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基于GT-Crank的某汽油发动机曲轴系扭转振动研究 Research of torsional vibration of a gasoline engine’s crankshaft system based on GT-Crank 王江涛 史来锋 朱兰 蔡志强 王伟民 （东风汽车公司技术中心 430056） 摘要: 摘摘要要::运用GT-Crank软件建立了某汽油发动机曲轴系扭转振动仿真模型，并进行了相关试 验测试。通过对比分析，对仿真计算模型进行了一系列修正。在修正后的模型基础上重新进 行了扭转振动计算，新的计算结果与试验测试结果吻合较好。 关键词： 关关键键词词：：汽油发动机、曲轴、扭转振动、GT-Crank、扭振测试 Abstract: AAbbssttrraacctt:: The paper uses the GT-Crank to establish the torsional vibration calculation model of a new gasoline engine，and torsional vibration tests have been done. Through analyzing and comparing the test results and the calculation results, the author updates the calculation model. On the basis of the updated model, the author calculates the torsional vibration again. And the calculation results of the updated model show that it is fit with the test results well. Key words: KKeeyy wwoorrddss::Gasoline Engine、Crankshaft、Torsional Vibration、 GT-Crank、Torsional Vibration Tests 1前言 发动机曲轴系的扭转振动是影响其动力装置安全运行的重要因素之一。曲轴系由曲轴和 随曲轴一起转动的零件组成。由于曲轴系本身不是绝对刚性的，它除了具有惯性外还有弹性， 当受到周期性变化的气缸内气体压力产生的激励力矩和运动质量产生的惯性力矩时，曲轴系 就会产生扭转振动。曲轴系扭转振动的存在，不仅破坏了曲轴的原有平衡状态，使机体的振 动和噪声显著增大，还影响配气和喷油定时，产生附加载荷加剧传动齿轮的磨损，严重时还 会使曲轴断裂。因此，在曲轴系设计中进行扭转振动分析有着十分重要的意义[1][2]。 为了在发动机设计的前期对产品的可靠性进行有效的预测和控制，在某新汽油发动机的 设计开发过程中，利用GT-Crank 软件建立了曲轴系模型，并对其进行了扭转振动计算。而 后，在该发动机的样机试验阶段，进行了曲轴系扭转振动测试。利用试验数据对仿真计算模 型进行了标定。 2 扭转振动计算方法 曲轴系扭转振动的计算主要有以下三个步骤：(1)当量系统的换算；(2)自由振动计算； [3][4] (3)强迫振动计算 。 2.1 当量系统换算 由于实际发动机的曲轴系十分复杂，无法对其进行建模计算。因此，必须按照振动特性 不变的原则，将其转化为可以进行建模计算的当量系统。当量系统一般由只有惯量而无弹性 的集中质量和只有弹性而无惯量的轴段组成。图1为典型四缸机的当量系统转化示意图。 图1 当量系统换算示意图 图2 无阻尼自由振动当量系统示意图 2.2 无阻尼自由振动计算 由n个质量组成的曲轴系扭转振动计算当量系统，如图2所示。 分别对每一个质量取分离体，由于单个质量只受惯性力矩和弹性力矩，故有以下微分方 程： 第一质量：I*ψ〞+K *（ψ -ψ）=0 1 1 12 1 2 第二质量：I*ψ〞+K *（ψ -ψ）+ K *（ψ-ψ ）=0 2 2 12 2 1 23 2 3 …… …… 第n质量：I*ψ 〞+K