Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Damping of vibrations in a single-cylinder engine test bed
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2012 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Dämpning av vibrationer i en encylindrig motorprovcell (Swedish)
Abstract [en]

A study has been conducted to analyze the vibration behavior of one of AVLs light-duty engine test beds, used to develop and test new combustion engine concepts.

It has previously been observed that the test bed exerts large vibrations as the engine speed approaches 3000 rpm. As the test bed is mainly used for testing spark-ignited combustion engine concepts, it is desired to conduct measurements at engine speeds up to 6000 rpm. Therefore the purpose of the study is to find a new design for the test bed which reduces the speed-related vibrations and allow the engine to run at speeds up to 6000 rpm. In addition, the study has sought to find an appropriate method of measuring the engine torque in a more precise way than previous measurement methods.

The test bed components such as the engine, driveshaft, flywheel, couplings and the electric motor have been analyzed to determine the influence the mentioned components have on the vibration modes of the test bed. A theoretical model of the test bed components as a system was built in MATLAB, the model was then used to find the optimal dimensions of each component in order to reduce the vibrations. The accuracy of the model was verified using measured engine data; In addition, the vibration modes of the test bed were measured using an accelerometer mounted on the electric motor. The measured data was processed using PULSE. A CAD model of a new test bed concept was created using Autodesk Inventor. The vibration modes of the new test bed were verified using ANSYS.

The study concludes that the components generally need to have a higher stiffness as well as a lower moment of inertia in order to reduce the risk of critical resonances being generated at speeds below 6000 rpm. In particular, the inertia of the engine flywheel and the couplings for the driveshaft should be reduced by 50% and 57 % respectively. Furthermore, the counterweight mass of the engine crankshaft should be reduced to 1.32 kg for the balance degree of the engine to lower than 36%, in order to reduce lateral inertial forces in the engine. However, the study concludes that lowering the inertia of these components will cause the fluctuations in speed to increase from the current average value of  2 rpm to  4 rpm.

Finally, the study concludes that a digital torque sensor should be used to achieve the desired measurement accuracy.

Abstract [sv]

En studie har genomförts för att analysera vibrationsbeteendet hos en av AVLs encylindriga motorprovceller som används för att utveckla och testa nya förbränningsmotorkoncept.

Det har tidigare konstaterats att stora vibrationer uppstå i provcellen då motorvarvtalet närmar sig 3000 varv/min. Eftersom provcellen främst används att testa bensinmotorkoncept är det önskvärt att kunna utföra mätningar vid motorvarvtal upp till 6000 varv/minut. Syftet med studien är därför att analysera och utveckla ett koncept för en konstruktionsförändring av riggen som minskar de hastighetsrelaterade vibrationerna och tillåter att motorn körs i hastigheter upp till 6000 rpm. Förutom detta så har studien syftat till att hitta en lämplig metod för att mäta motorns vridmoment på ett mer precist sätt än tidigare.

Provcellens komponenter såsom motor, drivaxel, svänghjul, kopplingar och elmotorn har analyserats för att avgöra hur komponenterna påverkar vibrationer i provcellen.

En teoretisk modell av provcellskomponenterna som ett system upprättades i MATLAB, modellen användes sedan för att hitta de optimala dimensionerna för varje komponent för att minska vibrationerna. Noggrannheten av modellen verifierades med uppmätt motordata. Vibrationerna i provcellen mättes dessutom med en accelerometer som fästes på elmotorn, mätdatan från provningarna bearbetades sedan med PULSE. En CAD-modell av det nya provcellskonceptet skapats med Autodesk Inventor, och vibrationsmoderna verifierades i ANSYS.

I studien dras slutsatsen att provcellens komponenter i allmänhet behöver ha en högre styvhet samt ett lägre tröghetsmoment för att motverka att kritiska resonanser uppkommer före 6000 varv/minut. I synnerhet bör tröghetsmomenten för motorns svänghjul och drivaxelns kopplingar minskas med 50% respektive 57%. Vidare bör motviktsmassan för motorns vevaxel reduceras 1.32 kg för att motorns balansgrad skall understiga 36 %, i syfte att minska horisontella svängningar i motorn som orsakas av tröghetskrafter. Dock konstateras även att om trögheten sänks för dessa komponenter, medför det att variationerna för rotationshastigheten ökar från i snitt  2 varv/minut till i snitt  4 varv/minut

Slutligen fastställer studien att en digital vridmomentsensor bör användas för att uppnå den önskade mätnoggrannheten.

Place, publisher, year, edition, pages
2012.
Series
MMK 2012:20 MKN 060
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-99262OAI: oai:DiVA.org:kth-99262DiVA: diva2:541724
External cooperation
AVL MTC,Erik Karlsson
Uppsok
Technology
Supervisors
Examiners
Available from: 2012-07-23 Created: 2012-07-23 Last updated: 2012-07-24Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Niklas Spångberg(2636 kB)1071 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2636 kBChecksum SHA-512
bda92fd28c3fb5bf42f73d3c91f390ee282f32ae35e56fd0f97070c730f2b1daf189008e148cf1d5f060c2921c88368c5eb74e8d4c59a7ad0a00fd4e4f837348
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 1071 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 271 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf