一种发动机零部件优化设计方法技术

本发明专利技术提供了一种发动机零部件优化设计方法，其特征在于包括如下步骤：1)获得设计指标要求；2)利用发动机振动图谱库，完成首轮基础方案推荐；3)利用发动机结构振动控制优化技术进行零部件结构改进设计；4)设计任务输出。相对于现有技术，本发明专利技术具有以下优势：利用发动机振动图谱库工具进行“预测设计”的零部件设计模式，实现振动控制技术与发动机零部件设计过程的有效融合，实现产品研发过程中振动的有效控制，节约设计制造成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于发动机零部件减振
，尤其是涉及一种发动机零部件优化设计方法。
技术介绍
发动机作为各种车辆和机械工具的动力“心脏”，是实现各类工具功能发挥的关键因素。作为发动机重要性能特征之一的振动指标，直接影响到发动机的可靠性及功能的实现程度。随着现代化发动机向“高功率密度”设计理念的转变，高转速、高爆压、轻量化等必然导致整机及相关零部件振动水平大幅提高。而在初始设计阶段或零部件改进过程中，不具备利用成熟样机或样件进行振动试验的条件，因此很难通过试验的方法预测整机的振动，传统的发动机研发在振动控制方面处于被动的“事后补救”模式，没有在设计开发过程中充分考虑，更未形成系统的振动控制技术，从而导致发动机产品开发周期比较长，反复试制成本高，而且可靠性也比较差。由此可见，传统的振动处理方式已难以满足发动机零部件设计过程中在振动控制方面的使用要求。因此，形成一种基于整机及零部件振动指标优化为基础的发动机零部件设计方法，实现由被动抑制向主动控制的转变，具有非常重要的理论和实际意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种发动机零部件优化设计方法，为以整机或零部件振动特征优化为基础的发动机零部件优化设计方法。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种发动机零部件优化设计方法，包括如下步骤：1)获得设计指标要求，包括发动机结构参数、性能指标、振动水平控制指标等约束条件；>2)利用发动机振动图谱库，完成首轮基础方案推荐；3)利用发动机结构振动控制优化技术进行零部件结构改进设计；4)设计任务输出。进一步的，所述步骤2)中发动机振动图谱库的建立方法包括如下步骤：21)振动图谱重要特征、控制参数与影响参数的定义；重要特征：根据实际或预测的发动机运行工况，可直观显示整机不同工况的振动烈度最大值；控制参数及影响参数包括：发动机结构布置形式，发动机强化程度，发动机转速、扭矩、当量振动烈度22)振动响应提取区域与位置定义，进行整机振动测试的测点布置，形成用于指导试验及数据存储的ODS图形；23)典型发动机机型选取，并对步骤22)中测点进行表面振动信号测量及测量数据的仿真校对，通过对测试数据的二次处理得到步骤1)中定义的重要特征、控制参数与影响参数的数据；具体是对发动机各稳态或瞬态工况进行试验测试，使用振动信号数据采集系统进行各测点三向振动原始时域信号采集，选取关心频率范围，利用频域数据处理方法，得到单测点单方向振动加速度数据，进行傅里叶积分，得到单测点单方向的振动速度数据，再进行傅里叶积分，得到单测点单方向的振动位移数据；发动机振动测试完成后，通过计算求得当量振动烈度，当量振动烈度的计算公式为：vs=(ΣvxNx)2+(ΣvyNy)2+(ΣvzNz)2]]>其中：vs是当量振动烈度，mm/s；vx，vy，vz是x，y，z三个方向上各规定测点的振动速度均方根值，mm/s；Nx，Ny，Nz为x，y，z三个方向上的测点数；完成全部试验工况点测试后，将试验数据进行二次处理，再利用矩阵图形处理方法形成整机的振动烈度分布图，并将测点相关数据与22)步骤形成的ODS测点图进行关联；24)将上述23)得到的测试数据与整机三维模型或ODS图进行关联，完成关心区域振动位置频谱提取及组集；25)通过多种机型的试验测试以及仿真分析工作，利用步骤23)反复的进行应用和校核，逐步减少试验测点数量，形成发动机振动图谱提取方法；26)通过步骤25)振动提取方法形成发动机振动图谱，再通过大量试验及仿真数据结合，形成系列机型图谱族。进一步的，所述步骤2)是根据发动机整机结构振动分析方法，建立考虑不同结构形式及结构尺寸参数变化的发动机整机振动分析模型，获得上述参数对整机振动评价指标的影响规律，得到零部件基础结构配置推荐方案；将步骤1)中全部设计指标参数输入发动机振动图谱库中，由发动机振动图谱库推荐发动机结构形式，及其在全功率覆盖范围内的振动水平预测。