发动机排气系统振动分析

发动机的振动和噪声特性是影响汽车行驶舒适性的主要因素.本文针对某轻型货车3 缸柴油机在使用过程中排气系统发生开裂的现象,运用有限元分析与试验结合的方法进行研究.结果表明:发动机的转动频率与该排气系统的固有频率发生藕合,引起了共振.通过改迸发动机与排气系统的连接方式等措施改变了排气管的固有频率,降低了振动.经样车试验得到满意的结果‘

第 34卷第 5期

河北工业大学学报

2005年 10月

Vo1.3 4 No.5文章编号 1007-2373

JOURNAL OF HEBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY (2005) 05-0109-03

October 2005

发动机排气系统振动分析邢素芳王现荣王超郭占敏 3( 1河北工业大学机械学院，天津 300130, 2.河北机电职业技术学院，河北邢台 054000, 3.长城汽车股份有限公司技术研究院，河北保定 071000

)

摘要 t发动机的振动和噪声特性是影响汽车行驶舒适性的主要因素.本文针对某轻型货车 3缸柴油机在使用过程中排气系统发生开裂的现象，运用有限元分析与试验结合的方法进行研究.结果表明:发动机的转动频率与该排气系统的固有频率发生藕合，引起了共振.通过改迸发动机与排气系统的连接方式等措施改变了排气管的固有频

率，降低了振动.经样车试验得到满意的结果‘关键词:排气系统;模态分析;振动;设计中图分类号U2 62 .42文献标识码 A

Vibration Analysis of Engine Exhaust SystemXING Su-fang\ WANG Xian-ron~, WANG Chao\ GUO Zhan-min3(1. SchoolofMechanics, Hebei University ofTechnology, Ti anjin 300130, China; 2. Hebei Institute ofMechanical and Electronic Technology, Hebei Xingtai 054000, China; 3. Great Wall Automobile Stock Co, Ltd Technology Institu饨， Hebei Baoding 071000, China)

Abstract: Vibration and noise is a important factor for vehicle riding comfort. This paper research the exhaust rupture problem applying finite element analysis combining test method for a three-cylinder diesel engine of light truck riding stateτ'he

results revealed that the natural frequency of exhaust pipe would resonate under coupling with the excítation fre-

quency of engine. Finally, vibration was reduced by modifying linkage between engine and exhaust system based on changing the natural frequency of exhaust pipe. The satisfaction resu 1t is gained by testing of prototype. Key words: exhaust system; modal analysis; vibration; design

。

前言汽车排气系统是发动机的重要部分，其设计的好坏不但影响发动机的泵气损失及排放，而且还会引

起噪声和振动.近年来，随着人们对汽车舒适性要求的不断提高，对汽车振动和噪声控制的研究也越来越重视[1]某轻型货车采用三缸柴油机，在样车行驶不足 2000krn时，样车出现了排气管开裂现象，并

且样车怠速及行军时整车振动与噪声状况较差.

本文利用现代工程结构分析软件和实验技术，系统研究了该车排气管发生开裂的主要原因，并根据分析结果，提出了合理的修改建议.

1

排气系统的有限元计算分析图 1为某轻型货车排气系统的三维几何模型，主要包括排气消声器、主管和尾管.其前端通过螺栓

与发动机刚性相连，中间以两处橡胶支撑悬挂在车厢底板平面上.模态计算采用 MSC/NASTRAN有限元程序.

图 2是该排气系统的平面单元模型:在消声悬挂位置附

近安排的单元密度较大:另外，消声器的轴线位置与相邻的排气管轴线之间有一偏移量，两者之间通过刚性单元进行连接.此模型包括 3 409个节点和 2534个四边形单元.其中 1点为排气总管与发动机相收稿日期 2005-05-12

作者简介:邢素芳 0965-) .女(汉族) .讲师-

发动机的振动和噪声特性是影响汽车行驶舒适性的主要因素.本文针对某轻型货车3 缸柴油机在使用过程中排气系统发生开裂的现象,运用有限元分析与试验结合的方法进行研究.结果表明:发动机的转动频率与该排气系统的固有频率发生藕合,引起了共振.通过改迸发动机与排气系统的连接方式等措施改变了排气管的固有频率,降低了振动.经样车试验得到满意的结果‘

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河北工业大学学报

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接点， 15和 16点为橡胶悬挂点，对排气系统的进气口和悬挂点均加以刚性约束.排气系统各部分的材料均为 A3钢.对图 2所示的有限元模型利用 NASTRAN程序进行分析，得出该排气总管的前六阶固有频率如表 1所示.

Y -J二χ

图 1

排气系统的三维几何模型

图2

排气总管的有限元模型

Fig. 1 3D model of exhaust system

Fig. 2

finite element model of exhaust pipe

22.1

排气系统的模态试验分析试验原理与测试系统表 1排气系统前 5阶模态

样车发动机为卧式发动机，动力总成通过悬

Tab. 1 The first five modal of exhaust system模态阶数频率 1 Hz

置块与台架支承相连，试验时对排气消声器进行激励，激励由力锤锤击产生，使排气系统产生振

模态形式的描述

8.765 2 3 4 5 9.713 14.80 23.53 39.92

Y向弯曲Z向弯曲

动，同时在排气管的一些特定点布置若干个振动加速度传感器来拾取排气管振动后产生的振动加速度信号，输出信号与输入信号经过电荷放大器记录到磁带机上，同时由示波器来检测激励和响应信号的波形.试验系统的测试框图如图 3所示.激振点的布置及拾振点的选择

绕Z轴扭转

绕X轴扭转Y向工阶弯曲

2.2

试验为单点激振，由力锤对排气消声器进行激励，激 …… 此处隐藏：2606字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……