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橡胶扭转减振器特性的研究

作　者: 张林啸
导　师: 上官文斌; 薛以发
学　校: 华南理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 曲轴系统扭转振动橡胶扭转减振器动刚度耗散功
分类号: TB535.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

曲轴扭转振动是引起发动机振动的主要原因，气缸压力所产生的周期性交变力矩会加速曲轴的疲劳，甚至引起曲轴断裂。匹配合适的曲轴扭转减振器是减少发动机扭转振动的有效措施之一。橡胶扭转减振器的传统设计过程中，在已知惯性环转动惯量和刚度情况下，需要制作多个手工样件进行试验测试，从中选出符合功能要求的减振器，增大了产品的开发周期和成本。本文以某款发动机为研究对象，建立了发动机曲轴系统模型，介绍了模型中部件的转动惯量、扭转刚度和阻尼等参数，并对引起曲轴扭转振动的激励力矩进行了分析；基于AVL-excite软件计算了曲轴系统的模态振型、曲轴前端的振动扭转角位移。根据曲轴系统第一阶固有频率等效原理对曲轴系统进行简化，建立包含减振器的两自由度振动模型，结合动力吸振器原理及最优化参数方法，对扭转减振器的基本参数(惯性环转动惯量、扭转刚度和阻尼比)进行了优化，并对发动机扭转振动特性进行台架实验测试。仿真结果和实测结果的相对误差在工程设计允许范围之内，这表明该理论方法合理，简化模型可用于仿真分析。对橡胶扭转减振器进行了静刚度测试，建立了模拟减振器动态特性的复刚度模型，给出了减振器的动刚度、损失角及阻尼的计算方法。在橡胶粘弹性模型Maxwell基础上，建立标准线性模型，该模型可以更好的描述橡胶减振器动刚度的频率相关性，并通过实验对模型中参数进行确认。橡胶减振器刚度的影响因素主要包括橡胶剪切模量和减振器结构尺寸，如橡胶接触宽度、橡胶压缩比和轮毂形状等。通过对这些影响因素进行研究，建立了扭转减振器的刚度模型。通过对压缩状态下扭转减振器进行动刚度扫描，可反推橡胶的动态剪切模量，从而可得出该压缩状态下橡胶的动态剪切模量与频率的关系，指导产品开发生产。结合曲轴系统减振器匹配分析结果，对橡胶扭转减振器允许的耗散功和最大橡胶剪应力进行了定义，这给橡胶减振器的结构优化提供参考。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 研究背景和意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-16
    1.2.1 曲轴系统研究现状  12-14
    1.2.2 橡胶减振器特性研究现状  14-16
  1.3 主要工作内容  16-17
第二章曲轴扭转振动的模型建立及扭振计算  17-30
  2.1 前言  17
  2.2 曲轴扭转振动模型的建立  17-19
  2.3 发动机模型参数的确定  19-22
    2.3.1 转动惯量的确定  19
    2.3.2 刚度的确定  19-21
    2.3.3 阻尼的确定  21-22
  2.4 发动机激励  22-24
  2.5 曲轴扭振计算分析  24-29
    2.5.1 基于 AVL-excite 多体动力学模型的建立  24-26
    2.5.2 曲轴系统的模态振型  26-27
    2.5.3 发动机临界转速  27-28
    2.5.4 主谐次扭振角计算  28
    2.5.5 滚振影响  28-29
  2.6 本章小结  29-30
第三章曲轴减振器的匹配优化及实测验证  30-45
  3.1 前言  30-31
  3.2 曲轴扭转减振器的匹配  31-37
    3.2.1 曲轴系统第一阶固有频率等效  31-32
    3.2.2 匹配扭转减振器两自由度系统模型  32-35
    3.2.3 扭转减振器的匹配流程  35-37
  3.3 计算结果  37-39
  3.4 发动机实测分析  39-44
    3.4.1 测试样件及安装  39-41
    3.4.2 实测结果  41
    3.4.3 不同频率减振器的测试结果  41-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章橡胶减振器刚度分析  45-57
  4.1 前言  45-46
  4.2 橡胶减振器静态实验  46-48
    4.2.1 橡胶材料静态拉伸  46-47
    4.2.2 橡胶减振器静刚度测试  47-48
  4.3 橡胶减振器动刚度  48-51
    4.3.1 橡胶减振器复刚度模型  48-50
    4.3.2 橡胶动刚度实验测试  50-51
  4.4 动刚度的粘弹性模型  51-56
    4.4.1 Maxwell 模型  51-53
    4.4.2 标准线性模型  53
    4.4.3 数学模型的确认  53-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章橡胶减振器的参数化设计  57-70
  5.1 前言  57-58
  5.2 减振器的基本性能  58-62
    5.2.1 减振器刚度影响因素之间的关系  58
    5.2.2 减振器橡胶的硬度与剪切模量  58-59
    5.2.3 减振器固有频率随橡胶硬度的变化  59-62
  5.3 扭转减振器模型刚度的建立  62-66
    5.3.1 橡胶减振器刚度介绍  62
    5.3.2 建立减振器刚度模型  62-65
    5.3.3 减振器刚度模型的应用  65-66
  5.4 减振器结构设计指标  66-69
    5.4.1 允许耗散功评价指标  66-68
    5.4.2 橡胶最大剪应力评价指标  68-69
  5.5 本章小结  69-70
总结与展望  70-72
  研究工作总结  70-71
  研究工作展望  71-72
参考文献  72-76
攻读硕士学位期间取得的研究成果  76-77
致谢  77-78
附件  78

橡胶扭转减振器特性的研究

内容摘要

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