[發(fā)明專利]一種車用增程器軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的分析方法

在審

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• 申請日: 2020-05-17
• 公開（公告）號: CN111709164A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂夢楊;吳振闊;韓志玉
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 孫永申

本發(fā)明涉及一種車用增程器軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的分析方法，包括：1：搭建增程器軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模型；2：確定振動(dòng)模型各節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)參數(shù)；3：根據(jù)機(jī)械振動(dòng)理論得到振動(dòng)模型的軸系各階固有頻率；4：計(jì)算對應(yīng)的激勵(lì)頻率，判斷激勵(lì)頻率與固有頻率是否干涉；5：若判斷結(jié)果為不存在干涉，則判斷得出車用增程器軸系安全，若判斷結(jié)果為存在干涉，則進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)分析，獲取振動(dòng)模型的共振節(jié)點(diǎn)最大振幅以及最大相對扭轉(zhuǎn)角；6：基于最大相對扭轉(zhuǎn)角獲取振動(dòng)模型的最大應(yīng)力以與材料許用應(yīng)力比較，若比較結(jié)果滿足設(shè)定安全系數(shù)，則判斷得出車用增程器軸系安全，若不滿足則需返回步驟2修改各節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有校核準(zhǔn)確，計(jì)算結(jié)果精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增程器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種車用增程器軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的分析方法。

背景技術(shù)

增程器由發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)構(gòu)成，二者協(xié)同工作。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩通過動(dòng)力傳動(dòng)裝置傳遞至電機(jī)，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能輸送至動(dòng)力電池儲(chǔ)存，電池再向驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。動(dòng)力傳動(dòng)裝置，即增程器軸系，由發(fā)動(dòng)機(jī)的皮帶輪附件及曲軸、扭轉(zhuǎn)減振器、發(fā)電機(jī)軸等構(gòu)成。該傳動(dòng)裝置一旦失效，輕則影響向動(dòng)力電池的充電，重則破壞增程器乃至車身承載結(jié)構(gòu)，因此有必要保障其正常工作。軸系失效的一個(gè)主要原因是模態(tài)設(shè)計(jì)不合理引發(fā)的扭轉(zhuǎn)共振，需要一種分析方法校核設(shè)計(jì)的軸系是否安全。

目前對軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析的有以下幾種：

(1)如CN107220487A，一種柴油機(jī)軸系扭振的計(jì)算方法。主要根據(jù)獲取的軸系參數(shù)，包括曲軸、配氣凸輪軸以及噴油凸輪軸的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立多節(jié)點(diǎn)的軸系扭振模型，列出對應(yīng)自由度的強(qiáng)迫振動(dòng)方程，并按集中簡化的原則計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的慣量、剛度及阻尼。隨后計(jì)算軸系扭振激勵(lì)力矩，包括氣缸內(nèi)因壓力變化產(chǎn)生的氣體激勵(lì)力矩與活塞連桿等運(yùn)動(dòng)部件往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性激勵(lì)力矩。最后，使用Newmark-β算法求解強(qiáng)迫振動(dòng)方程，得到角位移響應(yīng)。

(2)如CN110031215A，變速行星齒輪機(jī)組的軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析方法。主要是對行星齒輪機(jī)組結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，忽略潤滑油傳遞的振動(dòng)，建立包含多個(gè)節(jié)點(diǎn)的扭振模型。獲取齒輪機(jī)組的扭振數(shù)據(jù)，包括各齒輪、軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)及傳動(dòng)比，配置模型中各節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)參數(shù)，各節(jié)點(diǎn)輸入轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，各節(jié)點(diǎn)間輸入扭轉(zhuǎn)剛度。最后使用轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)相關(guān)軟件對該扭振模型進(jìn)行求解，分析其特征值，獲取各模態(tài)階數(shù)下的軸系固有頻率，并作軸系扭振的坎貝爾圖，結(jié)合主振型判斷發(fā)生共振的節(jié)點(diǎn)是否在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，結(jié)合激勵(lì)諧次判斷該頻率下是否為危險(xiǎn)模態(tài)，從而判斷軸系是否安全。

(3)如CN106446465A，核電汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振考核評估系統(tǒng)及方法。主要是收集發(fā)電機(jī)組相關(guān)的機(jī)電模型參數(shù)，包括軸系結(jié)構(gòu)參數(shù)、發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)及發(fā)電機(jī)組的性能指標(biāo)，將發(fā)電機(jī)組軸系分為多個(gè)部分，分別計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、扭轉(zhuǎn)剛度及扭矩分配系數(shù)。用電磁暫態(tài)仿真軟件建立模型，仿真計(jì)算各考核工況下考核截面的扭矩響應(yīng)。最后，根據(jù)扭矩響應(yīng)曲線及材料特性決定的疲勞壽命曲線，計(jì)算各工況下考核截面的扭振疲勞壽命損耗，由此評估軸系是否安全。

現(xiàn)有的技術(shù)較少有分析增程器軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的方案，上述的現(xiàn)有方案分別是分析柴油機(jī)、行星齒輪機(jī)組以及核電汽輪發(fā)電機(jī)組軸系的扭振，增程器軸系與之均有不同，需要另外建立模型。此外，現(xiàn)有的技術(shù)手段主要是對軸系進(jìn)行模態(tài)分析，判斷激勵(lì)頻率與軸系扭轉(zhuǎn)固有頻率是否干涉，從而判斷軸系是否安全，或者計(jì)算考核工況下關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的扭矩響應(yīng)，結(jié)合疲勞壽命曲線判斷結(jié)構(gòu)是否安全。但事實(shí)上部分發(fā)生共振的節(jié)點(diǎn)由于激勵(lì)諧次振幅較小或節(jié)點(diǎn)位置非關(guān)鍵，節(jié)點(diǎn)振幅可能在可接受的范圍內(nèi)，不會(huì)引起軸系失效，因此還需計(jì)算節(jié)點(diǎn)振幅，并結(jié)合具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。如果僅計(jì)算軸系某些位置在特定工況下的扭矩，則顯然不夠全面，但如果計(jì)算各位置在所有工況下的扭矩，計(jì)算量又過大，應(yīng)該設(shè)法篩除較安全的工況，分析較危險(xiǎn)的情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種車用增程器軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的分析方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：