降低发动机轻量化曲轴振动的方法

降低发动机轻量化曲轴振动的方法

为降低CO2排放、减少汽车能源消耗，各汽车厂商都在寻求实现汽车轻量化的方法。其中，对发动机的轻量化包括对曲轴的轻量化。轻量化后的曲轴刚度会出现降低，这将使发动机在运行过程中加剧曲轴的振动。曲轴振动会引起发动机各部件的冲击力增加，并将产生向外辐射的噪声。为解决该问题，传统的方法是通过添加惯性质量环或安装一个双质量阻尼器，但这种方法将抵消取得的轻量化成果。因此，分析了曲轴刚度降低导致曲轴振动增加的现象，给出导致这种结果的主要原因，并针对该原因提出降低曲轴振动的方法。

对不同刚度的曲轴振动进行了台架试验分析。台架试验使用一台直列4缸发动机，选择两种主轴颈分别为45mm和36mm的曲轴。试验对两种不同的曲轴进行三维振动测试，对记录的振动结果进行频谱分析和相干函数分析。分析结果表明，降低曲轴刚度而引发其振动增加的主要原因在于曲轴弯曲模态与曲轴减振皮带轮弯曲模态的耦合。对这种模态耦合下的特征值分布与曲轴减振皮带轮轮毂刚度之间的关系进行了分析。分析结果发现，曲轴减振皮带轮轮毂刚度的大小影响模态耦合的产生。当提高曲轴减振皮带轮轮毂刚度时，曲轴弯曲模态与曲轴减振皮带轮弯曲模态的耦合程度降低，曲轴振动也随之降低。通过有限元仿真分析对该结果进行验证。仿真时，通过改变曲轴减振皮带轮的形状获得不同的曲轴减振皮带轮轮毂刚度。仿真结果证实了分析结果的正确性。仿真结果同时还表明，在不增加曲轴系统的质量而只改变曲轴减振皮带轮的形状时，可将曲轴振动减少28%。

Masaya Miyazawa et al.SAE 2016-01-1057.

编译：李臣