航空发动机附件传动齿轮系技术发展分析

阐述了开展航空发动机附件传动齿轮系设计技术研究的必要性,分析了典型航空发动机附件传动齿轮系的技术特点,系统梳理了附件传动齿轮系在功能需求、设计布局、齿轮系形式、齿轮利用率等方面的技术发展趋势,提出了附件传动齿轮系简洁化、高速化与附件协同设计、分布式传动等发展建议。

基于Simdrive 3D软件对某发动机前端轮系仿真分析

利用Simdrive 3D软件建立某发动机的前端轮系模型,对其在额定张力和衰减状态下进行动态仿真分析,通过对各带段每楔皮带张力、张紧臂摆角、打滑率和抖动量等指标进行校核,该发动机前端轮系满足设计要求。

无人船发动机前端附件驱动系统横向振动性能研究

通过对无人船发动机前端附件驱动系统横向振动特性分析,提高发动机输出稳定性和状态监测能力,提出基于动力学和结构可靠性分析的驱动系统横向振动分析模型,采用载荷引起的应变信号特征分析方法,提取前端附件驱动系统横向振动信号模型,对振动信号进行不同速度等级下载荷分析和动态响应特征提取,结合对部件的动力学和结构可靠性特征分析,根据信号幅频特征提取结果以及振动惯性参数检测结果实现对驱动系统横向振动性能动态分析。测试表明,该方法对驱动系统横向振动的动态监测能力好,实验结果验证了该方法对振动特性数值建模方法的可靠性与精度。

发动机前端轮系怠速异响问题的分析与优化

针对发动机前端轮系怠速工况下518/540 Hz左右异响,振动噪声测试结果显示,轮系怠速异响与张紧器相关。通过轮系仿真计算和声传函测试确认轮系皮带存在与异响相近模态频率。根据激励-路径-响应原理,分别从激励和路径上对该问题进行优化。激励方面,通过调整皮带长度改变轮系皮带模态频率,使张紧器540 Hz振动明显减小;路径方面,通过调整张紧器阻尼或改变张紧轮结构有效减小异响幅值。发动机前端轮系怠速异响的分析过程提供了解决轮系异响问题的基本思路和分析逻辑,同时对发动机其他异响问题的解决具有一定的借鉴意义。

前端轮系振动引起的压缩机啸叫分析与优化

振动噪声控制是前端轮系开发中的关键技术,对于轮系附件振动引起的噪声问题,行业内缺乏系统和实践研究。以某BSG(Belt-Driven Starter Generator)混动车型出现的空调压缩机啸叫问题为研究对象,通过压缩机台架试验、冷媒压力脉动分析和整车路径排查,确定噪声主要由压缩机激励皮带和轮系附件模态所致,并通过发动机悬置和车身传递到车内;结合模态测试和仿真手段,提出有效的工程化方案,方案实施后啸叫阶次降低15 dB以上,车内声品质得到明显改善。在解决问题的同时,为前端轮系附件的NVH设计,提供很好的工程实践经验。

某MPV发动机附件驱动系统和附件皮带设计开发

针对某多用途车(Multi-Purpose Vehicle,MPV)发动机所驱动负载的需要,为其重新设计了附件驱动系统,并开发了用于驱动转向泵和压缩机的附件皮带。在开发过程中,对皮带进行了静态和动态仿真计算,计算结果表明,轮系的皮带包角、皮带抖动和滑移率均满足设计要求。对皮带进行了近1000h的台架试验,皮带未出现任何异常,满足试验要求。为了验证皮带在整车上的运转效果,进行了总试验里程达4000km以上的整车耐久搭载验证试验。试验过程中,皮带未出现任何异常。试验结束后,皮带相关参数均符合规定特性,满足整车耐久试验考核需求。

发动机前端附件驱动系统旋转振动实测与计算方法

考虑各轮包角处带的蠕变、张紧器的阻尼和干摩擦转矩力及多谐波激励的作用,建立了八轮-带发动机前端附件驱动系统的旋转振动数学模型.给出了系统中皮带的静态和稳态张力、系统的固有频率、从动轮和张紧臂的角度波动、各带段的张力波动和带-轮间滑移因子的计算方法.多楔带传动系统的静态和动态特性的计算值与实测值吻合较好,验证了多楔带传动系统的建模方法、静态和动态特性的计算方法是正确的.计算结果表明,不考虑各轮包角处带的蠕变时,各带段的动态张力幅值和各个轮的滑移因子要比考虑带的蠕变时大.

