲轴实验模态分析.pdf

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1、10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.063某小型发动机曲轴实验模态分析董晓伟，张伯俊，孟德建（天津职业技术师范大学，天津300222）摘要：文章中的曲轴模态实验主要通过使用OROS软件获得频率响应函数稳态图等函数图像，使用多参考点最小二乘复频域法分析得到频率、阻尼比和振型等数据。在实验模态分析的理论基础上，对曲轴进行自由条件下的实验模态分析，并由模态置信度（MAC）进行实验验证。实验分析结果、模态参数对其使用性能和振动响应特性的影响有重要参考。关键词：曲轴；OROS；频率响应函数中图分类号：U467文献标识码：A文章编号：1671-7988(2017

2、)21-184-03ExperimentalmodalanalysisofasmallenginecrankshaftDongXiaowei,ZhangBojun,MengDejian(TianjinoccupationtechnologyNormalUniversity,Tianjin300222)Abstract:ThecrankshaftmodalexperimentinthisthesismainlythroughtheuseofOROSsoftwaretoobtainthesteadystatediagramoffrequencyresponsefunctionandot

3、herfunctionimages,analysisoffrequency,dampingratioandvibrationtypedatausingthepolyreferenceleastsquarescomplexfrequencydomainmethod.Inthebasictheoryofexperimentalmodalanalysis,theexperimentalmodalanalysisofcrankshaftunderfreeconditionsiscarriedout,andthemodalconfidence(MAC)isverifiedbyexperime

4、nts.Theexperimentalresultsandmodalparametershaveimportantreferencetotheirperformanceandvibrationresponsecharacteristics.Keywords:crankshaft;OROS;frequencyresponsefunctionCLCNO.:U467DocumentCode:AArticleID:1671-7988(2017)21-184-03引言1模态分析的基础理论曲轴的设计是否可靠，直接影响发动机的使用寿命，且（1）曲轴振动对发动机的工作性能又有较大影响，由此，可以看

5、其中：M为质量矩阵，C为阻尼矩阵，K为刚度矩阵，出曲轴是发动机中最重要的零件之一。随着发动机技术的改f为载荷向量，且f和x是关于t（时间）的函数。进与完善，曲轴的工作条件也越变复杂，对曲轴的结构、设当f=0时，对（1）式左右两边进行拉氏变换，整理可得：计和参数的要求也越发严格。此外，曲轴在发动机转速范围（2）内可能会发生共振，产生附加动应力，使曲轴过早出现疲劳其中：X(s)为位移响应，F(s)为激励力的拉氏变换。损坏。因此，对曲轴进行强度分析在发动机技术的开发设计令（3）中占有重要地位。因此，曲轴模态实验中各阶固有频率和各整理（2）和（3）式得：阶模态形状等数据都是避免发动机共振的

6、重要参考。（4）作者简介：董晓伟，就读于天津职业技术师范大学。2017年第21期董晓伟等：某小型发动机曲轴实验模态分析185其中：H(s)为传递函数矩阵。传递函数中l行、p列的元素在傅氏域中可表示为：（5）其中：，mr为第r阶模态质量，wr为第r阶模态频率，r为第r阶模态阻尼比，r为第r阶模态振型。图4频率响应函数稳态图2曲轴模态实验通过图3和图4的频率响应函数及其稳态图进行相对应的模态识别，可以得到曲轴在2500Hz以内的各阶固有频率该实验主要使用OROS数据采集箱和其配套的OROS软和振型，其中共识别了5阶模态，结果如表1所示。件进行，OROS系统由数据采集软件Nvgate和模

7、态分析软表1振型件ModalV5.2组成。2.1实验模型根据曲轴实际转动情况（四缸发动机工作时，曲轴在每个工作循环转动2次，4个气缸在每个工作循环中依照1、3、4、2的次序点火爆炸一次，说明发动机每转一圈爆炸两次。图1曲轴图2曲轴实验模型因此四缸发动机的3000r/min—6000r/min相对应的频率为图1是该实验的曲轴实物图，图2是使用模态分析软件100Hz—200Hz）从振型表1中可以看出该曲轴的前5阶共振ModalV5.2做的曲轴实验模型。频率范围比实际要大，