发动机曲轴扭振试验规范

目录

概述 .............................................................................................................................................. 错误!未定义书签。目录 .. (1)

1.范围 (3)

2.规范性引用文件 (3)

3.术语和定义 (3)

3.1 轴系扭振 (3)

3.2 角度编码器 (3)

3.3边界条件 (3)

3.4 额定功率点 (3)

3.5 怠速 (3)

4.试验条件 (4)

4.1发动机要求 (4)

4.2 试验设备 (4)

4.3台架布置 (4)

5.试验方法 (6)

5.1测试软件 (6)

5.2试验工况 (6)

5.3 试验记录：记录转速上升全部过程。 (6)

5.4 重复测量2次或2次以上，避免测量误差。 (6)

6.试验评价 (6)

6.1 数据处理 (6)

6.2 评价标准 (7)

7.试验流程图 (7)

1.范围

本标准规定了汽车用四冲程发动机的曲轴扭振试验方法，用来评定汽车发动机轴系的

加工质量是否满足设计要求。其主要内容包括：规范性引用文件，术语和定义，试验条

件控制，试验方法，试验评价，试验流程图和试验经验积累。

本标准适用于本公司生产的所有汽柴油发动机，凡新设计及重大改进的发动机定型

试验、转厂生产的发动机验证试验以及现生产的发动机质量检验试验等，均可按本标准

规定的方法进行。

本标准还可作为发动机制造厂和汽车制造厂之间交往的技术依据。

2.规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 1883 往复活塞式内燃机术语

GB/T 15371 曲轴轴系扭转振动的测量与评定方法

GB/T 13436 扭转振动测量仪器技术要求

GB/T 18297 发动机性能试验方法

GB 1105.1－1105.3 内燃机台架性能试验方法

3.术语和定义

3.1 轴系扭振

轴系扭振即发动机轴系的扭转振动。当轴系传递力矩时，在其各个断面上因其所受扭矩的不同而产生不同的角位移。当扭矩受到干扰，如扭矩瞬时变化、扭矩突然卸去或加载时，则轴系产生按其固有扭振频率的扭转振动。

3.2 角度编码器

用来精确测量轴系转速的仪器。

3.3边界条件

满足发动机试验所需要的参数条件控制。

3.4 额定功率点

在额定转速下的全负荷工况所输出的总功率。

3.5 怠速

怠速是指低怠速和高怠速。

4. 试验条件

4.1发动机要求

此试验必须保证发动机能够正常运转，发动机功率、扭矩均达到设计要求，并且扭振皮带轮符合图纸（如果是样机必须按照磨合规范进行

10小时磨合）。

4.2 试验设备

扭振分析仪（含同步测量发动机的转速设备和数据处理软件：

1、转速设备每转的采样频

率≥100 次，2

、数据处理软件应能分析出发动机各阶次的扭转角和总扭转角）

测功机（能够控制发动机转速匀速上升） 具备恒定控制发动机水温和油温的装置

具备 10 个以上测量发动机温度和压力传感器通道的仪器 燃料、机油和冷却液牌号及控制必须满足设计要求 4.3台架布置

把发动机布置在测功机上，除了测功机测量出的发动机转速、功率和扭矩外，还需测量其它参数，详见附表1。

扭振设备由三部分组成：角度编码器、数据采集系统和笔记本电脑（分析软件），安装原理图和实际安装图见Fig1和Fig2所示。

Fig.1扭振设备安装原理图

当确定发动机状态良好后，首先安装角度编码器，具体安装方法：用专用接头将角度编码器安装到曲轴前端，并尽量保证角度编码器与曲轴具有较高同轴度，安装完毕后固定角度编码器，以免在发动机运转过程中抖动影响测量数据，角度编码器安装在发动机曲轴的前端，安装示意图见Fig 3、Fig 4。

Fig.2 扭振设备实际安装布置图

Fig.3 角度编码器安装原理图

发动机本体

角度编码器

数据采集系统

Fig 4 角度编码器安装实物图

5.试验方法

5.1测试软件

采样频率设置值应与编码器脉冲值保持一致（我司编码器脉冲值为1024pl/s）。

5.2试验工况

发动机热机至油温水温大于80℃，然后保持全速全负荷工况继续运行20分钟后，开始进行试验；

试验工况：发动机保持全负荷（油门全开），由低怠速匀加速到高怠速，过渡时间80~150s，加速过程中采集数据。

5.3 试验记录：记录转速上升全部过程。

5.4 重复测量2次或2次以上，避免测量误差。

6.试验评价

6.1 数据处理

将采集的数据进行FFT变换，然后阶次提取，输出各个转速主阶次（例如：4缸4冲程为2、4、6、8、10阶）的扭振大小和合成阶次扭振大小（例如：1.5+2.0+2.5+……+10）。

