【摘 要】
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发动机是汽车振动的主要激励源,影响汽车的动力性、经济性和舒适性。在当前汽车行业朝着低能耗、高效能发展的背景下,发动机轻量化成为新兴的发展趋势,关于发动机振动的分析与控制问题成为世界各国广泛关注和研究的重点。采用新材料轻量化后的发动机机体质量变轻,占发动机总质量比重下降,其振动情况必然发生变化。为准确描述轻量化发动机的振动状况、反映发动机在不同运行状态下的振动损失效率,本文主要从以下几个方面展开研究
【基金项目】
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内蒙古自治区自然基金委员会联合项目——动力机械设备六自由度防振系统研究（2018LH05037）；
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发动机是汽车振动的主要激励源,影响汽车的动力性、经济性和舒适性。在当前汽车行业朝着低能耗、高效能发展的背景下,发动机轻量化成为新兴的发展趋势,关于发动机振动的分析与控制问题成为世界各国广泛关注和研究的重点。采用新材料轻量化后的发动机机体质量变轻,占发动机总质量比重下降,其振动情况必然发生变化。为准确描述轻量化发动机的振动状况、反映发动机在不同运行状态下的振动损失效率,本文主要从以下几个方面展开研究:（1）发动机测功原理及试验台架。从测功机如何测量功率的原理入手,搭建了AJR发动机测功台架系统。基于发动机测功台架的原理、组成及电涡流测功机的工作原理,依据热力学原理,设计一套适用于GW100B电涡流测功机的水冷却系统,在MATLAB/Simulink中对水冷却系统进行仿真验证。为推导发动机振动损失效率公式及开展振动试验奠定基础。（2）发动机隔振内力模型及振动损失效率。在对单缸发动机及直列四缸发动机的振动原因的分析的基础上,通过拉格朗日方程建立发动机动力学微分方程。提出发动机隔振的内力模型,以区别于传统的动力隔振外力模型,并对两者的误差进行分析。基于内力模型理论,定义并推导发动机单自由度、两自由度和六自由度的振动损失效率相关公式,为后续仿真及试验提供理论依据。（3）发动机振动仿真研究。基于动力隔振内力模型及发动机单自由度振动损失效率理论,通过MATLAB/Simscape平台建立发动机振动仿真模型,研究发动机机体和运动部件的振动情况,计算发动机不同工况下的时域振动损失效率。（4）发动机振动测试及信号分析。以三点支撑的桑塔纳2000-AJR发动机台架为基础,结合DH5922动态信号测试分析系统,搭建振动测试试验系统。通过试验采集发动机启动工况和怠速工况下的发动机振动加速度信号、扭矩信号、转速信号,应用MATLAB软件对数据进行分析处理,并计算发动的实际振动损失效率。研究结果表明:采用传统的隔振外力模型描述轻量化发动机的振动情况存在误差;提出的动力隔振内力模型能够更准确地描述发动机振动;推导的振动损失效率用来描述发动机有效输出功率和振动损失功率;利用MATLAB/Simscape仿真平台和试验台架,得到发动机在不同运行工况下的振动状况,并计算了对应的振动损失效率。研究结果证明了动力隔振内力模型的准确性,为研究轻量化发动机的振动情况提供更好的理论方法。研究结果可对发动机及其他动力机械的质量设计、振动控制方面提供一种新视角。
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