引擎曲柄軸之強制振動分析

Abstract

本文旨在發展一套電腦軟體，用以分析引擎曲柄軸之強制振動和階數分析 。為了從事曲柄軸的振動分析，將此曲柄軸視為由一系列無質量的彈簧和 集中質量所構成的三維機械系統。首先使用牛頓－尤拉公式推導曲柄軸的 運動方程式，並考慮軸頸軸承的非線性彈簧與阻尼效應。然後應用 Myklestad 法與重疊原理，計算當不同轉速時，曲柄軸的自然頻率和振動 模態。將作用於曲柄軸之外力，包括氣體爆發力、活塞和連桿的慣性力做 傅立葉分析，用以篩檢出和自然頻率產生共振之階數。接著應用能量法， 即穩態之下外力所做之功等於摩擦力所消耗之功的原理，並且利用已求得 之自由振動模態，計算出曲柄軸之強制振動模態。最後，繪出自然頻率、 引擎轉速與外力的階數的關係圖，提供引擎設計的依據。