6.2 评价标准

根据设计任务书轴系扭振标准如下：

◆MAXXFORCE发动机的轴系扭振指标----合成阶次扭振角小于////，单阶次扭振小于

////；

◆HFC4DA1发动机的轴系扭振指标----合成阶次扭振角小于////，单阶次扭振角小于

///。

附表1

基于整机噪声的发动机曲轴扭转减振器的匹配分析 马俊达1，卢小锐1，王晖1 华晨汽车工程研究院，NVH工程室，沈阳，110141 【摘要】某机型在开发过程中，整机噪声比竞品机高，分析发现主要是由于轮系侧引起，本文对发动机曲轴扭转减振器进行重新匹配，降低发动机扭转波动，结果显示，重新匹配减振器后，发动机的扭转角度最大衰减量为0.095°，满足了单阶次扭转角度小于0.1°的目标要求，同时降低了发动机轮系侧噪声水平。经发动机台架试验验证，重新匹配后的减振器使发动机整机声压级在高转速工况下降低2.8dB(A)，满足整机设计的目标要求。 【关键词】发动机；扭转减震器；激励力矩；曲轴系统 Matching Analysis of Crankshaft Torsional DamperBased on theEngine Noise Performance Junda Ma1, Xiaorui Lu1, Hui Wang1 Brilliance AutoR&D Center, China ABSTRACT –In this article, the matching of engine crankshaft torsional vibration damper was analyzed based on torsional vibration test method, the testing results showed that the maximum attenuation of engine torsional angle was 0.095 °. After optimization,the target value was reached.The single order torsional angle was less than 0.1 °andthe noise level of the engine front end was reduced.These results were verified on test bench, it showed thatthe damperrematchesmakes the whole sound pressure level lower than priorin engine high speeds and satisfies the requirement of the whole machine design. KEYWORDS-Torsional damper, Optimization,Noise level, Test bench 前言 近几年我国汽车工业迅猛发展，汽车在国内迅速普及的同时，汽车的NVH 性能也备受关注，已经成为了汽车性能最重要的评价指标之一。众所周知，曲轴扭转振动是整机激励振源中最重要的因素之一，不仅能够引起轴系和机体的振动，也是发动机轮系侧主要的噪声源。 某四缸机在开发过程中，NVH性能不满足竞品机的目标水平，试验分析表明主要的噪声贡献量来源于发动机轮系侧，为了满足NVH的目标要求，对曲轴扭转减振器进行重新匹配，降低曲轴前端扭转振动幅值。本文主要介绍了匹配不同的扭转减振器轴系扭振特性的试验测试，比较曲轴前端扭转角度的变化，并通过发

1.1 课题背景 由于汽车工业具有很强的产业关联度，因而被视为一个国家工业和经济发展水平的重要标志，因此汽车被称为“改变世界的机器”。 随着科技的进步，社会的发展，人们对生活质量的要求越来越高，包括对汽车舒适性、安全性等性能提出了越来越苛刻的要求。为了提高汽车舒适性，减轻汽车的振动，首先要找到汽车的振源，汽车是多自由度的振动体，并受到各种振源的作用而发生振动，发动机就是振源之一。 当发动机工作时，曲轴在周期性变化的转矩作用下，各曲拐之间发生周期性相对扭转的现象称为扭转振动，简称扭振[1]。发动机的振动关系到它的寿命、工作效率和对周围环境的影响。曲轴系统的振动是引发内燃机振动的重要因素。由于曲轴上作用有大小、方向都周期性变化的切向和法向作用力, 曲轴轴系将会同时产生弯曲振动和扭转振动。因为内燃机曲轴一般均采用全支承结构, 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振, 但它会引起配套轴系和机体其它部件的振动, 是内燃机的主要噪声源。对扭转振动而言, 由于曲轴较长,扭转刚度较小, 而且曲轴轴系的转动惯量又较大, 故曲轴扭振的频率较低, 在内燃机工作转速范围内容易产生共振,当发动机转矩的变化频率与曲轴扭转的自振频率相同或成整数倍时，就会发生共振。共振时扭转振幅增大，并导致传动机构磨损加剧，发动机功率下降，甚至使曲轴断裂。曲轴作为内燃机中主要的运动部件之一，它的强度和可靠性在很大程度上决定着内燃机的可靠性。因此, 扭转振动是内燃机设计过程中必须考虑的重要因素[2]。 如何降低曲轴的振动是发动机曲轴设计的重要内容之一，为了消减曲轴的扭转振动，现在汽车发动机多在扭转振幅最大的曲轴前端装置扭转减振器，目前在汽车发动机曲轴系统中广泛采用的是橡胶阻尼式扭转减振器(图 1.1)，有效地改善了发动机曲轴系统的扭振特性，降低了扭振幅值。 a) b) c) a)橡胶扭转减振器(CA8V100)；b)带轮-橡胶扭转减振器；c)复合惯性质量减振器(尼桑VH45DE) 1-减振器壳体；2-硫化橡胶层；3-扭转减振器惯性质量；4带轮毂； 5-带轮；6-紧固螺栓；7-弯曲振动惯性质量

国际机械工程与力学会议记录 2007年11月，中国江苏省无锡市 汽车曲轴扭振理论分析 S. Mahjob, S. J. Seydalian, M. Heidari Department of Mechanical Engineering, Imam Hossein University, Babai superhighway, Tehran, Iran E-mail: j.seadalian@https://www.wendangku.net/doc/ea17574206.html, 摘要： 汽车曲轴受到因气缸周期性冲击而产生的周期波动的扭矩的作用。气压力和因往复质量而产生的惯性力构成了作用于曲轴组的激发力矩。这些力对曲轴产生交替变化的力矩，从而导致发动机的振动，进而引起汽车产生振动和噪声。尽管大多数的物理结构都是连续的，但是通常可以通过离散参数模型来表示它们的运动。这篇论文系统分析了曲轴扭转振动对发动机转速的影响。共有五种理论分析模型，分别为5自由度、6自由度、17自由度和21自由度。扭转振动分析被用来确定系统的自由振动频率。自由度的范围从5到21。不同模型的分析结果与实验模型比较，从而获得最佳模型。通过用最佳的理论模型代替实验模型并且提高发动机转速，发现在不同速度下理论模型的性能和实验模型很接近。 1. 简介： 研究机械结构的动态特性定义为模态分析。这篇论文介绍了曲轴扭振对发动机性能的影响。并建立的数学模型模拟曲轴的振动。这个模型包括5、6、17、19和21自由度的曲轴。论文中分析和测试的曲轴为RENALT 曲轴。 不同模型的实验结果非常吻合。 有限元分析是另外一种分析方法，结合了质量和刚度矩阵，主要用来做敏感性分析和动态行为的预测。但是考虑到结构的复杂性，往往结构的实际性能与分析结果存在一定误差。理论分析的方法比较复杂，但是它为下一步分析提供了一个逻辑和方法。[这在本文中有详细说明。 2. 理论方法 固有频率和振型由以下方程决定：单位矩阵I 、质量矩阵M 、特征值λ、刚度矩阵K 、固有频率ω、特征向量X }0{]][[}]{[.. =+θθK M (1) 振型: 0}]{[1=--i i X M λ (2) 固有频率: 02 =-i M K ω ? 00121=-?=---i i K M I K M λω (3)

