1 0 0 0 z i - yi [ E] = 0 1 0 - zi 0 x i
0 0 1 yi - xi 0
2 发动机振动测试方法
2. 1 测试条件及对象
图 2 发动机振动测点布置示意图
b) 整车测试转速为驾驶员感觉振动最明显的 怠速( 约 880r/ min) 。测试 点共 3 个 点, 分别 为发 动机盖打开后车前端上部、驾驶员车门处外侧、驾 驶员座椅固定处。
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张晨彬, 等 轿车发动机振动测试及分析
图 3 振动加速度频谱
从图 3 中可以看出: 1) 垂向( ch2) 振动最为严 重; 2) 三 个 方 向 的 振 动 能 量 最 大 部 分 集 中 于 250Hz 以内; 3) 频谱中最大振动值出现在二级惯 性力频率( 66. 66H z) 处; 燃烧频率和曲轴转频处谱 值相对较小, 但其高次谐波成分较多故振动能量不 应忽视。因此可得出二级往复惯性力是该发动机 的主要振动激振源, 但是因为曲轴和飞轮等旋转部 件多存在不平衡质量引起不平衡的离心惯性力也 是产生振动的激振源。
M achi ne Bui ldi ng & Au tomati on , Fed 2006 , 35 ( 1 ) : 65 ~ 67 , 69
3 结论与建议
通过对该型号发动机及其相关整车的振动试 验, 获得了该发动机的振动基本情况、相关特性和 主要振源等信息, 为进一步对发动机机体或相关部
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轿车发动机振动测试及分析
张晨彬, 薛澄岐
( 东南大学 机械工程系, 江苏 南京 210096)
摘 要: 对某型号直列四缸发动机机体及其在整车中的振动状态进行了原理分析及试验测试, 掌握了该发动机整体振动状态、隔振器联结处附近的振动状态以及相关整车处测点的振动状 态。从而为发动机机体及其零部件和整车的减振研究和发动机隔振器的设计、改进提供了参 考数据。 关键词: 直列四缸发动机; 整车; 隔振器; 振动测试 中图分类号: U467 2 文献标识码: B 文章编号: 1671- 5276( 2006) 01- 0065- 03
0 引言
随着社会发展汽车驾乘的舒适性逐渐成为人 们关注的问题, 这使得发动机减振日益成为研究的 重点。除此之外, 当发动机产生强烈振动时不仅使 机体本身振动, 还使得发动机内部的零部件及各种 附属装置、车架等均产生振动, 从而影响车辆的工 作性能、寿命以及车辆周围的环境。因此必须采取 有效的减振措施以消减发动机的各种抖动, 使其不 传或少传到车架和外部环境中去。本文介绍了对 常见于轿车中的直列四缸汽油发动机进行了相关 的振动测试, 并对测试数据进行分析提出了相应的 改进建议。
表 1 各转速关键测点垂向加速 度值
转速 r/ min
880
阶数 一阶 二阶
加速度值/ ( m/ s2)
测点 3
测点 4
测点 5
0. 07
0. 17
0. 15
1. 01
2. 30
3. 35
2 000
一阶 二阶
2. 11 7. 45
1. 23 5. 21
3. 14 7. 90
3 000
一阶 二阶
5. 41 14. 27
分析仪: AZ208 型带 DSP 并行口数 据采集箱 及安正 CRAS 机器振动状态监测系统, 制造商为南 京安正软件工程有限责任公司, X86 计算机一台。
2. 2 测试内容
a) 发动机与台架刚性联接并在满负荷条件下 分别于 怠 速 ( 约 880r/ min) 、1 500r/ min、2 000r/ min、3 000r/ min、4 000r/ min、5 000r/ m in 五种转速 下进行测试。测试点共 5 个点, 分别为是发动机与 隔振器、车 架相联接点附近对 应的刚性支架 处位 置。( 发动机振动测点布置示意图如图 2 所示) ;
c) 由于发动机对整车振动影响比较复杂, 故 主要针对该车型整车最明显的振动状态进行部分 测量, 即在怠速下对驾驶员感受振动较为明显的位 置进行测量, 该测量结果见表 2。从表 2 中可以看 到振动强度明显减小并随着远离发动机和隔振装 置的作用而减弱。其中垂向和横向振动较为明显, 这与低转速时燃气压力所引起的侧倾振动有关。
表 2 怠速下各测点各方向加速 度值
测点方向
测 点 垂向振动值 纵向振动值 横向振动值
测点 1 测点 2 测点 3
加速度值/ ( m/ s2)
0. 17
0. 04
0. 03
0. 03
0. 03
0. 02
0. 11 0. 13 0. 02
图 4 振动 加速度与转速关系
b) 由于垂向加速度能够较为直观的表示出发 动机不同转速下不同测点的振动状况, 故将不同测 点在各转速下的垂向加速度值列于表 1。
