發(fā)布時間：2020-07-18 03:59

【摘要】：針對車輛、船舶等動力總成系統(tǒng)整體外部振動和內(nèi)部軸系扭轉(zhuǎn)振動,進行了理論分析、仿真分析及試驗研究。建立了多向激勵作用的、多隔振支承的、彈性基礎(chǔ)支撐的隔振系統(tǒng)動力學(xué)模型,以子系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣及整體綜合法分析了彈性基礎(chǔ)系統(tǒng)動態(tài)傳遞特性,研究了不同組合形式激勵作用、基礎(chǔ)各向響應(yīng)功率流傳遞特性;依據(jù)工程實際情況,對振源機器剛體模態(tài)進行了解耦分析,并針對工程不規(guī)則結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔振系統(tǒng),發(fā)展了以有限元仿真與功率流結(jié)合研究系統(tǒng)振動特性的嶄新方法,使得功率流理論在工程實際中的應(yīng)用不再局限于規(guī)則基礎(chǔ);從能量角度探討了曲軸扭轉(zhuǎn)振動特性,分別得到了傳統(tǒng)軸盤模型和考慮連接軸分布質(zhì)量參數(shù)特性軸盤模型的扭振功率流傳遞特性,并分析了多種結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對扭振能量傳遞特性的影響;搭建了隔振系統(tǒng)試驗臺架,進行了輸入系統(tǒng)及基礎(chǔ)功率流、加速度導(dǎo)納與傳遞率、結(jié)構(gòu)模態(tài)及阻尼測試。具體內(nèi)容如下;對等截面歐拉梁進行微元受力分析,得到了等圓截面直桿、軸、梁的縱向速度導(dǎo)納、扭轉(zhuǎn)角速度導(dǎo)納及彎曲速度等多維導(dǎo)納;建立了多向力及力矩作用的、多隔振器的、梁基礎(chǔ)振動隔離系統(tǒng)動力學(xué)模型,通過將整體拆解為子系統(tǒng)并求取導(dǎo)納矩陣推導(dǎo)了輸入系統(tǒng)及基礎(chǔ)功率流表達式,結(jié)合數(shù)值仿真,分析了復(fù)雜激勵及垂向力、側(cè)向力和橫向力矩各單一激勵作用下的系統(tǒng)功率流傳遞特性,并分析了基礎(chǔ)各向振動波所攜帶振動能量分布。有限元仿真中著重于基礎(chǔ)彎曲模態(tài)與隔振器多維共振模態(tài),將仿真結(jié)果與理論計算結(jié)果進行對比。表明:振源機器剛體模態(tài)是引發(fā)低頻域振動能量傳遞加劇的主要原因;基礎(chǔ)彈性模態(tài)是引發(fā)振動功率流在中高頻段明顯上升的原因,其中橫向彎曲共振的影響尤為強烈;不同組合形式的激勵引發(fā)的振動能量傳遞強度不同,其中橫向力矩引起的振動能量傳遞幾乎與復(fù)雜激勵相同;基礎(chǔ)的各向振動所攜帶的振動能量不同,其中橫向彎曲波形式傳遞的能量最多,彎曲波更容易向周圍輻射噪聲;基礎(chǔ)剛度越高越能阻礙振動能量向基礎(chǔ)的傳遞。建立了動力總成懸置系統(tǒng)運動力學(xué)模型,并從理論上計算出動力總成六自由度固有頻率,確定了主要振動模態(tài)及其工程解耦條件,研究了懸置位置及剛度對耦合剛體模態(tài)頻率的影響規(guī)律;基于理論推導(dǎo)對某重型貨車的動力總成懸置系統(tǒng)進行了設(shè)計。運用有限元分析與振動功率流計算結(jié)合的方法,對工程中不規(guī)則的復(fù)雜彈性基礎(chǔ)懸置系統(tǒng)的振動傳遞特性進行了研究。表明:動力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計階段應(yīng)盡量保證六自由度固有頻率數(shù)值間隔大于1Hz,并使其小于(?)分之一的發(fā)動機最低怠速激勵頻率;由不平衡旋轉(zhuǎn)力矩引起的動力總成橫搖振動是影響系統(tǒng)怠速隔振性能的主要因素,應(yīng)通過合理布置支承使其最大程度解耦;以有限元法和功率流理論相結(jié)合,得到工程復(fù)雜基礎(chǔ)隔振系統(tǒng)功率流傳遞特性,表明基礎(chǔ)彈性特性在總體系統(tǒng)振動傳輸中起關(guān)鍵作用,此方法將功率流理論的應(yīng)用范圍從簡化的規(guī)則基礎(chǔ)發(fā)展到了工程中任意不規(guī)則基礎(chǔ)。建立了曲軸系統(tǒng)近似軸盤模型,其中包括將軸頸簡化為無質(zhì)量只有扭轉(zhuǎn)剛度的連接軸和考慮分布質(zhì)量參數(shù)特性的連接軸,建立了系統(tǒng)力矩與角速度傳遞方程,推導(dǎo)了輸入曲軸系統(tǒng)及右端飛輪的扭轉(zhuǎn)功率流,分析了扭轉(zhuǎn)力矩激勵下曲軸系統(tǒng)扭振能量傳遞特性;研究了軸頸阻尼變化的影響,并探討了扭轉(zhuǎn)減振器增減轉(zhuǎn)動慣量對系統(tǒng)扭振功率流共振峰位置及量值的影響;對軸盤模型進行有限元模態(tài)仿真分析,并與理論計算結(jié)果進行比對。表明:整個曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振模態(tài)是引起扭振功率流傳遞加劇的主要原因;連接軸自身扭轉(zhuǎn)彈性模態(tài)是激發(fā)系統(tǒng)高頻扭振功率流出現(xiàn)突出峰值的原因;增大軸頸阻尼可使扭振功率流波峰變緩,但會小幅度提高其它頻段的功率流傳遞;增大扭轉(zhuǎn)減振器轉(zhuǎn)動慣量,曲線共振峰的位置向左偏移,在整個分析頻率范圍內(nèi),功率流傳遞均有所減弱。對兩端固定等長矩形截面歐拉梁基礎(chǔ)的單層隔振系統(tǒng)進行了功率流傳遞測試、加速度導(dǎo)納和傳遞率測量、梁和系統(tǒng)整體模態(tài)試驗及結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)測量。將部分結(jié)果與理論分析進行對比,表明:由于隔振器的隔振作用,傳入基礎(chǔ)的振動能量比輸入系統(tǒng)的明顯減少,且隨著激振頻率的增高,振動能量呈下降趨勢;輸入基礎(chǔ)的振動能量曲線因基礎(chǔ)的彈性模態(tài)被激發(fā)而出現(xiàn)部分突出峰值;加速度傳遞率在大部分頻段內(nèi)小于1;在分析頻率范圍內(nèi),柔性基礎(chǔ)的前五階彈性模態(tài)被激發(fā),且基礎(chǔ)耦合共振頻率相比基礎(chǔ)自身共振頻率較高,以第一階最為明顯;結(jié)構(gòu)阻尼比是弱化振動傳遞共振峰的必要條件,阻尼的測量占據(jù)重要地位。測試結(jié)果基本符合理論曲線的趨勢和量值,兩者結(jié)合研究更具說服力。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH113.1
【圖文】：