船舶轴系扭振计算 1 已知条件 轴系原始资料 2 当量系统 2.1惯量计算（或给定） 2.2 刚度计算（或给定） 2.3 当量系统转化，即将系统转化成惯量－刚度系统，并给出当量系统图以及相关参数（见表） 当量系统参数

3 固有频率计算（自由振动计算并画出振型图） Holzer表 4 共振转速计算 5强迫振动计算(动力放大系数法的计算步骤) 步骤1：激励计算

步骤2：计算第1惯性圆盘的平衡振幅 步骤3：计算各部件的动力放大系数

步骤4：求总的放大系数 d r s p e Q Q Q Q Q Q 111111++++= 步骤5：计算第1质量的振幅 A ＝Q ×A 1st 步骤6：轴段共振应力计算 101,A k k ?=+ττ 步骤7：共振力矩计算 步骤8：非共振计算 2 22 2 1111??? ? ??+??? ???????? ? ??-= c c st n n Q n n A A 步骤9：扭振许用应力计算（按CCS96规范） 步骤10：作出扭振应力或振幅－转速曲线 能量法计算步骤： 步骤1 相对振幅矢量和的计算（如为一般轴系，可省略） 步骤2 激励力矩计算M v （若为柴油机轴系，方法同动力放大系数法步骤1；若为一般轴系，则已知条件给定） 步骤3：激励力矩功的计算 ∑=k T A M W απν1 步骤4：阻尼功的计算 各部件的阻尼功

部件外阻尼功的计算： 步骤5：阻尼力矩功W c 的计算(为系统各部件总阻尼功之和) +++++=cr cs cp cd ce c W W W W W W 步骤6：求第1质量振幅A1 c T W W A = 1 步骤7－11同动力放大系数法步骤6－10 强迫振动计算结果表：

曲轴扭振减振器 1曲轴扭振 当发动机工作时，曲轴在周期性变化的转矩作用下，各曲拐之间发生周期性相对扭转的现象称为扭转振动，简称扭振。对扭转振动而言, 由于曲轴较长,扭转刚度较小, 而且曲轴轴系的转动惯量又较大, 故曲轴扭振的频率较低, 在内燃机工作转速范围内容易产生共振,当发动机转矩的变化频率与曲轴扭转的自振频率相同或成整数倍时，就会发生共振。共振时扭转振幅增大，并导致传动机构磨损加剧，发动机功率下降，甚至使曲轴断裂。曲轴作为内燃机中主要的运动部件之一，它的强度和可靠性在很大程度上决定着内燃机的可靠性。因此, 扭转振动是内燃机设计过程中必须考虑的重要因素。为了消减曲轴的扭转振动，现在汽车发动机多在扭转振幅最大的曲轴前端装置扭振减振器。 2扭振减振器的功能及种类 为了消减曲轴的扭转振动，现在汽车发动机多在扭振振幅最大的曲轴前端装置扭振减振器。它的功能简单介绍有以下三个方面： (1) 消减曲轴扭转振动，提高曲轴的疲劳寿命，减少应力水平； (2) 传递扭矩，衰减扭矩波动； (3) 减少整车的振动、噪音。 减振器就其特性而言，可分为三大类： 动力减振器，主要依靠它的动力效应改变轴系的自振频率，使之移出工作转速范围，达到避振目的，如弹簧式和摆式动力减振器等；阻尼减振器，主要依靠固体的摩擦阻尼或液体的粘性阻尼来吸收干扰力矩输入系统的振动能量，以减小振动，如橡胶减振器和硅油减振器等；复合减振器，就是既有调频作用，又有阻尼降幅作用，如硅油橡胶减振器和硅油弹簧减振器。 目前应用最多的就是橡胶减振器和硅油减振器。其中橡胶减振器广泛应用于汽油发动机，硅油减振器主要应用于。目前用于汽车橡胶减振器主要是单级减振器（只有一个惯性质量），但是，随着轿车发动机的轻量化和大功率化，单级橡胶阻尼式减振器的减振效果已满足不了曲轴系统扭转振动控制的要求，目前在一些轿车发动机上已经采用了多级的橡胶阻尼式减振器。以下是几种国内外常见的减振器。 2.1单级扭振减振器 图2.1为常见结构形式的单级扭振减振器。1为减振器壳体，2为硫化橡胶层，3为减振器惯性质量。

船舶轴系扭振计算的一般步骤 （能量法和放大系数法） 1 已知条件 轴系原始资料

2 当量系统 2.1惯量计算（或给定） 2.2 刚度计算（或给定） 2.3 当量系统转化，即将系统转化成惯量－刚度系统，并给出当量系统图以及相关参数（见表） 当量系统参数 3 固有频率计算（自由振动计算并画出振型图） Holzer表 4 共振转速计算

5强迫振动计算(动力放大系数法的计算步骤) 步骤1：激励计算

步骤2：计算第1惯性圆盘的平衡振幅 步骤3：计算各部件的动力放大系数 步骤4：求总的放大系数 d r s p e Q Q Q Q Q Q 111111++++= 步骤5：计算第1质量的振幅

A ＝Q ×A 1st 步骤6：轴段共振应力计算 101,A k k ?=+ττ 步骤7：共振力矩计算 步骤8：非共振计算 2 22 2 1111??? ? ??+??? ???????? ? ??-= c c st n n Q n n A A 步骤9：扭振许用应力计算（按CCS96规范） 步骤10：作出扭振应力或振幅－转速曲线 6强迫振动计算(能量法的计算步骤) 步骤1 相对振幅矢量和的计算（如为一般轴系，可省略） 步骤2 激励力矩计算M v （若为柴油机轴系，方法同动力放大系数法步骤1；若为一般轴系，则已知条件给定） 步骤3：激励力矩功的计算 ∑=k T A M W απν1 步骤4：阻尼功的计算 各部件的阻尼功 部件外阻尼功的计算：

