基于共振频率的发动机附件台架耐久性试验研究许早龙林圣镇夏玉茗黄艳龙摘要：三缸发动机安装附件的耐久性评估对工程师是个挑战，传统的方法是让发动机在最高转速附近进行几百小时的连续试验，本文通过对附件及其支架进行转速扫描获得振动信号，结合附件模态频率的测试和分析，根据附件主要共振频率成分所对应的振动位移和发动机转速，制定发动机附件台架耐久性试验工况，提高了试验的有效性，缩短了试验开发周期。关键词：共振频率；发动机附件；耐久性；试验台架：U467.2+1：A：1005-2550（2017）06-0041-04Abstract：Thedurabilityevaluationofenginemountedcomponentsofathree-cylinderengineisachallengeforengineers；traditionalmethodisruntheengineatmaximumspeedforseveralhundredhours.Inthispaper，vibrationsignalisrecordedbyconductfullloadspeedsweeps；modalfrequencyoftheseoverhangingcomponentsistestedandanalyzed.Testprocedureisdeterminedbytheresonantfrequencyanditscorrespondingenginespeed，thetestmethodismuchmoreefficientthanconventionalone，thishelpedinreducingtheproductdevelopmenttime.KeyWords：resonantfrequency；enginemountedcomponents；durability；testrig前言发动机附件如发电机、空调压缩机、进气歧管等通过支架与发动机固定，发动机在不同工况运转时由于往复惯性力和离心惯性力作用经常引起附件和支架的疲劳断裂。因此发动机附件的疲劳耐久试验必须作为发动机研发的一个重要内容。为节约时间和成本，对附件及其支架的考核通常在发动机试验台上进行。目前基于频域法的随机振动疲劳试验设计方法，首先是根据载荷条件和边界条件对结构的有限元模型进行频响分析，加载与道路谱相同的谱型，得到应力响应的PSD函数和应力均方根值；其次，根据累积损伤准则和S-N曲线参数，针对窄带和宽带问题分别选择Bendat法和Dirlik法计算出相应的疲劳寿命[1-2]。最后，根据加速试验的期望时间得到试验所需的激励谱量级，从而设计试验工况进行试验。由于发动机开发前期发动机要装备在那种车型并不一定确定，且需要比较准确的有限元和材料模型，这种方法对于耐久性评价要求较高，且时间较长。目前大部分公司的做法是让发动机在最高转速附近连续运行几百个小时进行考核，但也有的尝试测出发动机附件的振动信号，根据不同附件的振动加速度和振幅，制定更加合理的试验工况[3]。本文的研究基于一款三缸发动机，根据其激励特性和附件的共振频率制定相应的耐久试验方法。1发动机附件振动及模态测试在所有需要考核的发动机附件上布置加速度传感器，将发动机在台架上完成热机。分别进行空载、半载、满载测试；测试时，缓慢升速扫描（1000r/min～6500r/min），升速时间约为60秒，采集3-5组振动信号，查看采集数据的一致性和有效性。对振动位移后处理时，注意保留峰值（Spectrumpeakhold）[4]。有的发动机附件本身在试验台架上不方便加载（如压缩机），可以保持空载状态。同时，需要对这些附件进行模态测试，尤其关注附件的第一阶模态频率。2数据分析从图1所示的发动机及其附件（如压缩机）加速度总值（Overall）振动图可以看出，在1780r/min附近发动机缸体及其附件似乎有一个“异常”峰值，经过分析发现在该转速附近，发动机扭矩达到最大，且发动机的刚体模态（rigidmodal）约为30Hz左右，正好等于三缸发动机的1阶激励频率。由于三缸发动机的1阶和1.5阶激励都比较大，发动机刚体模态和扭矩共同造成了2000r/min以下转速的振动峰值。实车发动机刚体模态在20Hz以下，所以2000r/min以下会出现一个峰值。为了尽可能使台架试验与实车试验相符合，发动机悬置橡胶隔振垫的刚度应尽可能与实车接近，且试验台架支撑腿的刚度应足够高，最好高于发动机的最高转速发火频率。从发动机缸体及安装附件的振动信号中，提取彩图（Colormap）和频谱图（如图2所示），由于三缸发动机在最高转速6500r/min对应的二阶发火频率为162.5Hz，可以发现，缸体和所有发动机附件确实在162.5Hz处有一个断崖式下滑，大于该频率的振动幅值剧然降低，后面的峰值基本是附件的局部模态，这时需要根据前...