3 测试数据处理分析
3. 1 分析方法
试验对数台新出厂的该型号发动机进行测试 并总结, 对各个测点的加速度频谱进行分析, 以掌 握发动机整体振动状况, 并且对振动较大的频率进 行归纳分析, 并与主振频率下的幅值进行对比得出 振动较为严重的频率范围, 找出影响振动状态的因 素。
3. 2 数据分析
a) 从测试所得加速度频谱图中任选取一张频 谱图( 图 3) , 该图表示 2 000r/ min 时测点 3 处三个 方向的振动加速度均方根值;
1 发动机振动原理分析
引起该类型直列四缸汽油发动机振动的主要 激励可能来于三个方面: 1) 活塞连杆等往复运动 部件的往复惯性力 ; 2) 由曲轴飞轮等旋转部件上 不平衡质量引起的离心惯性力; 3) 燃气压力。下 面分别对该三种激励进行分析:
1. 1 往复惯性力
M achi ne Bui ldi ng &65 ~ 67 , 69
将测试所得加速度频谱图部分数据整理成图 4, 它是在 2 000r/ min 时测点 3 处振动加速度均方 根值与转速的关系曲线图。从图 4 可以看出, 垂向 振动较其他两方向大, 且垂向加速度随转速的变化 与二级惯性力变化趋势基本一致, 均近似二次抛物 曲线。这是因为二级惯性力的作用方向沿垂直方 向, 对垂直方向的振动产生直接激励。
Vibration Test and Analysis of Car Engine
ZHANG Chen- bin, XU E Cheng-qi ( T he Department of Mechanical Eng ineering , Sout heast U niversity, JS Nanjing 210096, China) Abstract: Based on vibration t est and analysis of some model inline four- cylinder eng ine and it s running s st at e in w hole car, the vibrat ional st ate has been found of w hole eng ine and t he connect ing point of isolat or, and correlated measuring posit ion s vibrational state in w hole car as w ell, providing t he ref erence dat a for research on v ibrat ion- reduct ion of eng ine, desig n of related spare parts and t he whole car. It also helps t o implement improvem ent of engine isolators. Key words: inline f our- cy linder engine; t he w hole car; isolator; v ibration test
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整机振动几乎没有影响, 也不会引起不平衡力矩。
1. 3 燃气压力
燃气压力是发动机的内力, 在机体内平衡不会 向外传递, 但是当其变化剧烈时会引起倾翻力矩使 得发动机产生振动。由于曲轴每转两周产生一个 燃气压力高峰, 所以燃气压力的频率为曲轴回转力 的一半。
1. 4 发动机作为整机的刚体振动
如图 1 所示的发动机整体振动系统物理模型, 共有前后、左右、上下三个方向的直线运动和绕各 轴的回转运动共六种, 以十几赫兹以下的低频振动 为对象。这种振动可以用发动机气缸数、曲轴结构 和惯性力平衡理论加以说明, 但是对于容易出问题 的侧倾不能忽略燃气压力的变动, 特别是在惯性小 的低速情况下, 燃气压力会成为支配因素。
4. 46 10. 60
3. 87 13. 10
4 000
一阶 二阶
10. 67 28. 39
10. 16 22. 30
8. 86 46. 58
5 000
一阶 二阶
17. 23 56. 80
23. 47 32. 26
26. 64 48. 83
从表 1 可以看出, 在发动机各测点处二阶惯性 力频率处的振动量最大, 且随着转速的增加振动加 速度量也大大增加, 这与前面所得的二级往复惯性 力是该发动机的主要激振源结论相吻合。另外从 表 1 中可以看出测点 5 处( 发动机左后支撑处) 的 振动量大于其他两支撑处( 前支撑处, 右后支撑处) 的振动量, 这是因为右后悬置支撑处承载着发动机 大部分质量, 各方面的惯性力和反作用力矩影响较 为明显。
图 1 发动机整机振动系统物理模型