曲拐弯扭耦合振动影响规律研究.pdf

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1、第45卷第4期小型内燃机与车辆技术Vol.45No.4２０16年8月SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDVEHICLETECHNIQUEAug.2016·振动·噪声·曲拐弯扭耦合振动影响规律研究陈宏威向建华刘帅吴斌辉（北京理工大学机械与车辆学院北京100081）摘要：基于圆盘非对称转子简化模型和达朗贝尔原理，建立了曲轴单拐弯-扭耦合非线性振动数学模型，并利用解析推导法和四阶龙格库塔的迭代数值求解方法研究了弯曲振动和扭转振动间的相互影响规律。研究结果表明，弯曲振动（或扭转振动）会耦合产生多种频率成分的

2、扭转振动（或弯曲振动），耦合振动幅值随着激励频率和偏心距的增加而加大，且弯曲振动对扭转振动的耦合影响相对较大。关键词：曲拐弯扭耦合振动非线性振动影响规律中图分类号：TK422文献标识码：A文章编号：2095-8234（2016）04-0065-06TheNonlinearStudyonCoupledBendingandTorsionVibrationofCrankThrowChenHongwei,XiangJianhua,LiuShuai,WuBinhuiSchoolofMechanicalEngineering,Beijin

3、gInstituteofTechnology(Beijing,100081,China)Abstract：BasedonthesimplifiedmodelofasymmetricdiscrotorandD'alembert'sprinciple,thenonlinearmathematicalmodelofcoupledbendingandtorsionvibrationisestablished,andthenthemutualinfluencebetweenthebendingvibrationandtorsionvib

4、rationisstudiedthroughthetheoreticalderivationandthesolvingmethodsofiterativenumericaloffourth-orderRunge-Kutta.Theresultsshowthatthebendingvibration(ortorsionvibration)willproducevariousfrequencyoftorsionvibration(orbendingvibration)ifcoupled.Thecouplingvibrationam

5、plitudewillraisewiththeincreasingoftheexcitationfrequencyandeccentricity,thebendingvibrationhasarelativelylargecouplinginfluenceontorsionvibration.Keywords：Crankthrow,Coupledbendingandtorsionvibration,Nonlinearvibration,Influencerule[3-5]论分析、数值模拟与实验研究相结合的体系。由于引言曲轴高速

6、回转时的质量不平衡或系统不对称等非线内燃机曲轴应用范围广泛，结构复杂，功能繁性因素，使得数值仿真中曲轴弯曲振动的数学建模[1][6-8]多，是内燃机系统关键部件。曲轴承受周期性变化和求解比较复杂，其相应的曲轴弯扭耦合振动分[9]的切向力和法向力作用，常常产生弯曲振动、扭转振析的相关文献目前尚不多见。李慧珍在有限元计算动及二者的耦合振动形式，很容易引发多种振动问题，曲轴振动中将曲轴视为圆截面梁和变截面矩形梁的[2][10]导致轴段的疲劳损坏、轴承磨损以及工作噪声等。组合；梁兴雨等建立了由多个自由度组成的发动机[11]以往人们关于

7、内燃机曲轴的研究主要集中于轴的扭刚柔耦合多体动力学系统模型；何成兵推导了三类转振动，但近年来随着认识的深入，一些学者开始着微元轴段的弯扭耦合振动微分方程组，提出数值计[12]重关注扭转—弯曲耦合振动，形成了比较完备的理算解法。NatarajC利用摄动的方法得到了非线性弯作者简介：陈宏威（1991-），男，硕士研究生，主要研究方向为内燃机结构振动。通讯作者：向建华（1976-），男，博士，副教授。66小型内燃机与车辆技术第45卷[13]扭耦合振动微分方程组的初步解；梁明轩分别通过度e准觶2准咬，如图3所示。由此产生的惯性力为：谐

8、波平衡法与数值积分法得到系统幅频特性，分析!#觶2咬##Fz1=-maz=me（准sin准-准cos准）了质量偏心和转速对轴系非线性动力学响应的影"（1）#[14]#觶响；刘占生得到了共振区弯曲振动和扭转振动的频#F=-ma=me（准2cos准+准咬sin准$y1y）率特征，