[发明专利]一种发动机扭转减振器的参数优化方法

说明书

本发明公开了一种发动机扭转减振器的参数优化方法，包括：建立曲轴多自由度扭转模型，计算曲轴系统的第一阶扭振模态振型和第一阶固有频率，确定曲轴系统在幅值最大自由度处的模态惯量，计算扭转减振器的转动惯量、固有频率和阻尼系数，计算扭转减振器的固有频率调整因子β的最优解，计算调整后的扭转减振器的固有频率ω_opt和刚度K_opt，以K_opt作为设计扭转减振器的刚度参数，使曲轴与TVD耦合后曲轴Hub端的第一阶共振弱，第二阶共振强，进而使曲轴Hub端的Overall角加速度曲线随转速呈近似线性增长，更好的实现了TVD与曲轴系统的合理匹配，能提升发动机的NVH性能。

技术领域

本发明属于机械转动与振动噪声技术领域，具体涉及一种发动机扭转减振器的参数优化方法。

背景技术

发动机曲轴的扭振是一种普遍存在的振动形式，扭振会使曲轴产生附加应力，在共振转速范围内引起较大噪声，直接影响到发动机的NVH性能与曲轴的疲劳耐久性。随着发动机朝大功率高转速发展，扭振受到了工程技术人员越来越多的关注。

在曲轴前端安装扭转减振器(即TVD)是抑制曲轴扭转共振最常用的方法。目前已有大量的学者对安装在发动机曲轴上的TVD的优化匹配问题进行了比较深入的研究。TVD的参数设计方法有多种，由于其原理与动力吸振器和同调质量阻尼器相同，在设计时可以参照动力吸振器和同调质量阻尼器的研究方法。在与多自由度曲轴系统相匹配的减振器参数优化中，目标函数的选择有多种形式，大致可分为：极小化其中一个自由度的共振峰值或最大加速度；极小化所有自由度共振峰值的加权或平方和；极小化某两个自由度之间的最大传递率；极小化主振系的最大功率流。

使用以上方法均能设计出有一定减振效果的TVD，但针对曲轴的TVD的参数优化，最简单与常见的方法为模态惯量法，即将曲轴多自由度系统在前端等效成一个单自由度系统，再利用最优同调公式计算出TVD参数。这种方法的核心思想是使等效后的单自由度系统频响曲线的两个共振峰等高(即最优同调)，该方法简单快捷，但使用该方法对曲轴的TVD的参数进行优化时存在以下几个问题：

1)TVD与曲轴连接后存在2阶共振模态，在工程上通常希望将较低的共振峰留在常规转速区间，将较高的共振峰推向较少到达的高转速区间，而最优同调公式的设计思想是得到相等高度的两个共振峰，因此往往无法达到工程上的要求。

2)Den Hartog的最优同调公式是基于无阻尼主振系推导得到的，而曲轴系统是弱阻尼系统，使用该公式计算时未考虑曲系统的阻尼对优化结果带来的影响。

3)TVD的橡胶(即扭转减振器的橡胶)阻尼较小，无法达到Den Hartog最优同调公式计算出的最优阻尼值(即扭转减振器的阻尼系数参考值)。

4)发动机前端的响应是各个阶次的响应叠加后得到的，最优同调公式只是在一个阶次激励下推导得到的结果；当某一阶次激励的频响曲线处于同调状态时，各阶次响应叠加后的频响曲线并不处于同调状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种发动机扭转减振器的参数优化方法，以更好的实现TVD与曲轴系统的合理匹配，提升发动机的NVH性能。

本发明所述的发动机扭转减振器的参数优化方法，包括：

S1、在仿真平台中建立曲轴系统多自由度扭振模型，该扭振模型的振动方程为：其中，J表示转动惯量矩阵、C表示阻尼矩阵、K表示刚度矩阵、T表示激振力矩列向量、θ表示角位移向量、表示角速度向量、表示角加速度向量；

S2、对曲轴系统多自由度扭振模型进行自由振动分析，计算曲轴系统的第一阶扭振模态振型[y₁,y₂,…,y_N]^T和曲轴系统的第一阶固有频率ω_n，其中，N表示曲轴系统多自由度扭振模型的自由度个数；