步骤5：阻尼力矩功W c 的计算(为系统各部件总阻尼功之和) +++++=cr cs cp cd ce c W W W W W W 步骤6：求第1质量振幅A1 c T W W A = 1 步骤7－11同动力放大系数法步骤6－10 强迫振动计算结果表： 7 一缸不发火的扭振计算 1）不发火气缸的平均指示压力近似为零，相应的气体简谐系数为bv ；其他气缸的平均指示压力pimis 为： i i mi s p z z p 1 -= N/mm2；式中：z-气缸数,pi 按前面计算公式计算。 2）相应的Cimis 为：v im is v im is b p a C += 3）一缸不发火影响系数为:∑∑=a C a C mis imis νγ 式中：Cv 、Cvmis ——分别为正常发火与一缸不发火时的简谐系数； ∑a 、∑mis a 分别为正常发火与一缸不发火时的相对振幅矢量和，其中∑mis a 按下式计算： ∑∑∑==+=z k z k k k k k k k mis a a a 1 1 2 ,12 ,1)cos ()sin (νζβνζβ 不发火缸vmis k C b νβ= ，其他气缸为1； 4）一缸不发火的振幅、应力和扭矩： 第1质量振幅为： 11A A mis γ= 轴段应力为： 1,!,1++=k k k m isk γττ 齿轮啮合处振动扭矩为：G gmis T T γ= 弹性联轴器振动扭矩为：R rmis T T γ=

1前言 1.1课题研究背景及意义 传动系扭转振动是汽车的主要振动形式之一, 会直接影响到汽车零部件的使用寿命和汽车的乘坐舒适性。一些汽车新技术的应用(如轻量化、柴油发动机在轿车上的推广和低转速大扭矩发动机的应用等)使得限制扭振减振变得愈发困难。传统的汽车扭振减振措施是在离合器从动盘上安装扭振减振器，简称CTD。由于离合器从动盘受其空间尺寸的限制，弹性元件刚度大、减振器相对转角小、设计尺寸小,从而使得CTD振动传递率较大, 隔振效果很差，尤其是在低速区几乎没有明显的隔振作用。由于自身的不足, CTD很难满足人们日渐提高的乘坐舒适性的要求, 最典型的取而代之的扭振减振器是双质量飞轮式扭振减振器(简称DMF)。所说的DMF,就是将发动机飞轮分成两部分, 并在中间用扭转减振器连接。这样, 扭转减振器弹性元件和阻尼元件便可以布置在较大的空间内, 因此减振器相对转角较大, 可以将刚度设计得很小,发动机传递到变速箱上的扭振波动便被有效的隔离了。 1.2扭振减振器在国内外的发展现状 DMF扭转减振器诞生于上世纪八十年代中期, 因为其克服了CTD扭转减振器的不足之处, 因此有效地降低传动系的扭转振动, 使汽车的减振降噪技术有了一个质的飞跃。 1984年,日本一家汽车公司在一款涡轮增压柴油机汽车上首次安装了DMF。该公司装备的双质量飞轮扭振减振器基本沿用离合器从动盘式扭转减振器的形式,但是它的采用成为双质量飞轮式扭振减振器发展史上的起点。第二年底,德国宝马公司将DMF装备在宝马324D上, 该车当时被誉为世界上最安静的柴油车。随后,宝马公司推出的系列车型上相继采用DMF并获得用户的广泛认可。一直到上世纪90年代,国外DMF研制的产品已基本趋于成熟,在期间有大量的专利产品和专业研究论文出现, DMF的产量也急剧增长。 在我国国内也颇为重视对DMF减振器的研究, 早在十年之前,一些高校、汽车公司以及科研单位就开始在DMF领域进行探索和研究,这为DMF国产化奠定了理论基础。因为DMF对平衡精度要求较高的原因,各零件的配合精度、同轴度及尺寸公差要求较为严格,但是受制造加工水平和一些关键工序的限制,迄今为止DMF在国内还没有进入批量生产阶段。现在被装配于国内中高档轿车的DMF,几乎都是从国外进口。 1.3本课题的主要研究内容

发动机曲轴加工工艺分析与设计 摘要 曲轴是汽车发动机的关键零件之一,其性能好坏直接影响到汽车发动机的质量和寿命.曲轴在发动机中承担最大负荷和全部功率,承受着强大的方向不断变化的弯矩及扭矩，同时经受着长时间高速运转的磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。发动机曲轴的作用是将活塞的往复直线运动通过连杆转化为旋转运动，从而实现发动机由化学能转变为机械能的输出。 本课题仅175Ⅱ型柴油机曲轴的加工工艺的分析与设计进行探讨。工艺路线的拟定是工艺规程制订中的关键阶段，是工艺规程制订的总体设计。所撰写的工艺路线合理与否，不但影响加工质量和生产率，而且影响到工人、设备、工艺装备及生产场地等的合理利用，从而影响生产成本。 所以，本次设计是在仔细分析曲轴零件加工技术要求及加工精度后，合理确定毛坯类型，经过查阅相关参考书、手册、图表、标准等技术资料，确定各工序的定位基准、机械加工余量、工序尺寸及公差，最终制定出曲轴零件的加工工序卡片。 关键词：发动机，曲轴，工艺分析，工艺设计 目录 第一章概述 1 第二章确定曲轴的加工工艺过程 3 2.1曲轴的作用 3 2.2曲轴的结构及其特点 3 2.3曲轴的主要技术要求分析 4 2.4曲轴的材料和毛坯的确定 4 2.5曲轴的机械加工工艺过程 4 2.6曲轴的机械加工工艺路线 5 第三章曲轴的机械加工工艺过程分析 6 3. 1曲轴的机械加工工艺特点 6 3. 2曲轴的机械加工工艺特点分析 7 3. 3曲轴主要加工工序分析 (8) 3.3.1铣曲轴两端面,钻中心孔 (8) 3.3.2曲轴主轴颈的车削 (8)

