PDF《解决方案》

1 利用Excite Timing Drive提供正时皮带异响 解决方案 康黎云

1 ,胡春林

1 ,金居正

1 ,张伟

1 , 潘涛

1 (长安汽车动力研究院动力总成 CAE 工程所, 重庆渝北区双凤桥空港大道

589 号,401120) [摘要]:针对某发动机正时皮带异响,利用 Excite Timing Driver 建立发动机正时系统分 析模型, 通过筛选与试验结果关联的输出结果, 快速锁定了松边皮带的横向摆动为直接的相 关因素,从而在

3 种备选优化方案中找出有效的方案.

关键词: 正时皮带 异响 转速不均匀性 张紧器 主要软件:AVL EXCITE Timing Drive Using Excite Timing Drive to Provide the Proposal of Improve the Noise Performance for the Timing Belt Kang Liyun1 , Hu Chunlin1 , Jin Juzheng1 , Zhang Wei1 , Pan Tao1 (No.591,Konggang Road, Shuangfengqiao, Yubei District, Chongqing, 401120) [Abstract] Due to the timing belt abnormal noise, the Excite Timing Drive models have been built. And investigate the relationship between the test result and the simulation results, the transverse vibration at the belt loose side has been proved that it has directly contribution to the noise. Then the effective proposal has been chosen among three alternatives. Keywords: Timing Belt, Abnormal Noise, Speed irregularity, Tensioner Software: AVL EXCITE Timing Drive 某增压发动机(简称 TC 机)在工装样车上进行相关功能性试验时暴露出正时皮带咕咕 异响,而相同平台的另一款排量一样的自然吸气发动机(简称 NA 机)正时系统声品质为主 观可接受.试验和 CAE 人员成立专责团队从异响原因及可变参数等方面分别进行测试和分 析,以期望快速解决该问题. 1.正时系统建模&

分析 正时皮带异响的可能原因很多, 如带轮、 张紧轮等承受的载荷通过发动机的罩壳等传递 的结构噪声,还有因为皮带啮合、带轮与皮带摩擦产生的空气噪声.Excite Timing Drive 建 模的正时系统分析可以直接输出带轮的角位移、速度及加速度,皮带力、横向位移,张紧器 的摆角等.根据正时系统布置图及输入参数,建立分析模型,对比 NA 机与 TC 机的输出结 果差异,从而建立物理输出量与异响之间的联系,并在此基础上筛选优化方案.

2 图1正时皮带布置及皮带测点分布图 图1所示为正时皮带的布置及皮带力输出的测点分布图,因为 TC 和NA 机属于同一平 台,因此包括正时系统的布置、皮带、张紧器及带轮数据都是相同.布置图中的重点数据: 各轮中心位置、带轮的几何轮廓分别来自发动机总装配 3D 模型和带轮的 3D 模型.整个建 模按照以下流程执行,图2所示. 图2正时系统建模分析流程图 比如凸轮轴的密度及弹性模量标定, 专门抽取一根冷激铸件材料的进气凸轮轴, 称重质 量为 2406g,在3D 模型上测量其质量后标定密度为 7.26E-9Ton/mm3.虽然 3D 数字模型与 实物因为铸造原因会有差异, 但从工程上还是可以接受这种标定方式. 另外采用敲击法得到 其模态频率和振型,然后用有限元法的结果来对比,可确定凸轮轴材料的弹性模量约为 138GPa.张紧器标定效果如图

3 所示.从计算及测试的曲线来看,张紧器的上升、下降及 阻尼比等特性已经通过数字模型很好的体现出来.

