发动机曲轴的振动分析

发动机曲轴的振动分析

摘要：根据3018柴油机曲轴给定的参数，依据经验公式和实际情况，对曲轴的结构尺寸进行改进。在适当的简化下，利用三维软件Pro/E，建立曲轴的三维实体模型。然后利用有限元分析软件ANSYS完成曲轴仿真振动（模态）的分析，并收集仿真模型数据，得出曲轴的前几阶模态，得到曲轴的固有频率和振型。结果表明，曲轴的固有频率均高于工作转速对应的频率，不易产生共振；曲轴在低阶频率下，主要以弯曲模态为主,随着阶数的增长,变形也随之增大,但变形发生的部位有所不同。通过模态分析的研究，研究该发动机曲轴振动机理，并提出相应的改进措施，降低曲轴振动。

关键词：曲轴，三维实体模型，模态分析，频率，振型

Vibration Analysis of Engine Crankshaft

Abstract：According to the parameters of 3018 diesel engine crankshaft is given, on the basis of the empirical formula and the actual situation, the structure size of crankshaft is improved. In the simplified, using 3D software Pro/E, a three-dimensional model of the crankshaft. Then using finite element analysis software ANSYS to complete the simulation of crankshaft vibration (modal) analysis, and collect the data of simulation model, the first few modes of the crankshaft, and obtained the natural frequency and vibration mode. The results show that, the natural frequency of the crankshaft are higher than the working speed of the corresponding frequency, not easy to produce resonance; crankshaft at low frequencies, mainly in the bending mode, with the order of growth, deformation increases, but the deformation of different parts. Through the research of modal analysis, research on the mechanism of the engine crankshaft vibration, and put forward some corresponding improvement measures, reduce the crankshaft vibration.

Keywords: crankshaft, three-dimensional entity model, modal analysis, frequency, vibration mode

目录

1 绪论 (1)

1.1课题研究背景 (1)

1.2模态分析国内外研究状况 (2)

1.2.1 模态分析概述 (2)

1.2.2 国外研究状况 (3)

1.2.3 国内研究状况 (5)

1.3课题研究的目的和意义 (6)

1.4课题的主要研究内容 (6)

2曲轴三维模型的建立 (7)

2.1 Pro/E软件简介 (7)

2.2曲轴的工艺分析 (7)

2.2.1曲轴的工作条件及设计要求 (7)

2.2.2曲轴材料的选取 (8)

2.2.3曲轴结构尺寸改进 (8)

2.3曲轴的简化 (10)

2.4曲轴实体建模 (10)

3曲轴的模态分析 (14)

3.1 ANSYS简介 (14)

3.2曲轴模态分析步骤 (15)

3.2.1建立有限元模型 (15)

3.2.2指定分析标题 (15)

3.2.3定义单元类型 (15)

3.2.4定义材料属性 (16)

3.2.5划分网格 (17)

3.2.6模态分析设置 (18)

3.2.7施加边界条件 (19)

3.2.8进行求解 (20)

3.2.9查看结果 (20)

结论 (32)

参考文献 (33)

致谢 (34)

1 绪论

1.1 课题研究背景

发动机是机器的心脏，是动力设备的核心部件,已经广泛应用于现代工农业中，其性能的好坏直接影响着设备的运行。随着科技水平的不断发展，人们对车辆的舒适性、安全性以及发动机的动力性、经济性等要求越来越高，对汽车发动机的噪声、振动和行驶平顺性也越来越重视。因此，发动机及其零部件的不断优化及改进便成了当今汽车行业的重中之重。曲轴是发动机中不可或缺的机件之一，被誉为发动机的脊梁，曲轴的结构设计关系到整个发动机甚至整个动力装置的工作状况，因此，对曲轴各方面的分析便成了首先需要考虑的问题，模态分析便是其中之一。

曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成，如图所示。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数，而V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。

图1.1 曲轴

1-主轴颈 2-连杆轴颈（曲柄销） 3-前端轴 4-平衡重 5-曲柄曲轴是引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下（往复）运动变成循环（旋转）运动，它承受复杂、交变的冲击载荷，承受周期性变化的气体压力、往复惯性力、离心力以及由此产生的扭矩、弯矩的共同作用。是发动机中最重要的部件