机械增压器转子系统动态特性的研究

发布时间：2020-06-07 02:43

【摘要】： 小体积、高转速已成为当前机械增压器发展的主要趋势。本文主要针对课题中的机械增压器在高速转动时经常出现转子刮擦的现象进行分析,对其齿轮转子系统进行动态研究,找出产生上述显现的原因,为机械增压器的改进提供理论依据。齿轮转子系统乃是机械增压器最重要、最关键、最复杂的部分,转子的优劣直接决定了机械增压器的动态性能。本文以改善机械增压器的动态特性和稳定性为研究目的,在应用有限元分析软件ANSYS 11.0建立了与奇瑞0.8L发动机(372)相匹配的机械增压器转子系统的有限元动力学模型的基础上,主要做了如下工作: 首先,介绍了齿轮转子动力学研究的内容和方法,并简单的介绍了有限元法在齿轮转子动力学分析的应用。其次,为了为了找出机械增压器齿轮转子系统的共振频率,对其建立了有限元模型,利用Block Lanczos算法进行了有限元模态分析计算,并通过试验验证了仿真的可靠性。计算得出单转子和双转子耦合系统的前8阶固有频率和固有振型,并且发现一阶临界转速在增压器的正常工作转速内,是其产生振动和噪声的重要原因。对耦合和非耦合两种情况进行比较分析,阐明齿轮副耦合作用对转子系统的重要影响。分别改变转子系统的支承刚度和叶轮的长度,研究对系统振动特性的影响,为机械增压器的减振降噪提供理论依据。第三,对机械增压器齿轮转子系统的谐响应进行了研究,在系统上加载气体作用力和齿轮啮合力,仿真出弹性支承下耦合后的谐响应。通过谐响应分析发现机械增压器齿轮转子系统的最大位移为4.72×10~(-3)mm,最大位移点在系统的滚珠轴承16003处。第四,分析了齿轮的啮合刚度对机械增压器齿轮转子系统固有特性的影响,齿轮啮合刚度的变化对系统低阶的固有频率影响不大,但对系统高阶固有频率有较大的影响。齿轮啮合刚度的提高一方面可以提高系统的固有频率,另一方面可以有效的降低谐响应的振幅。第五,分析了齿轮啮合频率和系统共振频率的关系,发现齿轮转子系统除一阶、二阶共振频率不在啮合频率内,其他高阶的共振频率均处于齿轮的啮合频率内,这是造成机械增压器振动的另一个原因。然后在不考虑气体作用力的情况下,单独分析了齿轮激励力在共振频率内对齿轮转子系统的影响,通过仿真发现转子轴心的位移随着啮合频率的增加而变大,而且齿轮间的激励力主要影响齿轮转子的径向位移,对轴向位移影响不大。齿轮转子在齿轮激励下最大的位移不到7um,从而也说明了齿轮啮合激励对系统振动的影响有限。最后对机械增压器整机进行了动态特性测试试验研究分析。通过分析壳体表面测试点振动位移的时间历程曲线和频谱曲线,找出了转子刮擦的原因。并对机械增压器进行了改进,改进后的机械增压器运转正常,基本消除了转子刮擦的现象。试验分析和仿真推论基本一致,这也证明了动态模型建立的正确性。
【图文】：

机械增压,发动机

以产生更强的燃烧压力和输出动力川。机械增压器可以使内燃机的废气排放最多减少50%，输出功率最多提高55%，这为我国汽车排放达到新的国际标准提供了新的途径，对于环境环保也有着深远的社会效益[2J。图1一1为一台装有机械增压器的发动机。图1一1采用机械增压器的发动机随着汽车工业的发展对机械增压器的转速要求越来越高，体积也越来越小。由于转速的提高，一方面使得增压器的转子惯性作用明显增加，由此产生的振动、噪声等问题严重影响了其工作性能和使用是寿命;另一方面，由于高转速以及轻型化的要求，机构的弹性变形已不可避免[3l[4]，但人们对振动噪声的要求越来越严格，机械增压器动态性能已成为衡量它的性能的重要指标[2]。

公司,机械增压,整车,使用量

的SLK级跑车上[2l。目前机械增压器在全世界整车厂的使用量已超过每年30万台，截_LL到2008年，仅Eaton公司的机械增压器产量就达到了约400万部，，图1一2为其典型产品之一。目前世界上的机械增压器的主要生产厂家有Eaton、TRD等，主要整车应用车型有 :BuiekGS、 BuiekRiviera、 BuiekparkAvenueUltra、pontiacBonneville、 PontiaeGrandPrixGTP、 OldsmobileLSS、 HoldenCommodore、MereedesC一Class、 MereedesSLKRoadster、 JaguarXJR、 AstonMartinVantage及DB7等。图1一 2Eaton公司某型号罗茨增压器
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH132.41

【引证文献】