3 图3正时张紧器迟滞回线标定结果 其他单阀系建模、 凸轮轴的轴段建模、 高压油泵驱动部分的建模以及正时皮带与凸轮轴 的装配就不详细说明,装配后的 TD 模型如图

4 所示. 图4完整的正时皮带分析模型 选取异响常发生的一个固定转速---1500rpm 的WOT 工况进行分析,主要对比测点

6、7 的皮带力波动、张紧臂摆角以及

6、7 处的皮带横摆位移量.对比包括:

1、220N 预紧力下 NA 机型与 TC 机型的结果对比;

2、220N/250N 两种预紧力下 TC 机的结果;

3、TC 机去除高压油泵后的结果;

4、TC 机去除转速不均匀的数据;

图5分别显示了 TC 和NA 两发动机

5 项结果的对比.从试验数据来看,NA 机异响可 接受,而TC 机不可接受.皮带力在

6、7 测点位置的结果都是 TC 机波动幅度大,因此可以 认为皮带内力的波动与异响可能有关;

其次是皮带的横向摆也是 TC 机严重,特别是位于松 边的

7 号点,差异比

6 号点更明显,因此皮带横向摆与异响也可能有关;

最后一项摇臂摆角 度也显示为 TC 机比 NA 机更恶劣.从这三项结果对比来看,皮带内力、横向位移以及摇臂 摆角都可能是异响和关联因素.

4 图5TC 机和 NA 机在 220N 预紧力下的结果对比 异响排查阶段通过试验验证了降低皮带预紧力可明显改善异响, 图6的计算结果进行了 对比.皮带内力因为预紧力的下降,而整体有所下降,但波动幅值并不改变,因此可以认为 皮带内力与异响的关联度小;

皮带的横向位置结果在

6 号点没有差异, 但7号测点显示降低 预紧力是有所改善的,因此

7 号测点的皮带横向摆与异响有关;

此外,皮带预紧力的下降, 张紧器摆动角度是增加的,从可靠性的角度来说,对张紧器寿命有不利影响.

5 图6TC 机不同预紧力下的结果对比 TC 机是在 NA 机的基础上升级而来的,正时系统布置和参数相同,凸轮轴的结构和尺 寸也基本一致, 只是进气凸轮轴上增加了高压油泵, 凸轮型线不同以及曲轴正时带轮的转速 不均匀激励有差异. 图7的结果表明高压油泵系统对7号测点皮带的横向摆动没有不利影响, 而转速不均匀性的影响则比较显著. 图7皮带结果的影响因素分析 通过以上两次仿真计算与试验关联的分析, 可以锁定皮带的异响与松边的横向摆动有直 接的关联.因此,后期优化方案的结果首先检查

7 号测点的横向摆动结果是否改善.方案制 订的原则首先是希望对布置的改动小,其次是与周围零部件没有干涉.在此思想指导下,拟 定了以下几个方案进行分析及试验验证:

1、采用大阻尼比张紧器,图8所示;

2、新的惰轮安装位置,从(-67,190)移到(-63.7,180) ;

3、增大张紧轮直径.由60mm 增加到 67mm.

6 图8大阻尼比张紧器迟滞回线 图93种优化方案的结果对比 图9所示

3 种不同优化方案的

7 号测点的皮带横向摆动位移与基础机对比. 其中, 大阻 尼比张紧器及调整惰轮位置两个方案都无改善迹象, 只有增大张紧器直径的方案有可见的改 善趋势.事实上经过试验测试,证实了大直径张紧器确实直到明显的改善作用,图10 所示.

7 图10 轮系侧加速噪声测量结果(上为基础机,下为大直径张紧器) 4.总结 异响的问题往往需要先将异响源锁定, 并且需要确定与异响关联的物理量. 本例中通过 借助 Excite Timing Drive 建立正时皮带仿真模型,快速排查出与异响相关的皮带松边侧的 横向摆动是关键参数,通过不同方案的对比分析,找到改善问题的优化方案,取得了仿真与 试验一致的结果,为问题关闭发挥出重要作用. 参考文献 [1] 《AVL Excite Timing Drive 用户培训手册》 [2] 《EXCITE Timing Drive 中张紧器的建模与标定》 AVL 用户大会

2014 论文集 ........