关于发电机抖动的原因分析

李贺柱，胡必谦，陈晓东，路明

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

前言

某发动机前端的发电机抖动较大，导致固定螺栓力矩衰减甚至松脱，初步分析发电机及发电机支架安装结构，怀疑是发电机支架刚度偏弱，使得整体的1阶模态频率处于发动机最大超速转速点火频率范围之内。所以针对发电机抖动问题进行支架的模态及有限元计算。

如下图1所示，发电机由发电机上支架和发电机下支架固定。

图1 发电机及固定支架

1 计算分析

本FEA模型是由发电机支架、发电机调节支架、发电机、部分缸体、链轮室、链轮室盖、衬套及联接螺栓组成的装配体，有限元网格由HyperMesh划分，模态计算的网格类型选择 C3D10，静力计算的网格类型为 C3D10M。计算采用ABAQUS解算器。有限元模型如图2所示。

图2 计算模型

通过分析得出，支架总成的 1阶约束模态频率值为110.90Hz，2阶约束模态频率值为314.47Hz。

该发动机的最大超速转速为4500rpm，发动机的2阶激励最大，发动机转速达到4500rpm时其2阶频率值为150Hz。根据模态频率值评价标准，支架总成的 1阶频率应大于 1.3±0.1倍2阶最大超速转速点火频率值，发动机1.3±0.1倍2阶最大超速转速点火频率值为180Hz～210Hz。

因此，支架总成的1阶频率为110.90Hz，小于180Hz，故支架总成有引起共振的风险，不满足避振设计要求。

图3 1阶模态应变能云图

图4 1阶模态位移云图

图5 2阶模态应变能云图

图6 2阶模态位移云图

图3、4分别为支架总成在1阶约束频率值下的应变能与位移云图。从图中可以看出，支架的1阶振动为发电机的绕固定螺栓形成的轴线摆动。由于支架与摆动轴线夹角较小，使发电机一侧几乎悬空，且发电机重量较大，达到5.7kg，所以，可以认为，发电机缺少第三点支撑，变形较大，难以抑制发电机的摆动，从而导致支架总成的1阶频率值较低。

2 优化改进

鉴于上述分析，在发电机支架螺栓安装点与机油泵壳体间建立三根刚性梁，以使得发电机支架有三点支持（如图 7所示），进行第二轮模态分析，验证增加支撑结构是否可行。

图7 优化模型

改进后的模型计算结果如图8～10所示，从优化后的分析结果可以看出，发电机固定支架增加刚性梁支撑后，强度明显增加：1阶模态频率从110.90Hz，提高到192.73Hz，大于180Hz，符合标准。所以改进方案是可行的，即寻找第三支撑点，以便限制发电机的左右摆动。

图8 修改后模型的模态频率值

图9 1阶模态位移云图

图10 2阶模态位移云图

3 结论

通过以上分析对比，可知发电机抖动是由于发电机支架的刚度偏弱，使得整体的1阶模态频率处于发动机最高超速转速对应点火频率范围之内。发动机在工作过程中，发电机及支架安装系统与发动机产生共振，从而导致发电机异常抖动，固定螺栓发生扭矩衰减甚至松脱。

通过对发电机支架增加支撑点进行加强，可有效提高 1阶模态频率，解决发电机抖动问题，避免螺栓松脱。

[1] 刘展.ABAQUS6.6基础教程与实例详解[M].北京:中国水利水电出版社, 2008.

[2] 吴宗泽.高等机械设计[M].北京:清华大学出版社,2001.

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