ISO 3046-5-2001 Reciprocating internal combustion engines - Performance - Part 5 Torsional vibrations《往复式内燃机 性能 第5部分 扭转振动》.pdf

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1、 Numro de rfrence ISO 3046-5:2001(F) ISO 2001NORME INTERNATIONALE ISO 3046-5 Deuxime dition 2001-12-01Moteurs alternatifs combustion interne Performances Partie 5: Vibrations de torsion Reciprocating internal combustion engines Performance Part 5: Torsional vibrations ISO 3046-5:2001(F) PDF Exonrati

2、on de responsabilit Le prsent fichier PDF peut contenir des polices de caractres intgres. Conformment aux conditions de licence dAdobe, ce fichier peut tre imprim ou visualis, mais ne doit pas tre modifi moins que lordinateur employ cet effet ne bnficie dune licence autorisant lutilisation de ces po

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5、r par les comits membres de lISO. Dans le cas peu probable o surviendrait un problme dutilisation, veuillez en informer le Secrtariat central ladresse donne ci-dessous. ISO 2001 Droits de reproduction rservs. Sauf prescription diffrente, aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni u

6、tilise sous quelque forme que ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans laccord crit de lISO ladresse ci-aprs ou du comit membre de lISO dans le pays du demandeur. ISO copyright office Case postale 56 CH-1211 Geneva 20 Tel. + 41 22 749 01 11

7、 Fax. + 41 22 749 09 47 E-mail copyrightiso.ch Web www.iso.ch Imprim en Suisse ii ISO 2001 Tous droits rservsISO 3046-5:2001(F) ISO 2001 Tous droits rservs iiiAvant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits mem

8、bres de lISO). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de lISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l

9、ISO participent galement aux travaux. LISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. Les Normes internationales sont rdiges conformment aux rgles donnes dans les Directives ISO/CEI, Partie 3. La tche principale d

10、es comits techniques est dlaborer les Normes internationales. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techniques sont soumis aux comits membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert lapprobation de 75 % au moins des comits membres votants. Lattention e

11、st appele sur le fait que certains des lments de la prsente partie de lISO 3046 peuvent faire lobjet de droits de proprit intellectuelle ou de droits analogues. LISO ne saurait tre tenue pour responsable de ne pas avoir identifi de tels droits de proprit et averti de leur existence. LISO 3046 a t la

12、bore par le comit technique ISO/TC 70, Moteurs combustion interne. Cette deuxime dition annule et remplace la premire dition (ISO 3046-5:1978), qui a fait lobjet dune rvision technique. LISO 3046 comprend les parties suivantes, prsentes sous le titre gnral Moteurs alternatifs combustion interne Perf

13、ormances: Partie 1: Dclaration de la puissance et de la consommation de carburant et dhuile de lubrification, mthodes dessai Exigences supplmentaires Partie 2: Mthodes dessai Partie 3: Mesures pour les essais Partie 4: Rgulation de la vitesse Partie 5: Vibrations de torsion Partie 6: Protection cont

14、re la survitesse Partie 7: Codes de puissance des moteurs NORME INTERNATIONALE ISO 3046-5:2001(F) ISO 2001 Tous droits rservs 1Moteurs alternatifs combustion interne Performances Partie 5: Vibrations de torsion 1 Domaine dapplication La prsente partie de lISO 3046 fixe les dispositions gnrales et le

15、s dfinitions relatives aux vibrations de torsion des ensembles de lignes darbres des groupes entrans par des moteurs alternatifs combustion interne. Le cas chant, des exigences spciales peuvent tre prcises pour des applications particulires de moteurs. La prsente partie de lISO 3046 est applicable a

16、ux groupes entrans par des moteurs alternatifs combustion interne usages terrestre, ferroviaire et marin, lexclusion des groupes utiliss pour la propulsion des engins de travaux routiers, des engins de terrassement, des tracteurs agricoles et industriels, des automobiles, des camions et des aronefs.

17、 2 Rfrences normatives Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la rfrence qui y est faite, constituent des dispositions valables pour la prsente partie de lISO 3046. Pour les rfrences dates, les amendements ultrieurs ou les rvisions de ces publications ne sapp

18、liquent pas. Toutefois, les parties prenantes aux accords fonds sur la prsente partie de lISO 3046 sont invites rechercher la possibilit dappliquer les ditions les plus rcentes des documents normatifs indiqus ci-aprs. Pour les rfrences non dates, la dernire dition du document normatif en rfrence sap

19、plique. Les membres de lISO et de la CEI possdent le registre des Normes internationales en vigueur. ISO 2041, Vibrations et chocs Vocabulaire ISO 2710-1, Moteurs alternatifs combustion interne Vocabulaire Partie 1: Termes relatifs la conception et au fonctionnement du moteur ISO 2710-2, Moteurs alt

