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由活塞拍击引起的冲击力的简单评估模型
S.-H. CHO, S.-T. AHN AND Y.-H. KIM

对活塞的通过作往复运动的活塞和气缸内
壁之间的间隙的二阶运动（水平运动和旋转运动）进行动力学分析。本文提出一个可以预测由内燃机活塞拍击引起的拍击力和发动机缸体表面振动响应的分析模型。活塞仿照三自由地系统，以表征其平面运动。当发生拍击时，活塞裙部和气缸内壁之间的接触点的模型是仿照二自由度振动系统建立的。等效参数如质量、活塞和气缸内壁间的弹簧系数和阻尼系数是利用测量点的迁移率来估计的。这些参数是用来计算拍击力和估计发动机缸体表面的振动级的。预期结果参照实验结果来验证模型。

1.前言
活塞和气缸壁之间的拍击是内燃机主要的噪声源和振动源之一。在内燃机曲柄滑块机构中活塞与气缸内壁间存在非常小的间隙。间隙虽然非常小，但却足够引起活塞的周期性二阶运动并最终产生不必要的噪声和振动（图1）。通过活塞与气缸内壁之间的二阶运动是由侧推力产生的，这个侧推力根据它的位置改变它的方向。这个侧推力是由连杆产生的。结果导致活塞在气缸内从一边运动到另一边，最终，活塞与缸壁碰撞(图2)。这些冲击现象就称为活塞拍击。
已经有人对拍击力和侧推力的模型和估计作了很多尝试。这是一个活塞连杆组的惯性力和内燃机爆发力的函数[1-4]。也有人研究了平面曲柄滑块机构的动力学， 以探讨间隙大小、轴承摩擦的差距，曲柄速度响应系统的影响；举例来说，见参考资料[5,6]。有限元分析法也用来分析冲击力[7]。然而，这个模型以及有限元法并不足以估计冲击力。这是因为与活塞拍击相联系的基本机构是与发动机组的机械因素复杂相关的。因此，我们需要尽可能详细的考虑活塞拍击以提高预测的准确性。本文介绍了如何建立活塞拍击振动的动力学模型。基于模型估计缸内活塞的冲击力。发动机缸体表面振动响应是通过冲击力与实测气缸内壁与发动机缸体外表面之间的脉冲响应的回旋来预测的。实验验证的预测响应值，在商用4缸柴油发动机上做到实验也同样可以得到。在评估冲击力和发动机缸体表面振动响应上的错误也同样进行了研究。