曲軸—飛輪組合的模態(tài)分析及優(yōu)化.pdf

1、本文根據(jù)與廣西玉柴機(jī)器股份有限公司合作項(xiàng)目的要求，對(duì)曲軸-飛輪組合進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析獲取其固有頻率、振型和阻尼，對(duì)建立的模型進(jìn)行有限元模態(tài)分析，將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，并從結(jié)構(gòu)和材料方面對(duì)曲軸-飛輪組合優(yōu)化，對(duì)優(yōu)化前后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析、驗(yàn)證強(qiáng)度，達(dá)到在減少柴油機(jī)振動(dòng)的同時(shí)保證強(qiáng)度的目的。本文制定了模態(tài)分析的試驗(yàn)方案，采用自由支撐、錘擊法單點(diǎn)激勵(lì)、多點(diǎn)拾振的測(cè)試方法，并通過(guò)配置的測(cè)試系統(tǒng)采集、分析振動(dòng)數(shù)據(jù)，獲得了曲軸-飛輪組合前6階

2、固有頻率、振型以及阻尼，并根據(jù)力譜圖、相干函數(shù)和MAC來(lái)論證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。由試驗(yàn)結(jié)果可知曲軸-飛輪組合的第1階固有頻率為170.03Hz，與柴油機(jī)的燃燒激振頻率接近，容易引起共振。用基于UG+HyperMesh+ANSYS聯(lián)合求解的方法，對(duì)曲軸-飛輪組合進(jìn)行計(jì)算模態(tài)分析，獲得前10階固有頻率和前6階振型，并與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，第1、2階固有頻率與試驗(yàn)結(jié)果的誤差僅為4.25％和-5.18％，前5階振型與試驗(yàn)結(jié)果一致，從而驗(yàn)證了有限元計(jì)

3、算結(jié)果和模型的準(zhǔn)確性。
　　 本研究為了改進(jìn)曲軸-飛輪組合，提高優(yōu)化效率，在ANSYS中建立曲軸-飛輪組合的參數(shù)化模型，并對(duì)其進(jìn)行有限元模態(tài)分析，獲取前6階固有頻率和振型，與前一種模擬方法得出的結(jié)果對(duì)比分析，得知HyperMesh劃分網(wǎng)格得到的有限元模型質(zhì)量較高。與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，從固有頻率和振型上驗(yàn)證計(jì)算模態(tài)分析結(jié)果和參數(shù)化模型的準(zhǔn)確性。為提高曲軸-飛輪組合第1階固有頻率，避免共振，從改進(jìn)結(jié)構(gòu)和材料兩方面對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)曲軸

4、結(jié)構(gòu)改進(jìn):曲軸-飛輪組合的第1、2階固有頻率的增幅分別為27.3％和20.9％;對(duì)應(yīng)的DMX降幅分別為6.75％和8.63％，優(yōu)化效果非常明顯。對(duì)飛輪結(jié)構(gòu)改進(jìn):第1、2階固有頻率的增幅分別為7.66％和4.93％;對(duì)應(yīng)的DMX降幅分別為0.70％和5.82％，優(yōu)化效果一般。對(duì)材料改進(jìn):從常用材料屬性列表選擇滿(mǎn)足要求的軸承鋼代替原來(lái)的高強(qiáng)度鋼進(jìn)行模態(tài)分析，第1、2階固有頻率增幅分別為1.50％和1.22％;對(duì)應(yīng)的DMX降幅為0.21％和0

5、.31％，優(yōu)化效果不明顯。為驗(yàn)證優(yōu)化后結(jié)構(gòu)是否還能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，對(duì)曲軸-飛輪組合進(jìn)行受力分析，在原來(lái)參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上加參數(shù)化圓角，建立施加在圓弧面上的面載荷命令流。對(duì)優(yōu)化前后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，得知優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)全部都滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，并且在改進(jìn)曲軸后，曲軸-飛輪組合的最大應(yīng)力和最大應(yīng)變比原來(lái)降低了18.436％和18.954％;改進(jìn)飛輪后，最大應(yīng)力和最大應(yīng)變比原來(lái)降低了0.01％和0.150％;改進(jìn)材料后，最大應(yīng)力比原來(lái)增加了0.244％