關于發電機抖動的原因分析

李賀柱，胡必謙，陳曉東，路明

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

前言

某發動機前端的發電機抖動較大，導致固定螺栓力矩衰減甚至松脫，初步分析發電機及發電機支架安裝結構，懷疑是發電機支架剛度偏弱，使得整體的1階模態頻率處于發動機最大超速轉速點火頻率范圍之內。所以針對發電機抖動問題進行支架的模態及有限元計算。

如下圖1所示，發電機由發電機上支架和發電機下支架固定。

圖1 發電機及固定支架

1 計算分析

本FEA模型是由發電機支架、發電機調節支架、發電機、部分缸體、鏈輪室、鏈輪室蓋、襯套及聯接螺栓組成的裝配體，有限元網格由HyperMesh劃分，模態計算的網格類型選擇 C3D10，靜力計算的網格類型為 C3D10M。計算采用ABAQUS解算器。有限元模型如圖2所示。

圖2 計算模型

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

該發動機的最大超速轉速為4500rpm，發動機的2階激勵最大，發動機轉速達到4500rpm時其2階頻率值為150Hz。根據模態頻率值評價標準，支架總成的 1階頻率應大于 1.3±0.1倍2階最大超速轉速點火頻率值，發動機1.3±0.1倍2階最大超速轉速點火頻率值為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險，不滿足避振設計要求。

圖3 1階模態應變能云圖

圖4 1階模態位移云圖

圖5 2階模態應變能云圖

圖6 2階模態位移云圖

圖3、4分別為支架總成在1階約束頻率值下的應變能與位移云圖。從圖中可以看出，支架的1階振動為發電機的繞固定螺栓形成的軸線擺動。由于支架與擺動軸線夾角較小，使發電機一側幾乎懸空，且發電機重量較大，達到5.7kg，所以，可以認為，發電機缺少第三點支撐，變形較大，難以抑制發電機的擺動，從而導致支架總成的1階頻率值較低。

2 優化改進

鑒于上述分析，在發電機支架螺栓安裝點與機油泵殼體間建立三根剛性梁，以使得發電機支架有三點支持（如圖 7所示），進行第二輪模態分析，驗證增加支撐結構是否可行。

圖7 優化模型

改進后的模型計算結果如圖8～10所示，從優化后的分析結果可以看出，發電機固定支架增加剛性梁支撐后，強度明顯增加：1階模態頻率從110.90Hz，提高到192.73Hz，大于180Hz，符合標準。所以改進方案是可行的，即尋找第三支撐點，以便限制發電機的左右擺動。

圖8 修改后模型的模態頻率值

圖9 1階模態位移云圖

圖10 2階模態位移云圖

3 結論

通過以上分析對比，可知發電機抖動是由于發電機支架的剛度偏弱，使得整體的1階模態頻率處于發動機最高超速轉速對應點火頻率范圍之內。發動機在工作過程中，發電機及支架安裝系統與發動機產生共振，從而導致發電機異常抖動，固定螺栓發生扭矩衰減甚至松脫。

通過對發電機支架增加支撐點進行加強，可有效提高 1階模態頻率，解決發電機抖動問題，避免螺栓松脫。

[1] 劉展.ABAQUS6.6基礎教程與實例詳解[M].北京:中國水利水電出版社, 2008.

[2] 吳宗澤.高等機械設計[M].北京:清華大學出版社,2001.

[3] 周龍保.內燃機學[M].北京:機械工業出版社,1996.