3.3.3曲轴连杆轴颈的车削 (8) 3.3.4键槽加工 (9) 3.3.5轴颈的磨削 (9) 第四章机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 9 4.1曲轴主要加工表面的工序安排 9 4.2机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 10 4.2.1主轴颈工序尺寸及公差的确定 10 4.2.2连杆轴颈工序尺寸及公差的确定 10 4.2.3φ22 -00.12外圆工序尺寸及公差的确定 10 4.2.4φ20 0-0.021外圆工序尺寸及公差的确定 11 4.3 确定工时定额 11 4.4 曲轴机械加工工艺过程卡片的制订 12 谢辞 13 参考文献 14 附录 15 第一章概述 曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下(往复>运动变成循环(旋转>运动。曲轴主要有两个重要加工部位：主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。发动机工作过程就是：活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。而曲轴加工的好坏将直接影响着发动机整体性能的表现。 发动机机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖等零件组成。 <1）气缸体 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。 <2）曲轴箱 气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与

曲轴组扭振与强度分析 曾小春1 李一民2 1.江铃汽车股份有限公司发动机开发部，南昌，330001 2.浙江大学车辆工程研究所，杭州，310027 摘要：本文运用ABAQUS和Excite PowerUnit软件，对曲轴系进行扭振和强度分析，以便确认轴系是否满足设计要求关键词：曲轴组，扭振分析，强度分析 主要软件：ABAQUS, AVL Excite PowerUnit 1、计算网格 表1 单元类型说明 零部件单元类型节点数单元数 曲轴8节点六面体100,53286,520 飞轮8节点六面体7,6925,532 正时带轮8节点六面体760468 减振器8节点六面体3,2221,924 橡胶层8节点六面体624260 共计111,04694,704 图1 有限元分析网格 2、仿真结果及评价 2.1 曲轴的扭振分析 通过对整个轴系的自由振动分析，可知曲轴的一、二阶扭转模态频率分别为326.6Hz和574.8Hz。结合该发动机的工作转速，可划分出整个轴系的临界转速图，通过该图可以识别出各阶模态所对应的共振转速，如图2所示。由于二阶扭转模态所对应的为幅值相对较小的高谐次的干扰力矩谐量，因此我们重点关注一阶扭转模态所对应的临界转速，从图中我们可以看出5谐次以上的干扰力矩在发动机的工作转速内都将产生扭转共振。

Critical Speeds 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.59.5 10.5 11.5 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 S p e e d (r p m ) 100 200 300 400 500 600 700 800 Frequency(Hz) 1 2 Modes(rpm ) 图2 临界转速图 完成轴系的自由模态分析后，我们将关注曲轴在强迫振动下的响应，也就是分析各个干扰力矩所引起的强迫振动振幅，这直接影响着发动机运转时的安全性。图3为各谐次干扰引起的各自的曲轴扭振响应及总响应。 0.20.40.60.811.21.41.6 1.8A n g u l a r D i s p l a c e m e n t (d e g ) 1000 150020002500300035004000 Engine Speed(rpm) Order 0.5000(deg)Order 1.0000(deg)Order 1.5000(deg)Order 2.0000(deg)Order 2.5000(deg)Order 3.0000(deg)Order 3.5000(deg)Order 4.0000(deg) Order 4.5000(deg)Order 5.0000(deg)Order 5.5000(deg)Order 6.0000(deg)Order 6.5000(deg)Order 7.0000(deg)Order 7.5000(deg)Order 8.0000(deg) Order 8.5000(deg)Order 9.0000(deg)Order 9.5000(deg)Order 10.0000(deg)Order 10.5000(deg)Order 11.0000(deg)Order 11.5000(deg)Order 12.0000(deg) Synthesis(deg) 图3 不同转速下的扭振幅值图 从图3中也可以看出总振幅在0.3度以下，完全满足该发动机对扭振振幅的要求。

扭振测量和Q T V介绍 1.引言 噪声及振动问题,在旋转部件开发中,是一个必须充分重视的因素。就车辆而言,旋转机械或旋转部件包括：发动机(引擎),动力传动系, 变速装置, 压缩机和泵等等?。对它们的动力特性, 必须了解得非常透彻, 力图实现宁静、平顺、安全地运转?。通常, 对线振动和角振动的测量和分析, 是分头进行的??。旋转件横向振动的测量方法, 是大家熟悉的,研究得已经比较透彻?，为了充分把握结构的动力特性, 通常会实施多通道并行的测量和分析?。而扭振测量则需使用专门的设备, 它们一般并不集成在一总体动力学测试系统内?。 2.扭振的“源—传导—接收”模型 研究动力学问题的一般方法,是建立所谓“源—传导—接收”模型（图1）。在某一部位（接收部位）观测到的响应,视为由源和源在结构上沿某途径传导产生的效果。由于结构的共振或反共振效应，源可能在传导过程中被放大或者被衰减。此外，它们可能沿多个不同途径，传导至接收部位。 图1 扭振的“源——传导——接收”模型接收部位或响应部位的振动，通常是刚体运动伴随柔体运动的复合现象。前者一般不产生交变应力，后者则会引起交变应力，并成为某种耐久性问题的根源。传递途径分析（TPA）涉及到某接收部位对源的干扰，这种干扰经由其可能的传导途径，并依赖于传导途径固有的动力学特性，影响整个结构的响应。 用同样的方法，我们来研究扭转振动。先是有一个“源”，譬如说，发动机给出的交变输入力矩。力矩传递过程，牵涉到轴系、齿轮传动系或皮带传动系等的动力特性。最终表现出来的，是旋转件的转速变化。如果沿整个轴，各部位的转速变化都是相同的、一致的，那么在严格的意义上，这不能算作是扭振，仅仅只是转速在变罢了（这相当于线振动分析中的刚体模态）。仅当沿轴不同部位检测到的转速增量有幅值和相位的相对变化时，扭振才确实发生了。当激励频率接近于扭振谐振频率时，会导致旋转件产生很大的内应力。如果未设置专门的监测设备，就有可能发生严重的耐久性问题。 习惯上，凡是在平均转速上、下发生得转速波动，都被称之为扭转振动，无论转轴的不同截面之间是否真正存在相对扭转。

曲轴系开发过程的两起扭振优化案例 康黎云司庆九张小涛姜波薛军平 （长安汽车研究总院动力研究院技术研究所，重庆渝北区双凤桥空港大道589号，401120）摘要：本文讨论了曲轴系开发过程中两起扭振及优化案例，通过与试验结果的对比来标定分析模型，并在标定的模型基础上对曲轴进行结构优化，优化方案的有效性说明采用EXCITE Designer在解决曲轴系设计和优化方面具有显著效果。 关键词：EXCITE曲轴系扭振 主要软件：A VL EXCITE Designer 曲轴在周期性气体力、惯性力和力矩的作用下，承受弯、扭交变载荷。曲轴设计在满足总体设计的前提下，还需满足以下几方面要求： （1）质量尽量轻，并满足弯扭综合疲劳强度； （2）轴系扭振要满足要求； （3）轴承润滑充分。 其中扭转刚度不足，会降低轴系扭振的固有频率，使工作转速范围内出现更强的低次扭振，增大曲轴的扭振附加应力，加大传动机构的噪音和冲击载荷下的磨损。 1案例一：前端惯量过大造成扭振大 图1是某对标发动机的曲轴系模型，发动机主要参数：缸径73mm，冲程74.25mm，缸心距81mm，连杆长137.6mm，主轴颈直径45mm，曲柄销直径38mm。曲轴为四平衡块设计形式，信号盘与1号扇形板（web1）用螺钉联接。前端为非减振的普通皮带轮，后端为单质量飞轮。曲轴材料为非调质钢49MnVS3。 图1 曲轴系结构示意图 1.1Designer建模及扭振分析 Designer建模时，先在PU模块下借用Auto shaft功能对曲轴进行自动识别，Web和Counter Weight的质量、惯量及质心位置等由程序自动完成。然后切换到Designer模块，手工完成其他参数，如凸台厚度、截面特性、圆角半径等。

发动机的振动噪声机理 发动机的机械噪声源于发动机零部件的振动，而主要零部件的振动都直接或间接与曲轴的振动有关。一般将发动机噪声分为三种类型: 燃烧噪声、机械噪声和空气动力学噪声。 内燃机结构振动的传播和辐射噪声产生的机理和传递途径, 这些途径主要有: 1，燃烧所引起的气体力, 使缸盖产生振动, 进而传播到气缸盖罩和进、排气歧管等零件; 2.，作用在活塞上的燃烧气体力和惯性力使活塞产生垂向振动。燃烧产生的冲击 能量大部分是通过活塞-连杆-曲轴机构传到机体表面, 引起表面振动,称为燃烧激振, 由此诱发的噪声称为燃烧机械噪声; 3，与此同时, 这些作用力又引起活塞横向敲击, 激发起缸套和气缸体的振动,进而导致正时齿轮室盖、机油冷却器等零件的振动; 由于活塞与气缸壁之间存在有间隙, 作用在活塞上的气体压力、惯性力呈周期性变化, 这使得活塞对气缸壁的侧推力也呈两边反复作用的特性,活塞在一个工作循环中不断地由一侧接触, 变换为与另一侧相接触, 产生了活塞对于缸壁的不断敲击现象。称为活塞敲击激振, 相应产生的噪声, 称为活塞敲击( 机械) 噪声。 4，进排气流的压力波动激发进排气歧管及附件的表面振动。 另外, 配气机构、喷油泵、齿轮冲击和进排气压力波动等交变力激振都要产生机械噪声。 发动机工作中结构振动响应的大小不仅与结构的固有特性有关, 还与激励力的频谱特性有关。 原则上应从以下几个方面来降低发动机的燃烧噪声: 一是从根源上改变气体力频谱曲线, 降低中高频频率成分的幅值; 二是从传播途径上, 增加发动机结构对燃烧噪声的衰减, 可通过提高缸体刚度增大阻尼或采取隔声措施的方法; 另外, 在传播途径上需要控制各连接副之间的间隙, 增加油膜厚度, 避免在运动过程中产生更大的冲击。 降低活塞敲击噪声除从传播途径上降低结构对输入的衰减能力( 如提高刚度和增大阻尼) 之外, 还需要关注活塞组的设计。通过增大活塞裙部刚度、减小活塞重量、设计合理的活塞型线和配缸间隙、或采取其他措施, 降低活塞对缸套的敲击力是降低活塞敲击噪声的关键。 1.1燃烧噪音 1.1.1燃烧噪声产生机理 燃烧噪声是由于气缸内周期变化的气体压力的作用而产生的。它主要取决于燃烧的方式和燃烧的速度。燃烧噪声是由于燃烧室内气压急剧上升，致使发动机各部件振动而引起的噪声。 1.1.2燃烧噪声的控制策略 (1)采用隔热活塞以提高燃烧室壁温度，缩短滞燃期，降低空间雾化燃烧系统的直喷式柴油机的燃烧噪声。

湖 北汽车工业学院 HUBEI UNIVERSITY OF AUTOMOTIVE TECHNOLOGY 毕 业 设 计 论 文 题目 EQ6102发动机曲轴的扭振计算 汽车工程系