服從胡克定律；滿足線彈性基本假設(shè)的微幅振動情況。逡逑２．２．１等圓截面的桿縱向振動與軸扭轉(zhuǎn)振動速度導(dǎo)納推導(dǎo)逡逑桿的兩種振動微元受力情況（以扭轉(zhuǎn)振動為例）如圖２－１所示。逡逑（Ｆ＝邋（（邐（Ｐ逡逑工邐Ｉ邋ｄｘ邐ＧＪｐ逡逑？邐？——？邐逡逑ｌ逡逑＾逡逑７邋－ｃ－邋？邋ｒ＋Ｓ＂逡逑＾邋ｃ＾Ｏ逡逑圖２－１桿扭轉(zhuǎn)振動微元受力情況圖逡逑等圓截面直桿存在沿軸向傳播的縱向波，其自由振動的運動方程為：逡逑ｄ２ｕ邋１邋ｄ２ｕ邋ｆ邋［Ｆ］逡逑ａ？＝＾ａ＾Ｖ邋＝邋Ｖ＾Ｊ邐（）逡逑式中常數(shù)為縱向振動波在桿內(nèi)沿軸向傳播的速度。五為彈性模量，ｐ為材料密逡逑度。逡逑同理，相應(yīng)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)自由振動的運動方程為：逡逑ｄ２ｅ邋８２ｅ邐［ｇ）逡逑（２－２）逡逑式中ｉ為剪切彈性波沿Ｘ軸的傳播速度，Ｇ為材料剪切模量，ｐ為材料密度。由逡逑方程類比可以看出，等圓截面直桿縱向振動與扭轉(zhuǎn)振動的方程形式是相似的，以逡逑下將以扭轉(zhuǎn)振動為例進行分析。逡逑１４逡逑