CA6110系列发动机前端多楔带附件传动系统设计与开发

结合CA6110系列发动机前端多楔带附件传动系统的设计与开发工作,介绍了多楔带传动系统的设计程序,即设计功率、带速和传动比、带的有效长度和包角、带的张紧及楔数的确定;介绍了CA6110发动机原轮系布置与参数,多楔带布置方案,多楔带的校核,多楔带轮系的共面要求及轮系台架试验结果。

发动机前端附件驱动系统-曲轴扭振系统耦合建模与曲轴扭振分析

为了综合研究曲轴扭振与发动机前端附件驱动的系统(FEAD)的旋转振动,建立了发动机FEAD-曲轴扭振系统的耦合模型。两系统之间的连接是通过曲轴前端的扭转减振器。扭转减振器的惯量环可为驱动FEAD的皮带轮,或独立。利用建立的模型,计算系统的固有特性,研究曲轴前端安装不同形式的扭转减振器时,FEAD对曲轴扭振的影响和FEAD的动态负载波动对曲轴扭振的影响。研究结果表明:FEAD与曲轴扭振系统之间存在振动耦合;发动机的低频激励不会激起曲轴扭振,但易激起FEAD的旋转振动;高频激励易同时激起FEAD和曲轴系统的共振;FEAD对曲轴扭振有一定的衰减作用;考虑FEAD、扭转减振器具有独立的惯量环时,曲轴系统的扭振较皮带轮兼做惯量环时曲轴的扭振要小。只有当FEAD的动态负载波动等于或大于发动机单缸激振力矩的最大值时,FEAD动态负载波动的增大将增大曲轴的扭振。

具有单向离合器的多楔带附件驱动系统旋转振动建模及参数优化设计

建立有单向离合器装置的三轮-多楔带附件驱动系统的非线性旋转振动数学模型。用Gear数值算法求解从动轮与张紧臂的角度波动。计算结果表明,有单向离合器装置时从动轮与张紧臂的角度波动、各带段的动态张力、带-轮间的滑移率等系统动态特性均明显减小。计算、研究单向离合器弹簧刚度的大小、附件轴与从动轮转动惯量比的大小对系统动态特性的影响。以张紧臂角度波动、单向离合器弹簧扭矩、带-从动轮间的滑移率最小为优化目标,建立单向离合器弹簧刚度和附件轴转动惯量两参数优化设计数学模型。结果表明,优化后的系统参数,三轮-多楔带传动系统的动态特性均得到一定程度的改善。文中单向离合器装置三轮-多楔带传动系统的建模、动态特性求解及参数优化设计方法,为发动机前端附件驱动系统的旋转振动控制提供参考。

某液压张紧器阻尼特性的数学建模与有限元验证

以某发动机附件轮系液压式自动张紧器为研究对象,建立了考虑油液可压缩性的高压腔油压微分方程和单向阀小球运动微分方程;通过数值求解,得到了张紧器阻尼力示功曲线及相应的阻尼能和最大阻尼力。利用ADINA软件,建立了液压张紧器关键部分的流固耦合有限元模型,通过仿真计算得到了活塞受简谐位移激励时的阻尼特性,并与数学模型计算结果对比,两者结果吻合良好,表明所建数学模型的正确性,为今后研究设计参数对张紧器阻尼特性的影响奠定了基础。

附件驱动系统中自动张紧器的动态特性实测与建模分析

介绍了发动机前端附件驱动(Front End Accessory Drive,FEAD)系统中自动张紧器动态特性的实验测试方法和评价参数。测试和分析了预载扭矩、激振频率和激振振幅对张紧器动刚度和滞后角的影响。基于张紧器的预载扭矩、弹簧刚度、阻尼系数和张紧臂转动惯量四个参数,建立了表征张紧器扭矩-角位移关系的迟滞回线模型;采用最小二乘方法识别出张紧器迟滞回线模型的模型参数。对比张紧器动态特性的实测值和计算值,结果表明张紧器迟滞回线模型的建模方法是正确性。由张紧器扭矩-角位移关系曲线换算出张紧器的动刚度和等效粘性阻尼,建立了FEAD系统中张紧臂的旋转振动方程。FEAD系统旋转振动响应幅值的计算值和实验值吻合较好,这说明表征张紧器扭矩-角位移关系的迟滞回线模型,能为FEAD系统旋转振动的计算提供模型参考。

具有单向离合解耦器的发动机前端附件驱动系统的旋转振动建模及参数优化设计

建立了具有单向离合解耦器(Overrunning Alternator Decoupler,OAD)的八轮-多楔带发动机前端附件驱动系统的非线性旋转振动数学模型.采用Gear数值算法求解从动轮和张紧臂的角度波动.计算结果表明,有OAD装置时从动轮和张紧臂的角度波动、各带段的动态张力和带-轮间的滑移率等系统动态特性均明显减小.计算和研究了OAD弹簧刚度的大小、电机转子与电机轮惯量比的大小以及电机负载转矩的大小对系统动态特性的影响.以张紧臂角度波动、OAD弹簧转矩和带-电机轮间的滑移率最小为优化目标,建立了OAD弹簧刚度和电机转子转动惯量两参数的优化设计数学模型.结果表明,采用优化后的系统参数,该系统的动态特性均得到一定程度的改善.