摘要 随着人们生活水平的提高，对交通工具的要求已经由原来的快捷性第一转化成舒适性第一，这就对内燃机行业的减振降噪提出了更高的要求。人们对振动噪声控制的要求日益严格，促使人们对内燃机振动问题的研究给予更多的关注。为了适应这种矛盾和市场商品的激烈竞争，近年来国内外对内燃机振动控制进行了大量分析和研究工作。 本文介绍了AVL 公司开发的发动机模拟软件Excite-Designer的功能和特点。利用该软件建立了曲轴扭振计算的仿真模型，在Excite PowerUnit模块中对曲轴进行了模态分析，在Excite-Designer模块中对曲轴进行了扭振计算。最后基于该软件对轴系进行了扭振与减振分析, 并提出了相应的减振措施。 关键词: 内燃机；模拟软件；曲轴；扭转振动；减振措施

Abstract with the improvement inthe standard of people’s living, the cosiness of the vehicle has replaced the celerity and becomes the first need. It requests more on how to reduce the total noise and vibration for the internal combustion engine. people are increasingly stringent to the control requirements of noise and vibration, it will encourage people to pay more attention to the internal combustion engine vibration problem In order to adapt to this contradiction and the fierce competition of market goods, in recent years, mang domestic and foreign experts do some analysis and research work about the control of the internal combustion engine vibration. This paper introduces the function and characteristics of the EXCITE- designer software developed by AVL Corporation. Using the software establishes the crankshaft vibration calculation simulation model, In Excite PowerUnit module the modal analysis of the crankshaft has been done and in Excite-Designer module the torsional vibration of the crankshaft has been done .The torsional vibration of crankshaft system was analyzed finally by this engine simulation software. The vibration reducing measures were brought forward. Key words:IC engine; simulation software; crankshaft; torsional vibration; vibration reducing measure

2 扭转减振器介绍
2.1 扭转振动的控制方法
对于曲轴的扭振，如果在内燃机工作转速范围内，根据扭振计算以及实测发 现内燃机确实存在着较大的扭转振动，就必须采取适当的措施，以便将扭转振动 予以回避或者将其消减，以保证内燃机工作的安全可靠。扭转振动的避振预防措 施有很多种，可综合归纳为以下三种方法[5,6]： (1) 频率调整法 由扭转振动特性可知， 当激励扭振的作用频率ω与扭转振动系统的某一固有 频率 ω0 相同时，将会发生极其剧烈的动态放大现象，即共振现象。因此耍避 开发生ω=ω0，的可能，也即避开动态放大最严重的工况，就可能免除扭转振动 过大所引起的一切后果。本方法的基本概念就是使ω主动躲过ω0 。这种方法主 要措施有调整惯量法、调整柔度法等。通过调整，使系统本身的自振频率躲过激 振频率。使振动应力降至瞬时许用应力范围之内，这样就避免了因扭转振动过大 对内燃机造成损害。这种方法是扭转振动预防措施中应用最广的措施之一，这不 仅是由于它的措施比较简易可行，还在于当达到调频要求以后，它的工作将是有 效的与可靠的。但频率调整法有个缺点是调频的幅度较小，以至于在实际应用中 受到限制。 (2) 减小振能法 激励扭矩是导致扭转振动的动力源。 由于激励扭矩输人系统的能量是扭转振 动得以维持的源泉，如果能够减小输人系统的振动能量，也就能直接减小扭转振 动的量级。方法之一是改变内燃机的发火顺序，当在机器所使用的转速范围内， 危险的扭转振动是副临界转速时，有可能用此方法来消减危险的扭转振动，减小 其危险程度。 方法之二是改变曲柄布置， 在多缸内燃机中故意选用非等间隔发火， 适当选择曲柄角以改变曲柄布置，可以使任何主、副临界转速中的某些简谐扭振 相互抵消而避开危险的扭转振动。 方法之三是选择最佳的曲柄与功率输出装置的 相对位置，使二者的干扰扭矩互相抵消，可以消减曲轴的扭转振动。 (3) 装设减振器 装设减振器能改变轴系的扭振特性。减振器就其特性而言，可分为三大类： 动力减振器，主要依靠它的动力效应改变轴系的自振频率，使之移出工作转速范 围，达到避振目的，如弹簧式和摆式动力减振器等；阻尼减振器，主要依靠固体 的摩擦阻尼或液体的粘性阻尼来吸收干扰力矩输入系统的振动能量， 以减小振动， 如橡胶减振器和硅油减振器等；复合减振器，就是既有调频作用，又有阻尼降幅 作用，如硅油橡胶减振器和硅油弹簧减振器。下文有关于这三类减振器有详细介 绍。
2.2 扭转减振器的种类
内燃机装在减振器上可以大大地降低传递到底座上的振动，同样,扭转振动 也可以在它们达到底座之前消除。如果在发动机曲轴的前轴头上安装减振装置，

目录

概述 .............................................................................................................................................. 错误!未定义书签。目录 .. (1) 1.范围 (3) 2.规范性引用文件 (3) 3.术语和定义 (3) 3.1 轴系扭振 (3) 3.2 角度编码器 (3) 3.3边界条件 (3) 3.4 额定功率点 (3) 3.5 怠速 (3) 4.试验条件 (4) 4.1发动机要求 (4) 4.2 试验设备 (4) 4.3台架布置 (4) 5.试验方法 (6) 5.1测试软件 (6) 5.2试验工况 (6) 5.3 试验记录：记录转速上升全部过程。 (6) 5.4 重复测量2次或2次以上，避免测量误差。 (6) 6.试验评价 (6) 6.1 数据处理 (6) 6.2 评价标准 (7) 7.试验流程图 (7)

