动力总成振动CAE与试验对比分析.docx

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动力总成振动CAE与试验对比分析

动力总成振动CAE与试验对比分析

作者：

长安汽车股份有限公司张磊周舟余波

摘要：

基于LMS-Testlab软件，对长安某量产发动机进行发动机振动测试，判断其表面振动水平。

同时，利用测试结果，与仿真计算结果进行对比，确认计算结果的正确性。

结果表明，应用LMS-Testlab系统的发动机振动测试能够准确地获得发动机的振动特性数据。

关键词：

LMS-Testlab、发动机、振动测试

1.前言

在发动机开发的中后期，如何准确地对即将推向市场的产品的性能进行验证显得十分重要，这也是试验工作的重要意义之一。

对于发动机的NVH性能的试验验证工作来说，同样如此。

众所周知，发动机NVH是个复杂的概念，包括发动机的振动、噪声以及个体对振动和噪声的主观评价等。

客观地说，噪声与振动也相互联系，因为发动机一部分噪声由结构表面振动直接辐射，另一部分由发动机燃烧和进排气通过空气传播。

除此之外，发动机附件（如风扇）也存在噪声贡献。

本文仅考虑发动机结构振动问题，即对发动机表面特性（速度、加速度等）进行试验研究，判断该发动机振动水平，同时与仿真结果进行对比，达到相互验证的目的。

图1结构噪声产生机理

2.发动机结构振动测试流程简介

图2发动机结构振动测试流程

如图2所示，发动机结构振动测试流程包括以下几个步骤：

（1）发动机台架安装。

将发动机安装上台架，同时连接好线束，连接进、排气管道和燃油管道。

（2）发动机点火。

控制试验设备，进行发动机点火，确认发动机能够在各种工况和各转速下能够正常运转。

（3）传感器布点、连线。

根据试验要求，选择适当传感器以及布点位置，同时，连接传感器到测试仪器。

（4）采样参数设置。

根据试验要求，选择适当的采样参数，包括：

频率分辨率、分析频率线数、采样时长、时间步长。

（5）发动机振动测试。

发动机点火，对各种工况、转速进行多次振动测试，采集数据。

（6）结果后处理。

振动结果主要包括速度级、加速度级（1/3倍频程）。

3.实例分析

3.1分析对象

以一款成熟的直列四缸1.5L发动机为平台，对其进行台架振动测试，并与分析结果相比较。

发动机的部分参数如下表所示：

3.2坐标定义

为了便于以后叙述，对动力总成进行了坐标定义，如图3。

图3动力总成坐标系

3.3试验安装及传感器布置

参照GB7184-87，在半消声室中进行整机振动测试，如图4所示。

其中，总共对47处发动机及其外围部件表面进行了测试。

本文中选择了3处传感器试验结果进行分析，包括变速箱支架端（三向传感器）、差速器底部（三向传感器）以及缸体群部中部（单向传感器）。

传感器输出为速度信号。

3.4采样参数及试验工况

本次试验的采样参数如下：

试验工况如表3所示。

3.5试验结果评判

振动特性与速度响应的高频成分有关（大于400Hz），低频成分则对应于疲劳特性。

这里只考虑其振动特性，即400Hz以上的速度级小于105dB。

3.5.1变速箱支架端振动结果

图5变速箱支架端振动结果比较-2000rpm

图6变速箱支架端振动结果比较-5500rpm

从结果中可以看出，高速时，变速器支架的X和Y方向在300Hz到800Hz频域内，表面速度级较大，超出了限值。

3.5.2差速器底部振动结果

从结果中可以看出，各转速下的速度结果都小于限值。

因此，差速器底部的振动特性较好。

3.5.3缸体群部中部振动结果比较

图9缸体群部中部振动结果-2000rpm图10缸体群部中部振动结果-5500rpm

从结果中可以看出，各转速下的速度结果都小于限值。

因此，缸体群部中部的振动特性较好。

3.6试验结果与仿真结果的比较

试验结果和仿真结果同时用1/3倍频程表示。

其中，试验结果包括满载、半载和空载，在图中，分别用黑色、红色和蓝色的细线段表示，而仿真结果仅包括满载情况，用矩形粗线段表示。

3.6.1变速箱支架端振动结果比较

仿真和试验的1/3倍频程结果和Campbell如图11到图13所示。

图11变速箱支架端振动结果比较-2000rpm图12变速箱支架端振动结果比较-5500rpm

图13变速箱支架端振动结果比较-Campbell

从结果可以看出，X方向上：

􀂾仿真与试验结果都在4000rpm以上出现宽频带的响应。

􀂾500Hz以下的频率范围中，仿真与试验结果同时反映出3.5和5.5谐次的振动响应，幅值接近105dB。

􀂾250～500Hz范围内，仿真和试验结果的幅值状态也一致。

􀂾高速下，高频带700~800Hz反映出另一共振区域，但频率稍有差异。

Y方向上：

􀂾仿真与试验结果都明确反映了2.5谐次的振动响应。

􀂾4500rpm以上，仿真与试验结果都明确反映出200~700Hz的宽频带响应，幅值大小也基本一致。

Z方向上：

􀂾仿真与试验结果都明确反映了2谐次和3.5谐次的振动响应。

􀂾仿真与试验结果都明确反映出，Z向振动以300以下的谐频响应为主，在220Hz附近受动力总成弯曲模态的影响，但无明显的共振现象发生。

3.6.2差速器底部振动结果比较

图14差速器底部振动结果比较-2000rpm图15差速器底部振动结果比较-5500rpm

比较仿真和试验结果可以看出，

各个转速下，除低频外，两者在整个分析频域下都比较接近。

低频处的不协调可能是由于悬置橡胶参数的不准确造成的，需要对橡胶参数进行进一步测试。

3.6.3缸体群部中部振动结果比较

图16缸体群部中部振动结果比较-2000rpm图17缸体群部中部振动结果比较-5500rpm

比较仿真和试验结果可以看出，大部分分析频率范围内，仿真和仿真结果比较接近。

4.结语

（1）应用LMS-Testlab软件的发动机振动测试，能够准确地获得发动机的振动特性数据，有力地支撑发动机后期开发工作。

（2）同时，应用LMS-Testlab软件能够进行发动机辐射噪声测试、间接的燃烧噪声测试以及零件声功率贡献量分析等。