车用发动机振动测试研究

第30卷　第2期湖南大学学报　(自然科学版)Vo1.30,No.2　2003年4月J o urnal of Huna n U niv er sity(N atural Sciences)Apr.2003文章编号:1000-2472(2003)02-0041-03车用发动机振动测试研究李梅林,李毅强,谢惠民,田　丹(湖南大学机械与汽车工程学院,湖南长沙　410082) 摘　要:阐述了车用发动机振动测试方法,并对安装在实验台架上的6105Q-1C型车用柴油机进行了振动测试与分析,发现柴油机前端及横向振动较大.建议采用提高有关零部件制造精度与质量,减少活塞侧向力,改进机体结构形式、合理布置加强筋以提高机体刚度等措施来减轻振动.关键词:柴油机;整机振动;当量振动烈度中图分类号:O464;O134+4 文献标识码:AStudy o n V ehicle Engine Vibratio n TestLI M ei-lin,LI Yi-qiang,XIE Hui-min,TIAN Dan(Co lleg e of M echanical a nd Automo tiv e Eng ineering,Hunan U niv,Chang sha　410082,China) Abstract:The metho d o f v ehicle engine vibra tio n test w as discussed.The vibra tion of mo del 6105Q-1C vehicle diesel engine fitted o n the labo ratorial bed is tested and analysised.It was found tha t the vibratio n of the head and crosswise of diesel engine are rather larg e.So it's sug gested that improv ing relev ant m anufacture precision and quality,reducing lateral force o f the pisto n,raising the structure sha pe o f engine body and ratio nally a rra nging ribs to improv e the stiffness of engine body can mitig ate vibration.Key words:diesel engine;com plete engine vibration;normal v ibratio n intensity 目前世界上绝大多数汽车采用的都是往复活塞式发动机.这种发动机运转时产生的激振力和力矩主要是曲柄连杆机构的往复惯性力及其力矩、旋转惯性力及其力矩,输出扭矩不均匀性引起的倾覆力矩,曲轴和机体弹性变形引起的力矩和工作过程中的气体脉冲力.这些周期性变化的力和力矩如果得不到平衡,发动机将产生整机振动和曲轴的扭转振动.发动机产生强烈振动时,不仅使机体本身振动,而且会激励机内零部件及各种附属装置、车架等振动,从而引起各种冲击振动损坏,剧烈的振动同时还会激发强大的噪声,这些都会严重地引起驾驶员身心疲劳,影响汽车行驶的安全性、平顺性和汽车寿命,影响周围环境,这些影响在共振时后果更为严重.因此,必须采取有效的主动与被动减振、隔振措施,以削减、消除发动机各种振动,使其不传或少传到车架及外界环境.本文介绍了对中型货车应用较多的6105Q-1C型柴油机的振动测试,通过对测试结果的分析,提出了相应地改进建议.1　整机振动评估方法1.1　整机振动的量标我国现行有关标准规定,发动机振动的量标以振动烈度,即以振动速度的均方根值(有效值)表示:V rms=1T∫TV2(t)dt　(m m/s)式中V(t)——振动速度随时间变化的函数(mm/s);T——振动周期(s).采用整机的当量振动烈度V s为评定量标收稿日期:2002-09-13作者简介:李梅林(1946-),男,湖南湘潭人,湖南大学副教授.　V s =(E V x N x )2+(E V y N y )2+(E V z N z )2　(m m /s)式中V x ,V y ,V z ——x ,y ,z 三个方向上各规定测点的振动速度均方根值(mm /s);N x ,N y ,N z ——三个方向测点数.1.2　整机理论振级的计算发动机理论振级的计算一般采用简化法.设发动机为均质矩形体,长、宽、高分别为L ,B ,H ,质量为m ,发动机重心、几何形心与坐标原点重合(如图1),曲柄旋转角速度为k ,支承刚度为零.发动机在空间有六个自由度,因而有三种直线振动和三种角振动形式.