1.范围 本标准规定了汽车用四冲程发动机的曲轴扭振试验方法，用来评定汽车发动机轴系的 加工质量是否满足设计要求。其主要内容包括：规范性引用文件，术语和定义，试验条 件控制，试验方法，试验评价，试验流程图和试验经验积累。 本标准适用于本公司生产的所有汽柴油发动机，凡新设计及重大改进的发动机定型 试验、转厂生产的发动机验证试验以及现生产的发动机质量检验试验等，均可按本标准 规定的方法进行。 本标准还可作为发动机制造厂和汽车制造厂之间交往的技术依据。 2.规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 1883 往复活塞式内燃机术语 GB/T 15371 曲轴轴系扭转振动的测量与评定方法 GB/T 13436 扭转振动测量仪器技术要求 GB/T 18297 发动机性能试验方法 GB 1105.1－1105.3 内燃机台架性能试验方法 3.术语和定义 3.1 轴系扭振 轴系扭振即发动机轴系的扭转振动。当轴系传递力矩时，在其各个断面上因其所受扭矩的不同而产生不同的角位移。当扭矩受到干扰，如扭矩瞬时变化、扭矩突然卸去或加载时，则轴系产生按其固有扭振频率的扭转振动。 3.2 角度编码器 用来精确测量轴系转速的仪器。 3.3边界条件 满足发动机试验所需要的参数条件控制。 3.4 额定功率点 在额定转速下的全负荷工况所输出的总功率。 3.5 怠速 怠速是指低怠速和高怠速。

扭振测量和QTV介绍 1.引言 噪声及振动问题,在旋转部件开发中,是一个必须充分重视的因素。就车辆而言,旋转机械或旋转部件包括：发动机(引擎),动力传动系, 变速装置, 压缩机和泵等等。对它们的动力特性, 必须了解得非常透彻, 力图实现宁静、平顺、安全地运转。通常, 对线振动和角振动的测量和分析, 是分头进行的。旋转件横向振动的测量方法, 是大家熟悉的,研究得已经比较透彻，为了充分把握结构的动力特性, 通常会实施多通道并行的测量和分析。而扭振测量则需使用专门的设备, 它们一般并不集成在一总体动力学测试系统内。 2.扭振的“源—传导—接收”模型 研究动力学问题的一般方法,是建立所谓“源—传导—接收”模型（图1）。在某一部位（接收部位）观测到的响应,视为由源和源在结构上沿某途径传导产生的效果。由于结构的共振或反共振效应，源可能在传导过程中被放大或者被衰减。此外，它们可能沿多个不同途径，传导至接收部位。 图1 扭振的“源——传导——接收”模型 接收部位或响应部位的振动，通常是刚体运动伴随柔体运动的复合现象。前者一般不产生交变应力，后者则会引起交变应力，并成为某种耐久性问题的根源。传

递途径分析（TPA）涉及到某接收部位对源的干扰，这种干扰经由其可能的传导途径，并依赖于传导途径固有的动力学特性，影响整个结构的响应。 用同样的方法，我们来研究扭转振动。先是有一个“源”，譬如说，发动机给出的交变输入力矩。力矩传递过程，牵涉到轴系、齿轮传动系或皮带传动系等的动力特性。最终表现出来的，是旋转件的转速变化。如果沿整个轴，各部位的转速变化都是相同的、一致的，那么在严格的意义上，这不能算作是扭振，仅仅只是转速在变罢了（这相当于线振动分析中的刚体模态）。仅当沿轴不同部位检测到的转速增量有幅值和相位的相对变化时，扭振才确实发生了。当激励频率接近于扭振谐振频率时，会导致旋转件产生很大的内应力。如果未设置专门的监测设备，就有可能发生严重的耐久性问题。 习惯上，凡是在平均转速上、下发生得转速波动，都被称之为扭转振动，无论转轴的不同截面之间是否真正存在相对扭转。 注意, 转矩变化或转速变化，不能只看到表面现象。实际上，旋转件之间传递的力和力矩，只是机械载荷的一部分。而发生的机械振动和噪声，也应视为动力载荷的另一部分。 下面几点，请大家关注： ●扭振只是结构动力特性的一个局部命题。 ●扭振和转轴横向振动往往同时发生。 ●扭振不仅关系到结构的耐久性问题，而且关系到车辆的振动、噪声、舒适性 以及其它方面的性能问题。 扭振源之一——往复式发动机 往复式发动机大概是大多数扭振问题的根源所在。 曲轴旋转过程中，燃气压力不断变化，从而引起作用于曲轴的平均力矩和交变的力矩分量。（见图2） 另外，诸如活塞、连杆等运动部件的惯性力，也会引起作用于曲轴的变扭矩。这两种作用力，合成一不规则的扭矩，从而引起转速的变化，在好的发动机设计中，这种转速变化通过采用惯性飞轮和扭振减振器等特殊部件，得到尽最大可能的平滑。 即便在稳定的工作状态下，也会存在某些附加的扭振变化。有许多正常的、或

曲轴扭转减震器项目介绍
Pulley Asm-damper-Crankshaft Introduction
简介

Introduction for Tuopu R & D -- TVD
Pulley & Damper q轮系 Pulley & Damper
?扭转减振器 ?惰轮、张紧轮
技术能力
https://www.wendangku.net/doc/ea17574206.html,
Torsional Vibration Damper (TVD)
?转向泵轮、水泵轮、压缩机带轮 Attachment Pulley Tensioner & Idle Pulley
Tu o
2
2006-11 2004-7
pu

Introduction for Tuopu R & D -- TVD
Representative Products
技术能力
https://www.wendangku.net/doc/ea17574206.html,
Pulley for SGM
Pulley for SGM
Pulley for GM
Pulley for Audi
Pulley for Audi
Pulley for Renault
Pulley for Renault
Pulley for Peugeot
Pulley for VW
Pulley for VW
Pulley for Peugeot
Pulley for Peugeot
Pulley for Benz
Pulley for BMW
Pulley for Fiat
Tu o
3
2006-11 2004-7
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