20、ernatifs combustion interne Vocabulaire Partie 2: Termes relatifs la maintenance du moteur 3 Termes et dfinitions Pour les besoins de la prsente partie de lISO 3046, les termes et dfinitions de lISO 2710-1 et de lISO 2710-2 suivants sappliquent, ainsi que ce qui suit. 3.1 groupe ensemble de mcanisme

21、s comprenant un ou plusieurs moteurs et les machines entranes ISO 3046-5:2001(F) 2 ISO 2001 Tous droits rservs3.2 ensemble de lignes darbres totalit des lments dun groupe lis en rotation (voir Figure 1) NOTE Cest lensemble de lignes darbres complet qui est pris en compte pour le calcul des vibration

22、s de torsion. 3.3 vibration de torsion dformation angulaire oscillatoire dun ensemble de lignes darbres en rotation (torsion) 3.4 amplitude de vibration de torsion dplacement angulaire maximal, mesur dans un plan perpendiculaire laxe de lensemble de lignes darbres entre la position angulaire donne e

23、t une rfrence de position arbitrairement choisie 3.5 frquence propre non amortie paramtre quil est possible de calculer pour chaque solution de lquation de mouvement du systme non amorti Voir 2.80 de lISO 2041:1990. NOTE Il nest en gnral pas ncessaire de calculer la frquence propre dun systme amorti

24、. 3.6 vecteur propre amplitude relative dans une section lorsque le systme vibre sa frquence propre, une section arbitraire du systme ayant t choisie comme rfrence et affecte de lamplitude unit 3.7 ligne lastique lenveloppe des amplitudes des vecteurs propres dans chaque section (voir Figure 2) 3.8

25、nud de vibration point de la ligne lastique o lamplitude du vecteur propre est nulle 3.9 mode propre de vibration de torsion chaque mode de vibration de torsion est caractris par sa frquence propre correspondante et sa ligne lastique NOTE Des exemples sont le premier mode de vibration ou mode un nud

26、, le second mode de vibration ou mode deux nuds. 3.10 couple excitateur couple de torsion priodique gnr par le moteur ou la machine entrane qui excite les vibrations de torsion de lensemble de lignes darbres 3.11 harmonique le couple excitateur peut tre dcompos en somme de termes sinusodaux (srie de

27、 Fourier). Chaque terme de la srie est appel harmonique. Voir 2.26 de lISO 2041:1990. NOTE Chacune de ces harmoniques est thoriquement capable de produire des rsonances la vitesse de rotation approprie de lensemble de lignes darbres. Les termes de la srie de Fourier sont classs par ordre croissant.

28、La premire harmonique correspond au premier terme de la srie (mme sil est nul) et ainsi de suite (voir Figure 3). Le terme constant reprsente le couple moyen. ISO 3046-5:2001(F) ISO 2001 Tous droits rservs 33.12 ordre de vibration lordre de vibration reprsente le nombre doscillations par tour associ

29、 chaque harmonique NOTE Pour les moteurs alternatifs combustion interne fonctionnant sur un cycle deux temps, lordre de vibration correspond au rang de lharmonique. Pour les moteurs alternatifs combustion interne fonctionnant sur un cycle quatre temps, le rang de lharmonique doit tre divis par deux

30、pour obtenir lordre de vibration correspondant; par exemple: II/4 pour la vitesse de rsonance laquelle le second mode de vibration est excit par la quatrime harmonique. 3.13 vitesse de rsonance vitesse laquelle lensemble de lignes darbres est en rsonance (en raison de lgalit de la frquence dune des

31、harmoniques du couple excitateur et de la frquence propre dun mode de vibration) Voir 2.73 de lISO 2041:1990. 3.14 contrainte torsionnelle totale contrainte mcanique gnre dans une section donne de lensemble de lignes darbres par lensemble des harmoniques du couple excitateur en tenant compte de lint

32、ensit et de la phase de la contrainte gnre par chaque harmonique (voir Figure 4) NOTE Le couple moyen nest pas pris en compte pour le calcul de la contrainte torsionnelle totale. 3.15 contrainte torsionnelle additionnelle contrainte gnre par les vibrations de torsion dune harmonique donne qui est aj

33、oute la contrainte de torsion correspondant au couple moyen transmis dans une section donne de lensemble de lignes darbres considre 3.16 plage interdite zone de vitesse o les contraintes causes par les vibrations de torsion dpassent les valeurs admises en service continu NOTE Le fonctionnement en co

34、ntinu dans cette zone de vitesse est interdit, mais le passage en rgime transitoire est admis sil ne prsente aucun danger pour lensemble de lignes darbres. ISO 3046-5:2001(F) 4 ISO 2001 Tous droits rservsLgende 1 Amortisseur 8 Excitatrice 2 Moteur 9 Cylindre 6 3 Volant dinertie 10 Cylindre 5 4 Gnrat

