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原文传递摩托车发动机活塞敲击特性研究

论文题名：	摩托车发动机活塞敲击特性研究
关键词：	摩托车发动机;活塞敲击;振动响应;运动特性;控制变量法
摘要：	与汽车相比，摩托车既无隔振性能优良的发动机悬置，更无隔声降噪性能良好的发动机舱，摩托车发动机振动噪声更直接地传递至车身和人体，因此，从源头改善发动机振动对于降低摩托车振动噪声更具实际工程价值和重要理论意义。　　活塞敲击作为发动机机械噪声的主要激励源之一，对发动机NVH性能有着重要影响。论文以某两缸摩托车发动机为研究对象，分析活塞二次运动以及活塞敲击缸套引起的整机振动噪声及其影响因素，并进行多目标优化，主要研究工作如下：　　首先，建立活塞组件动力学模型，分析活塞的二次运动特性以及活塞与缸套接触产生的敲击特性。为使仿真模型更加贴合实际，建模时考虑了活塞弹性、活塞和缸套热机耦合变形等因素，以活塞和缸套工作型线作为边界条件，以实测的燃气爆发压力作为载荷，分析并得到了全负荷3000r/min工况下活塞的动力学结果。结果表明，发动机一个工作循环内活塞发生六次换向及敲击；在燃气爆发压力下，活塞换向后15°对缸套的敲击最为明显，活塞动能最大值为0.100N.m。　　其次，考虑发动机机体和曲轴的弹性变形建立整机的刚柔耦合多体动力学模型，分析活塞敲击下的整机振动噪声响应。对发动机机体和曲轴有限元模型应用模态综合技术完成模态缩聚后作为柔性体构建刚柔耦合整机多体动力学模型；应用发动机表面振动试验验证了该模型的可行性；基于整机模型分析了活塞敲击激励引起机体主要位置节点的振动响应，利用间接边界元法和 MATV 技术分析了发动机辐射噪声。振动响应结果表明，缸套表面主次推力侧振动明显，主推力侧节点最大振动加速度级为146.4dB；此外，汽缸盖及汽缸盖罩对活塞敲击的响应较大。辐射噪声结果表明，各场点声压级曲线在发动机二阶转频为 100Hz 时出现峰值；相比其他场点，缸套主次推力侧对应场点 2 和 4 在 300-1100Hz 内声压级较大，气缸盖罩顶部场点 9 在1884-2418Hz内的声压级最高，在2214Hz处的最大值为75.7dB(A)，说明汽缸盖罩顶部平面结构的辐射噪声能力较强；所有场点在1244Hz左右均出现了明显峰值，与发动机机体第五阶固有频率1278Hz和曲轴第四阶固有频率1230Hz接近，表明为共振所致。　　最后，通过控制变量法研究活塞结构参数对活塞的运动特性和活塞与缸套的接触特性的影响并进行多目标优化设计。选取活塞配缸间隙、活塞销偏心等主要参数，采用均匀拉丁超立方选取数据点，进行优化参数和目标之间的相关分析后建立响应面近似模型，基于“NSGA-Ⅱ”算法进行了多目标优化设计，与优化前相比，优化后的敲击动能由0.100N.m降低至0.073N.m，裙部摩擦损失由4.859kPa降低至4.751kPa，机体表面振动也有所改善，整体辐射噪声声压级下降了3dB(A)左右。　　论文通过仿真结合试验的方法，对摩托车发动机活塞敲击特性展开充分的研究，并通过近似模型的方法进行多目标优化设计，用更低的时间成本得到较好的优化结果。
作者：	罗福平
专业：	车辆工程
导师：	黄泽好
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2023