一 前言

某柴油机为配套某车型设计了液体泵传动箱与飞轮壳合为一体的飞轮壳组合结构，根据设计部门的要求，首先对该发动机动力总成及飞轮壳进行固有频率分析，以确定是否在发动机转速范围内共振。

 

二 分析模型的建立

飞轮壳壳体前后端分别连着发动机机体和变速箱，另外壳体上的两个较大传动箱端口安装有启动马达和液压泵。悬置软垫分别安装在发动机机体和飞轮壳的两侧，将整个发动机动力总成固定在车架上。

 

1、坐标定义及动力学参数

 下面分别列出发动机、变速箱、启动马达及液压泵质量、质心及过质心的转动惯量及惯性积，如表1。

 

表 1 动力学参数

 

 

2、悬置软垫的模拟

该发动机动力总成为四点悬置，机体上悬置软垫倾斜45°安装，前悬置软垫橡胶静刚度为：水平：160N/mm(X向)；左右：120N/mm（Y向）；垂直：950N/mm(Z向)。飞轮壳上悬置也采用45度的斜悬置，后悬置软垫橡胶静刚度为：水平：140N/mm(X向)；左右：150N/mm（Y向）；垂直： 960N/mm(Z向)。

 

3、飞轮壳有限元模型

飞轮壳采用六面体单元（如图1），材料参数见表2。

表2 飞轮壳材料参数

 

 

 

 

图1 飞轮壳FEM

 

三 边界条件

根据模拟需要，发动机、变速箱、启动马达及液压泵分别用点质量单元来模拟，四个悬置软垫用弹簧单元来代替，飞轮壳作为实体弹性单元通过MPC与各质量单元连接，边界条件如图2。

 

有限元网格用Hypermesh软件划分，在Patran里施加边界条件，最后用ABAQUS求解。

 

 

图 2 边界条件定义

 

四 固有频率分析及判据

1、动力总成及飞轮壳的固有特性

有限元算出整个分析模型前九阶模态，前六阶模态为动力总成悬置系统刚体振动频率（表3），第七阶至第九阶以后振动为飞轮壳弹性模态（表4）。

 

表3 动力总成刚体频率值(单位： Hz)

 

 

表4 飞轮壳弹性频率值(单位： Hz)

 

 

2、判据及分析

由于发动机输出的扭矩呈周期脉冲，对直列发动机来说，它的扰动频率可按下式计算：

260 f NnC ，式中：f--扭矩扰动频率 Hz；N--气缸数；n--曲轴转速（r/min）；C--发动机冲程数。对该发动机，怠速时转速为 n（r/min），按上式计算输出的扭矩扰动频率为 f ，按隔振要求，动力总成的刚体模态最高频率（f1～f6）应小于 22 f ，才能确保动力总成的悬置系统不会在发动机的转速范围内引起共振。

 

该发动机最低怠速为 650rpm，计算出来的隔振频率为 23Hz，根据表 2 数据，发动机动力总成悬置系统不会在发动机的转速范围内引起共振。

 

飞轮壳第 1 阶弹性频率为 132.43Hz，对应的共振转速为 2648rpm，大于该发动机最高转速为 2500rpm，所以飞轮壳也不会在发动机的转速范围内引起共振。

 

3、飞轮壳模态振型

飞轮壳的前三阶振型见图3、4、5，红色区域为振动较大的区域。

 

 

图3 第1阶模态振型图

 

图4 第2阶模态振型图

 

图5 第3阶模态振型图

 

资料来源：达索官方