35、rice 11 Cylindre 4 5 Carter 12 Cylindre 3 6 Ventilateur 13 Cylindre 2 7 Rotor 14 Cylindre 1 Figure 1 Moteur allumage par compression (diesel) 6 cylindres et gnratrice et systme idal quivalent ISO 3046-5:2001(F) ISO 2001 Tous droits rservs 5Lgende 1 Amortisseur 8 Cylindre 1 2 Carter 9 Volant dinertie

36、 3 Cylindre 6 10 Ventilateur 4 Cylindre 5 11 Rotor 5 Cylindre 4 12 Excitatrice 6 Cylindre 3 a Nud 7 Cylindre 2 b Ligne lastique Figure 2 Diagramme type de vecteur ISO 3046-5:2001(F) 6 ISO 2001 Tous droits rservsLgende aCouple moyen bSomme des harmoniques cOrdre N 0,5 Harmonique N 1 dOrdre N 1,0 Harm

37、onique N 2 eOrdre N 1,5 Harmonique N 3 fOrdre N 2,0 Harmonique N 4 gOrdre N 2,5 Harmonique N 5 hOrdre N 3,0 Harmonique N 6 iOrdre N 3,5 Harmonique N 7 jOrdre N 4,0 Harmonique N 8 Figure 3 Analyse harmonique du diagramme de couple dun moteur 4 temps ISO 3046-5:2001(F) ISO 2001 Tous droits rservs 7aSy

38、nthse bOrdre 3,5 cOrdre 6 dOrdre 5,5 Figure 4 Contraintes types de vibrations de torsion 4 Calcul des vibrations de torsion 4.1 Gnralits Connaissant les caractristiques dynamiques de lensemble de lignes darbres, il est possible de calculer: a) la frquence propre et les modes propres; b) les rponses

39、du systme aux excitations. Quand il y a accord pralable par contrat, le fournisseur du groupe doit tre responsable du calcul des vibrations de torsion, laide dune mthode conventionnelle agre par les parties intresses, et, si ncessaire, des simplifications de calcul permises. ISO 3046-5:2001(F) 8 ISO

40、 2001 Tous droits rservs4.2 Mthode utilise 4.2.1 Vibrations libres Calcul des valeurs propres (frquence propre) et vecteur propre du systme dquations linaires reprsentant lensemble de lignes darbres non amorti. 4.2.2 Vibrations forces La solution des quations diffrentielles dont un membre reprsente

41、le couple excitateur du moteur et, si ncessaire, ceux des autres composants de lensemble de lignes darbres lorsque leurs couples excitateurs ne peuvent tre ngligs. 4.3 Donnes entrant dans le calcul Les donnes prendre en compte pour le calcul des vibrations de torsion de lensemble de lignes darbres s

42、ont, le moment dinertie polaire, les rigidits torsionnelles de chaque lment, les couples excitateurs de chacun des sous-ensembles, la plage de vitesse de fonctionnement, les paramtres spcifiques de fonctionnement et, si ncessaire, les donnes relatives lamortissement des vibrations de torsion (voir 5

43、.4). Les constructeurs du (des) moteur(s) et des machines entranes doivent communiquer toutes les informations ncessaires concernant les quipements quils fournissent (par exemple: lhlice) et qui sont ncessaires pour que le calcul des vibrations de torsion puisse tre ralis par le fournisseur du group

44、e. 4.4 Rsultats du calcul Les rsultats obtenus en utilisant les mthodes dcrites en 4.2.1 et 4.2.2 permettent de dterminer entre autres: a) les frquences propres, les vecteurs propres et la vitesse de rsonance; b) les contraintes de torsion dans lensemble de lignes darbres; c) les couples vibratoires

45、 dans les accouplements lastiques et les autres lments susceptibles dtre affects par ces couples; d) les amplitudes vibratoires en certains points de la ligne darbre; e) la puissance calorifique dissipe dans les accouplements et les autres sources damortissement. Les rsultats peuvent aussi tre utili

46、ss, si ncessaire pour dterminer: f) les acclrations de vibration dans les engrenages. 4.5 Rapport de calcul Si le contrat spcifie quun rapport concernant le calcul des vibrations de torsion ralis doit tre fait, il doit tre fourni par le fournisseur du groupe. Il doit comprendre les particularits pri

47、ncipales du moteur combustion interne, la configuration de lensemble de lignes darbres et les rsultats du calcul conformment 4.4 si ncessaire. Si le fournisseur du groupe a sous-trait les calculs, cela doit tre clairement indiqu dans le rapport. ISO 3046-5:2001(F) ISO 2001 Tous droits rservs 95 Mesure des vibrations de torsion 5.1 Gnralits Lorsque le contrat le prcise, la mesure des vibrations de torsion de lensemble de lignes darbres doit tre ralise par le fournisseur du groupe afin de vr