进一步的，步骤3)是通过建立考虑离散变量结构形式、空间不同表面、激励来源及连续变量转速、重要尺寸参数的整机结构振动优化模型，并综合影响规律结果分析得到关键参数灵敏度数据，找出本体部件振动对整机结构振动的贡献以及各传递路径对整机振动的贡献，形成各关键件优化设计分析模型；还要通过整机结构不同方案匹配优化，结合性能、结构、工艺定义目标函数、约束函数、设计变量，输出优化结果并对其进行评价，得到振动目标最优的参数匹配集，该匹配集需满足步骤1)要求的设计指标之后，若得到的最优的参数匹配集基本满足步骤1)要求的设计指标，按照以下步骤进一步优化改进设计：31)查找超限峰值整机工况区域；32)从发动机振动图谱中提取对应工况整机试验和仿真数据；33)明确振动烈度超限区域及其结构形式；34)利用转速及阶次切片等功能查找振动烈度超限部件及原因；35)利用发动机结构振动控制优化技术进行零部件结构改进设计，并通过多轮次虚拟验证及存量机型实物样机或样件振动响应试验进行验证。进一步的，步骤1)还要根据设计指标要求，建立零部件初始模型或确定零部件主要结构参数及组合形式，需确定激励源基本特性，定义用于评估整机或零部件结构振动情况的各项评价指标。相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：通过采用基于整机或零部件振动指标控制为基础的发动机零部件优化设计方法，可以改变传统的发动机零部件设计过程中，在振动控制方面处于“事后补救”、“画—制—试”的被动形式，形成全过程的利用发动机振动图谱等工具进行“预测设计”的零部件设计模式；根据性能参数对结构振动影响规律、不同结构形式及结构尺寸参数对整机振动评价指标的影响规律和关键参数灵敏度数据等基础研究，形成发动机零部件优化设计方法；补充和完善了发动机总体设计技术体系，实现振动控制技术与发动机零部件设计过程的有效融合，实现产品研发过程中振动的有效控制，节约设计制造成本。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例性能指标设计要求；图2为本专利技术实施例发动机零部件优化设计方法的流程图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。本专利技术一实施例一种发动机零部件优化设计方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机零部件优化设计方法，其特征在于包括如下步骤：1)获得设计指标要求；2)利用发动机振动图谱库，完成首轮基础方案推荐；3)利用发动机结构振动控制优化技术进行零部件结构改进设计；4)设计任务输出。

【技术特征摘要】
1.一种发动机零部件优化设计方法，其特征在于包括如下步骤：
1)获得设计指标要求；
2)利用发动机振动图谱库，完成首轮基础方案推荐；
3)利用发动机结构振动控制优化技术进行零部件结构改进设计；
4)设计任务输出。
2.根据权利要求1所述的发动机零部件优化设计方法，其特征在于：所述步骤2)中发动
机振动图谱库的建立方法包括如下步骤：
21)振动图谱重要特征、控制参数与影响参数的定义；
重要特征：根据实际或预测的发动机运行工况，可直观显示整机不同工况的振动烈度
最大值；
控制参数及影响参数包括：发动机结构布置形式，发动机强化程度，发动机转速、扭矩、
当量振动烈度
22)振动响应提取区域与位置定义，进行整机振动测试的测点布置，形成用于指导试验
及数据存储的ODS图形；
23)典型发动机机型选取，并对步骤22)中测点进行表面振动信号测量及测量数据的仿
真校对，通过对测试数据的二次处理得到步骤1)中定义的重要特征、控制参数与影响参数
的数据；具体是对发动机各稳态或瞬态工况进行试验测试，使用振动信号数据采集系统进
行各测点三向振动原始时域信号采集，选取关心频率范围，利用频域数据处理方法，得到单
测点单方向振动加速度数据，进行傅里叶积分，得到单测点单方向的振动速度数据，再进行
傅里叶积分，得到单测点单方向的振动位移数据；
发动机振动测试完成后，通过计算求得当量振动烈度，当量振动烈度的计算公式为：
vs=(ΣvxNx)2+(ΣvyNy)2+(ΣvzNz)2]]>其中：vs是当量振动烈度，mm/s；vx，vy，vz是x，y，z三个方向上各规定测点的振动速度均
方根值，mm/s；Nx，Ny，Nz为x，y，z三个方向上的测点数；
完成全部试验工况点测试后，将试验数据进行二次处理，再利用矩阵图形处理方法形
成整机的振动烈度分布图，并将测点相关数据与22)步骤形成的ODS测点图进行关联；
24)将上述23)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨贵春，牛军，申晓彦，冯垣洁，张强，高云峰，王涛，薛隆全，
申请(专利权)人：中国北方发动机研究所天津，
类型：发明
国别省市：天津;12