发动机前端附件驱动系统布局分析与计算

发动机前端附件驱动系统布局对其性能有重要的影响,探讨了发动机前端附件驱动系统布局设计的要点,给出了自动张紧器的张紧臂支点位置和张紧臂角度确定的原则和计算方法,分析了自动张紧器弹簧刚度、臂长等参数对多楔带张力的影响.提出了发动机前端附件驱动系统多楔带张力的计算方法,讨论了附件轮布置次序对发动机前端附件驱动系统稳态特性的影响,并提出了改善附件驱动系统性能的方法.最后,给出了一个实例,验证了提出的计算方法的有效性.

单根带发动机附件驱动系统模型及其求解

单根带发动机附件驱动系统广泛应用到汽车工业中。根据是否考虑带段横向振动,将SBAD系统动力模型归纳为旋转运动模型和旋转—横向运动耦合模型两种类型,其中耦合模型又根据是否考虑带段的弯曲刚度分为弦线耦合模型和梁耦合模型;分析、总结了动力模型的特点;接着回顾、总结了SBAD系统动力模型的求解技术;最后对SBAD系统研究中存在的不足及进一步研究的重点进行了探讨,指出为更真实地描述SBAD系统,建模时应考虑系统的各种阻尼和SBAD系统新技术,及引入张紧器迟滞模型。

考虑OAP影响的汽车发动机FEAD系统动力学特性研究

汽车发动机前端附件驱动(Front end accessory drive,简称FEAD)系统的动力学特性直接影响汽车的噪声(Noise)、振动(Vibration)和声振粗糙度(Harshness),进而影响汽车的安全性和舒适性。建立了考虑发电机超越皮带轮(Overrunning alternator pulley,OAP)影响的FEAD系统的非线性旋转振动模型。分析了OAP对FEAD系统动态特性的影响,得到了OAP系统刚度对张紧轮角度波动、带段B1和B3动态张力的影响。研究为FEAD系统和OAP的优化设计提供了必要的理论依据和实践指导。

多楔带附件驱动系统旋转振动方程的通程式方法

建立了单根多楔带附件驱动系统的旋转振动方程的通程化方法,以适用于不同布置形式的单根多楔带附件驱动系统的旋转振动特性计算。在此基础上,开发了一个单根多楔带附件驱动系统旋转振动特性的计算程序,并利用该程序对两个不同布置形式的多楔带附件驱动系统的旋转振动特性进行了计算。计算得到了这两个不同布置形式的多楔带附件驱动系统的固有频率、带的稳态张力、轮和张紧臂的角度波动、带段的动态张力和最大轮毂载荷等。将部分计算值和实测值进行对比,验证了本文所建立的通程式方法的可行性。

基于转动振动控制的发动机前端附件带传动系统优化

针对由单根多楔带驱动的发动机前端附件皮带传动系统的转动振动问题,阐述了多带轮传动系统的转动振动模型及其求解方法.为了控制系统的转动振动,以自动张紧器关键参数为设计变量,以张力波动幅值、初始张力与张紧臂摆振幅度等指标最小为目标建立了3种优化模型.选用并实现了一种改进的坐标轮换方法以寻求最优解.对一个6缸发动机前端附件带传动系统进行了优化,通过对比不同优化方案的结果,指出了多目标优化的有效性.

发动机前端附件驱动系统中带横向振动的计算与实测分析

以发动机前端附件驱动系统中两相邻轮之间的带为研究对象,将带简化成纵向运动的黏弹性弦,建立了带横向振动计算的模型。在带的模型中,运用Standard黏弹性模型表征其应力-应变关系。将带离散成为一系列的微段,使带横向振动的动力学方程和描述带应力-应变关系的本构方程离散为对时间的常微分方程;运用Runge-Kutta法求解带横向振动的位移。试验测试了某一发动机前端附件驱动系统中带的横向振动位移,将实测值与考虑或不考虑带的黏性时带的横向振动位移的计算值进行了对比分析,结果表明:考虑黏性时带横向振动位移的计算值与实测值吻合较好,从而验证了所建立的带的黏弹性弦模型和横向振动计算方法的正确性。分析了带的黏弹性参数(弹性模量和黏性系数)对发动机前端附件驱动系统带横向振动的影响,结果表明:带黏弹性参数对带横向振动的影响较大,带横向振动位移随着带的弹性模量与黏性系数的增大而减小。

基于振动控制的多楔带附件驱动系统优化

建立了考虑带弯曲刚度的多楔带附件驱动(Serpentine Belt Accessory Drive,SBAD)系统梁耦合振动模型。以某三带轮SBAD系统为对象,计算分析带拉伸刚度、弯曲刚度、带线密度对带段横向振动、带动张力和张紧臂摆角等振动性能的影响;以上述振动性能构建目标函数,以带拉伸刚度、张紧器弹簧刚度和张紧臂长为设计变量对SBAD系统进行优化;最后在以上优化结果的基础上,通过降低带弯曲刚度,进一步改进SBAD系统的振动特性。