動力總成振動CAE與試驗(yàn)對比分析

2017-03-02  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

基于LMS-Testlab軟件,對長安某量產(chǎn)發(fā)動機(jī)進(jìn)行發(fā)動機(jī)振動測試,判斷其表面振動水平。同時,利用測試結(jié)果,與仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比,確認(rèn)計(jì)算結(jié)果的正確性。結(jié)果表明,應(yīng)用LMS-Testlab系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)振動測試能夠準(zhǔn)確地獲得發(fā)動機(jī)的振動特性數(shù)據(jù)。

1 前言

在發(fā)動機(jī)開發(fā)的中后期,如何準(zhǔn)確地對即將推向市場的產(chǎn)品的性能進(jìn)行驗(yàn)證顯得十分重要,這也是試驗(yàn)工作的重要意義之一。對于發(fā)動機(jī)的NVH性能的試驗(yàn)驗(yàn)證工作來說,同樣如此。
眾所周知,發(fā)動機(jī)NVH是個復(fù)雜的概念,包括發(fā)動機(jī)的振動、噪聲以及個體對振動和噪聲的主觀評價等?？陀^地說,噪聲與振動也相互聯(lián)系,因?yàn)榘l(fā)動機(jī)一部分噪聲由結(jié)構(gòu)表面振動直接輻射,另一部分由發(fā)動機(jī)燃燒和進(jìn)排氣通過空氣傳播。除此之外,發(fā)動機(jī)附件(如風(fēng)扇)也存在噪聲貢獻(xiàn)。本文僅考慮發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)振動問題,即對發(fā)動機(jī)表面特性(速度、加速度等)進(jìn)行試驗(yàn)研究,判斷該發(fā)動機(jī)振動水平,同時與仿真結(jié)果進(jìn)行對比,達(dá)到相互驗(yàn)證的目的。

2 發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)振動測試流程簡介

如圖2所示,發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)振動測試流程包括以下幾個步驟:
(1)發(fā)動機(jī)臺架安裝。將發(fā)動機(jī)安裝上臺架,同時連接好線束,連接進(jìn)、排氣管道和燃油管道。
(2)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火?？刂圃囼?yàn)設(shè)備,進(jìn)行發(fā)動機(jī)點(diǎn)火,確認(rèn)發(fā)動機(jī)能夠在各種工況和各轉(zhuǎn)速下能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
(3)傳感器布點(diǎn)、連線。根據(jù)試驗(yàn)要求,選擇適當(dāng)傳感器以及布點(diǎn)位置,同時,連接傳感器到測試儀器。
(4)采樣參數(shù)設(shè)置。根據(jù)試驗(yàn)要求,選擇適當(dāng)?shù)牟蓸訁?shù),包括:頻率分辨率、分析頻率線數(shù)、采樣時長、時間步長。
(5)發(fā)動機(jī)振動測試。發(fā)動機(jī)點(diǎn)火,對各種工況、轉(zhuǎn)速進(jìn)行多次振動測試,采集數(shù)據(jù)。
(6)結(jié)果后處理。振動結(jié)果主要包括速度級、加速度級(1/3倍頻程)。
3 實(shí)例分析
3.1 分析對象
以一款成熟的直列四缸1.5L發(fā)動機(jī)為平臺,對其進(jìn)行臺架振動測試,并與分析結(jié)果相比較。
發(fā)動機(jī)的部分參數(shù)如下表所示:

3.2 坐標(biāo)定義
為了便于以后敘述,對動力總成進(jìn)行了坐標(biāo)定義,如圖3。

3.3 試驗(yàn)安裝及傳感器布置
參照GB7184-87,在半消聲室中進(jìn)行整機(jī)振動測試,如圖4所示。其中,總共對47處發(fā)動機(jī)及其外圍部件表面進(jìn)行了測試。本文中選擇了3處傳感器試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,包括變速箱支架端(三向傳感器)、差速器底部(三向傳感器)以及缸體群部中部(單向傳感器)。傳感器輸出為速度信號。

3.4 采樣參數(shù)及試驗(yàn)工況
本次試驗(yàn)的采樣參數(shù)如下:

試驗(yàn)工況如表3所示。

3.5 試驗(yàn)結(jié)果評判
振動特性與速度響應(yīng)的高頻成分有關(guān)(大于400Hz),低頻成分則對應(yīng)于疲勞特性。這里只考慮其振動特性,即400Hz以上的速度級小于105dB。
3.5.1 變速箱支架端振動結(jié)果