２．３．１系統(tǒng)動力學(xué)模型逡逑建立如圖所示的梁基礎(chǔ)隔振系統(tǒng)動力學(xué)模型，該系統(tǒng)根據(jù)耦合邊界分離面分逡逑為振源剛體子系統(tǒng)Ａ、隔振器子系統(tǒng)Ｂ和梁基礎(chǔ)子系統(tǒng)Ｃ，建立如圖２－３中所示逡逑的坐標(biāo)系。其中隔振器為圓柱形，基礎(chǔ)為兩端固定的歐拉梁。逡逑ｙ邐＾振源機器ａ逡逑——Ｙ逡逑隔振器Ｂ逡逑２：＾邐／邋二邋，逡逑（ …？邐、、．．．邋■—ｒ逡逑屮邐＇梁基礎(chǔ)ｃ逡逑圖２－３梁基礎(chǔ)ｎ支承耦合隔振系統(tǒng)動力學(xué)模型逡逑按照能量流向分別定義各子系統(tǒng)輸入、輸出端并確定廣義力與速度矢量方逡逑向與變換關(guān)系，如圖２４所示。Ａ為振源機器質(zhì)心到機器與隔振器耦合的界面的逡逑距離，ｑ為第��？個隔振器距振源機器質(zhì)心的向距離。逡逑Ｖｓ邐分別為振源機器質(zhì)心所受力及速度響應(yīng)；振源機器與隔振器逡逑耦合輸出力及速度響應(yīng)矢量為Ｆａ＝［Ｆａｌ，Ｆａ２，．．．，Ｆｊ、Ｖａ＝［Ｖａｌ，Ｖａ２，．．．，ｉｆ，逡逑其中Ｋ邐，Ｖａｉ邐分別為振源機器與第ｆ?zhèn)�隔振逡逑器耦合界面的輸出力及速度響應(yīng)矢量。Ｆｂｔ＝ｆＦｂｔｌ，Ｆｂｔ２，…，Ｆｂｔｎｆ、逡逑Ｖｂｔ

邐１３２５．６逡逑如圖２－５給出了多向激勵共同作用下輸入系統(tǒng)和輸入梁基礎(chǔ)的功率流曲線逡逑圖�？梢钥吹降皖l段有三個明顯波峰，這是由振源機器的剛體耦合模態(tài)引起的。逡逑關(guān)于振源機器剛體模態(tài)的計算及解耦分析將在第三章詳細(xì)討論。中高頻段內(nèi)，輸逡逑入基礎(chǔ)的功率流曲線出現(xiàn)大量波峰，原因是隨著激勵頻率的增高，激發(fā)了彈性基逡逑礎(chǔ)的橫向彎曲振動模態(tài)，特別由第一階彎曲模態(tài)共振引起的功率流峰值最為明顯；逡逑峰值所對應(yīng)的耦合共振頻率數(shù)值相比計算的非耦合頻率數(shù)值偏高。總之，輸入基逡逑礎(chǔ)的振動能量在分析頻率范圍內(nèi)普遍增高，振動功率流出現(xiàn)多個峰值，峰值處甚逡逑至與輸入系統(tǒng)功率流量相等，不利于隔振。逡逑２５０

【參考文獻】

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本文編號：2760379