關(guān)于發(fā)電機(jī)抖動(dòng)的原因分析

李賀柱，胡必謙，陳曉東，路明

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

前言

某發(fā)動(dòng)機(jī)前端的發(fā)電機(jī)抖動(dòng)較大，導(dǎo)致固定螺栓力矩衰減甚至松脫，初步分析發(fā)電機(jī)及發(fā)電機(jī)支架安裝結(jié)構(gòu)，懷疑是發(fā)電機(jī)支架剛度偏弱，使得整體的1階模態(tài)頻率處于發(fā)動(dòng)機(jī)最大超速轉(zhuǎn)速點(diǎn)火頻率范圍之內(nèi)。所以針對(duì)發(fā)電機(jī)抖動(dòng)問題進(jìn)行支架的模態(tài)及有限元計(jì)算。

如下圖1所示，發(fā)電機(jī)由發(fā)電機(jī)上支架和發(fā)電機(jī)下支架固定。

圖1 發(fā)電機(jī)及固定支架

1 計(jì)算分析

本FEA模型是由發(fā)電機(jī)支架、發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)支架、發(fā)電機(jī)、部分缸體、鏈輪室、鏈輪室蓋、襯套及聯(lián)接螺栓組成的裝配體，有限元網(wǎng)格由HyperMesh劃分，模態(tài)計(jì)算的網(wǎng)格類型選擇 C3D10，靜力計(jì)算的網(wǎng)格類型為 C3D10M。計(jì)算采用ABAQUS解算器。有限元模型如圖2所示。

圖2 計(jì)算模型

通過分析得出，支架總成的 1階約束模態(tài)頻率值為110.90Hz，2階約束模態(tài)頻率值為314.47Hz。

該發(fā)動(dòng)機(jī)的最大超速轉(zhuǎn)速為4500rpm，發(fā)動(dòng)機(jī)的2階激勵(lì)最大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到4500rpm時(shí)其2階頻率值為150Hz。根據(jù)模態(tài)頻率值評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，支架總成的 1階頻率應(yīng)大于 1.3±0.1倍2階最大超速轉(zhuǎn)速點(diǎn)火頻率值，發(fā)動(dòng)機(jī)1.3±0.1倍2階最大超速轉(zhuǎn)速點(diǎn)火頻率值為180Hz～210Hz。

因此，支架總成的1階頻率為110.90Hz，小于180Hz，故支架總成有引起共振的風(fēng)險(xiǎn)，不滿足避振設(shè)計(jì)要求。

圖3 1階模態(tài)應(yīng)變能云圖

圖4 1階模態(tài)位移云圖

圖5 2階模態(tài)應(yīng)變能云圖

圖6 2階模態(tài)位移云圖

圖3、4分別為支架總成在1階約束頻率值下的應(yīng)變能與位移云圖。從圖中可以看出，支架的1階振動(dòng)為發(fā)電機(jī)的繞固定螺栓形成的軸線擺動(dòng)。由于支架與擺動(dòng)軸線夾角較小，使發(fā)電機(jī)一側(cè)幾乎懸空，且發(fā)電機(jī)重量較大，達(dá)到5.7kg，所以，可以認(rèn)為，發(fā)電機(jī)缺少第三點(diǎn)支撐，變形較大，難以抑制發(fā)電機(jī)的擺動(dòng)，從而導(dǎo)致支架總成的1階頻率值較低。

2 優(yōu)化改進(jìn)

鑒于上述分析，在發(fā)電機(jī)支架螺栓安裝點(diǎn)與機(jī)油泵殼體間建立三根剛性梁，以使得發(fā)電機(jī)支架有三點(diǎn)支持（如圖 7所示），進(jìn)行第二輪模態(tài)分析，驗(yàn)證增加支撐結(jié)構(gòu)是否可行。

圖7 優(yōu)化模型

改進(jìn)后的模型計(jì)算結(jié)果如圖8～10所示，從優(yōu)化后的分析結(jié)果可以看出，發(fā)電機(jī)固定支架增加剛性梁支撐后，強(qiáng)度明顯增加：1階模態(tài)頻率從110.90Hz，提高到192.73Hz，大于180Hz，符合標(biāo)準(zhǔn)。所以改進(jìn)方案是可行的，即尋找第三支撐點(diǎn)，以便限制發(fā)電機(jī)的左右擺動(dòng)。

圖8 修改后模型的模態(tài)頻率值

圖9 1階模態(tài)位移云圖

圖10 2階模態(tài)位移云圖

3 結(jié)論

通過以上分析對(duì)比，可知發(fā)電機(jī)抖動(dòng)是由于發(fā)電機(jī)支架的剛度偏弱，使得整體的1階模態(tài)頻率處于發(fā)動(dòng)機(jī)最高超速轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)點(diǎn)火頻率范圍之內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中，發(fā)電機(jī)及支架安裝系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生共振，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)異常抖動(dòng)，固定螺栓發(fā)生扭矩衰減甚至松脫。

通過對(duì)發(fā)電機(jī)支架增加支撐點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)，可有效提高 1階模態(tài)頻率，解決發(fā)電機(jī)抖動(dòng)問題，避免螺栓松脫。

[1] 劉展.ABAQUS6.6基礎(chǔ)教程與實(shí)例詳解[M].北京:中國(guó)水利水電出版社, 2008.

[2] 吳宗澤.高等機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001.

[3] 周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.