圖5 變速箱支架端振動結(jié)果比較-2000rpm 圖6 變速箱支架端振動結(jié)果比較-5500rpm

從結(jié)果中可以看出,高速時,變速器支架的X和Y方向在300Hz到800Hz頻域內(nèi),表面速度級較大,超出了限值。

3.5.2 差速器底部振動結(jié)果

圖7 差速器底部振動結(jié)果-2000rpm 圖8 差速器底部振動結(jié)果-5500rpm

從結(jié)果中可以看出,各轉(zhuǎn)速下的速度結(jié)果都小于限值。因此,差速器底部的振動特性較好。
3.5.3 缸體群部中部振動結(jié)果比較

圖9 缸體群部中部振動結(jié)果-2000rpm 圖10 缸體群部中部振動結(jié)果-5500rpm

從結(jié)果中可以看出,各轉(zhuǎn)速下的速度結(jié)果都小于限值。因此,缸體群部中部的振動特性較好。
3.6 試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的比較
試驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果同時用1/3倍頻程表示。其中,試驗(yàn)結(jié)果包括滿載、半載和空載,在圖中,分別用黑色、紅色和藍(lán)色的細(xì)線段表示,而仿真結(jié)果僅包括滿載情況,用矩形粗線段表示。
3.6.1 變速箱支架端振動結(jié)果比較
仿真和試驗(yàn)的1/3倍頻程結(jié)果和Campbell如圖11到圖13所示。

圖11 變速箱支架端振動結(jié)果比較-2000rpm 圖12 變速箱支架端振動結(jié)果比較-5500rpm

從結(jié)果可以看出,X方向上:
仿真與試驗(yàn)結(jié)果都在4000rpm以上出現(xiàn)寬頻帶的響應(yīng)。
500Hz以下的頻率范圍中,仿真與試驗(yàn)結(jié)果同時反映出3.5和5.5諧次的振動響應(yīng),幅值接近105dB。
250~500Hz范圍內(nèi),仿真和試驗(yàn)結(jié)果的幅值狀態(tài)也一致。
高速下,高頻帶700~800Hz反映出另一共振區(qū)域,但頻率稍有差異。
Y 方向上:
仿真與試驗(yàn)結(jié)果都明確反映了2.5諧次的振動響應(yīng)。
4500rpm以上,仿真與試驗(yàn)結(jié)果都明確反映出200~700Hz的寬頻帶響應(yīng),幅值大小也基本一致。
Z方向上:
仿真與試驗(yàn)結(jié)果都明確反映了2諧次和3.5諧次的振動響應(yīng)。
仿真與試驗(yàn)結(jié)果都明確反映出,Z向振動以300以下的諧頻響應(yīng)為主,在220Hz附近受動力總成彎曲
模態(tài)的影響,但無明顯的共振現(xiàn)象發(fā)生。

3.6.2 差速器底部振動結(jié)果比較

圖14 差速器底部振動結(jié)果比較-2000rpm 圖15 差速器底部振動結(jié)果比較-5500rpm

比較仿真和試驗(yàn)結(jié)果可以看出,
各個轉(zhuǎn)速下,除低頻外,兩者在整個分析頻域下都比較接近。
低頻處的不協(xié)調(diào)可能是由于懸置橡膠參數(shù)的不準(zhǔn)確造成的,需要對橡膠參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步測試。
3.6.3 缸體群部中部振動結(jié)果比較

圖16 缸體群部中部振動結(jié)果比較-2000rpm 圖17 缸體群部中部振動結(jié)果比較-5500rpm

比較仿真和試驗(yàn)結(jié)果可以看出,
大部分分析頻率范圍內(nèi),仿真和仿真結(jié)果比較接近。
4 結(jié)語
(1)應(yīng)用LMS-Testlab軟件的發(fā)動機(jī)振動測試,能夠準(zhǔn)確地獲得發(fā)動機(jī)的振動特性數(shù)據(jù),有力地支撐發(fā)動機(jī)后期開發(fā)工作。
(2)同時,應(yīng)用LMS-Testlab軟件能夠進(jìn)行發(fā)動機(jī)輻射噪聲測試、間接的燃燒噪聲測試以及零件聲功率貢獻(xiàn)量分析等。

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