图1　内燃机简化振动模型Fig.1　Simplifed patt rn o f v ibration for the intar nalcombustio n根据发动机平衡特性获得的各种激振力,可以求出它们的振动响应,即x ,y ,z 轴直线振动的合成位移振幅X V ,Y V ,Z V ,以及绕x ,y ,z 轴角振动的合成角位移j V ,h V ,θV ,V 为激振力简谐激振力.振动评估点应定于合成位移最大值处,即矩形体的边界位置,因此,在x ,y ,z 轴方向最大振动速度的合成振幅为Vx =X 1k +2x 2k +L 2j 1k +L j 2k +B 2W Eθv V V y =Y 1k +2Y 2k +L 2j 1k +L j 2k +B 2W E θv V V z =H 2j 1k +H j 2k +B 2O 1w +B O 2k 评估整机理论振级的当量振动烈度为V s =12(V 2x +V 2y +V 2z)　(mm /s)2　测量对象及条件2.1　柴油机主要技术参数型号:6105Q -1C;型式:直列、水冷、四冲程;缸径×行程:105mm ×102m m;缸数:6缸;燃烧室型式:直喷式;标定工况(15min):103kW /(2800r /min).2.2　测量设备及仪器传感器:型号4321,制造厂为丹麦B &K 公司分析仪:型号1NV306,制造厂为中国东方振动噪声研究所2.3　测量工况柴油机调至标定工况点103kW /(2800r /min)进行测量.2.4　测量条件柴油机试验台架采用刚性支承和弹性柱销联轴器联结,如图2所示.柴油机曲轴与测功机轴的位置偏差为Δy =0.16m m,ΔT =0.12°,满足GB5014-85弹性柱销联轴器许用补偿量标准的要求.试验环境:空气压力　99.65kPa;空气温度　31℃;相对湿度　56%.图2　柴油机台架支承联结示意图Fig.2　The sketch map o f suppor ting bind fo r the bedo f diesel eng ine3　测量与计算3.1　测点的布置根据振动评估点应定于合成位移最大值处,即发动机的边界位置,故测点布置如图3所示.3.2　测量方向在每一个测点依次安装三向加速度传感器,由1NV306分析仪同时测取互相垂直三个方向的振动.与柴油机安装平面垂直的方向称“垂向”,用y 表示,曲轴轴向称“纵向”,用z 表示,垂直于y —z 平面方向称“横向”,用x 表示.42　湖南大学学报(自然科学版) 2003年No1:机体前端上沿; No2:机体后端上沿;No3:机体前端支座(左);　No4:机体前端支座(右);No5:机体后端支座(注:机体前、后端分别指飞轮端和自由端)图3　振动测点布置图Fig.3　Ar rang ment o f the surv ey point fo r v ibr atio n3.3　振动烈度的计算使用三向加速度传感器与1NV306分析仪可直接测得各点的加速度频谱,经计算得速度频谱.在速度频谱(1024条谱线)中选择足够多的振动速度幅值V n,通过下式求得振动烈度:V rms=0.5(V21+V22+…+V2n)再计算得到当量振动烈度V s=(z-V rms,xN x)2+(z-V rms,yN y2+(z-V rms,zN z)2其中,V rms,x,V rms,y,V rms,z,分别为x,y,z方向上各点的振动烈度(mm/s);N x,N y,N z分别为三个方向上的测点数.4　测量结果6205Q-1C型柴油机工作时的振动烈度,其测量结果如表 1.表1　x,y,z方向上各点的振动烈度(mm/s) Tab.1　Vibration intensity of each point on the x,y,z directionV V rms,x V rms,y V rm s,z V s127.42013.34513.565224.2408.165 6.430321.62520.93014.715426.645 1.86018.485524.39512.8200.083830.615　结论与建议5.1　结　论1)当量振动烈度V s=30.61m m/s,按GB10397-89《中小功率柴油机振动评级》国家标准属D级.2)横向振动偏大.其原因是横向激动力偏大,横向机体刚度小.3)前端振动偏大.5.2　建　议减轻振动可采取提高有关零部件制造精度与质量,减少活塞侧向推力,改进机体结构形式、合理采用加强筋以提高机体的横向刚度等措施.参考文献[1]　朱仙鼎主编.中国内燃机工程师手册[M].上海:科学技术出版社,2000.[2]　GB7184-87,中、小型柴油机振动测试方法[S].[3]　GB1105-87,内燃机台架性能试验方法[S].[4]　GB10398-89,中小功率柴油机振动评级[S].43　第2期 李梅林等:车用发动机振动测试研究。