热气机具有污染小、低振动噪声、工作平稳和理论热效率高的特点,从上世纪九十年代开始,陆续在军事和民用领域得到应用。振动噪声特性是热气机的主要性能指标之一,直接影响着以热气机为动力的军事装备的声隐身性。开展热气机动力学分析、分析和研究激励力与其结构本身固有特性关系是优化其振动噪声特性的基础研究工作之一,具有十分重要的意义和工程应用价值。本文以模态分析、振动和有限元理论为基础,采用有限元法和多体动力学计算以及模态实验等研究手段,研究了热气机的振动特性,其主要研究内容和结论如下:1.对比分析了不同网格尺寸和类型的热气机关键零部件有限元计算结果,确定了合适的网格尺寸和类型,通过热气机零部件模态分析验证了所建有限元模型的正确性。将验证的有限元模型导入ANSYS定义主自由度,在AVL EXCITE的PowerUnit模块下生成缩减模型。2.研究活塞杆敲击力的特性,分别通过气缸导引单元和活塞杆气缸接触单元建立活塞杆和气缸间的连接关系,对比分析了两种连接方式计算的活塞气缸间的作用力,发现两种连接方式计算的侧推力接近;气缸导引单元所需的主自由度节点、模型缩减时间远远小于活塞气缸接触单元所需的主自由度节点和模型缩减时间。3.研究了平衡轴的激励力特性,分别计算了考虑齿轮和平衡轴的热气机传动系统激励力,对比分析了两种模型同一周期内的主轴承载荷;在时域和频域对比分析了主轴承和平衡轴载荷;平衡轴载荷的幅值比曲轴载荷的幅值小两个数量级,齿轮啮合频率分量的幅值不明显,且平衡轴轴瓦处的主自由度占整机缩减模型自由度的一半以上。考虑平衡轴对计算结果的影响不大,不考虑平衡轴的影响则可以减少缩减模型大小和节省计算资源。4.确定了气缸导引单元作为活塞杆与气缸的连接副和不考虑平衡轴影响的整机计算方案,建立了热气机的整机多体动力学模型,计算分析了其振动响应。5.测量了热气机的整机振动,在时域和频域对关键点进行了计算值和实测值的对比分析,验证了计算结果的正确性,为热气机的减振降噪提供参考。