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1、15某發(fā)動(dòng)機(jī)空調(diào)壓縮機(jī)某發(fā)動(dòng)機(jī)空調(diào)壓縮機(jī)支架的支架的模態(tài)分析和優(yōu)化模態(tài)分析和優(yōu)化何寶俊黃鳳琴李欣(東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心湖北武漢430058)摘要摘要:為了對某發(fā)動(dòng)機(jī)空調(diào)壓縮機(jī)支架的模態(tài)進(jìn)行預(yù)測,基于Abaqus軟件建立了其有限元分析模型,進(jìn)行模態(tài)分析。計(jì)算結(jié)果顯示模態(tài)不達(dá)標(biāo),根據(jù)計(jì)算所得振型圖找出薄弱位置,對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,改變固定點(diǎn)的位置。優(yōu)化后,空調(diào)壓縮機(jī)支架的一階模態(tài)頻率顯著提高,達(dá)到開發(fā)目標(biāo)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī);空調(diào)壓縮機(jī);模
2、態(tài)分析;頻率;優(yōu)化;Abaqus引言發(fā)動(dòng)機(jī)的空調(diào)壓縮機(jī)通過支架連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的本體上,為使所設(shè)計(jì)的零部件滿足NVH(Noise噪音、Vibration振動(dòng)、Harshness聲振粗糙度)方面的要求必須對發(fā)動(dòng)機(jī)附件支架進(jìn)行模態(tài)分析以避免共振現(xiàn)象的發(fā)生及產(chǎn)生不必要的噪聲[12]。發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火激勵(lì)是空調(diào)壓縮機(jī)組件最大的激勵(lì),為了防止強(qiáng)烈共振,必須合理地設(shè)計(jì),使整個(gè)組件具有較高的剛度,具有較大的一階模態(tài)頻率,從而避開發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中的點(diǎn)火激勵(lì)(二階
3、激勵(lì))的所有可能頻率。壓縮機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)本體上的安裝位置、安裝搭子的結(jié)構(gòu)、壓縮機(jī)支架的結(jié)構(gòu)還有各安裝螺栓的位置和尺寸等因素都會影響整個(gè)組件的剛度。本文基于Abaqus軟件利用計(jì)算模態(tài)分析的方法對空調(diào)壓縮機(jī)組件進(jìn)行計(jì)算??梢栽诜桨冈O(shè)計(jì)初期快速地預(yù)測該結(jié)構(gòu)的一階模態(tài)頻率,并根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出改進(jìn)建議,促成模態(tài)達(dá)標(biāo),減少零件反復(fù)開模和整機(jī)多輪次試驗(yàn)的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。1開發(fā)目標(biāo)說明發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火激勵(lì)是空調(diào)壓縮機(jī)組件的最大激勵(lì),激勵(lì)頻率的計(jì)算公式如下:f
4、=(ni)(60m)其中n表示發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,i表示汽缸數(shù),m=沖程數(shù)2。對于四缸四沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)而言,發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火頻率f=(n4)(602)=n30可以發(fā)現(xiàn),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越大,激勵(lì)的頻率就越大。該發(fā)動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速范圍為800rmin~5500rmin,因此點(diǎn)火激勵(lì)頻率的范圍為26.7Hz~183.3Hz,而空調(diào)壓縮機(jī)組件有其固有的模態(tài)振型和相應(yīng)的頻率,為了避免發(fā)生共振,壓縮機(jī)組件的一階模態(tài)頻率必須大于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火激勵(lì)頻率的最大值??紤]到計(jì)算的誤
5、差等因素,取1.3的安全系數(shù),因此空壓機(jī)組件一階模態(tài)頻率f1的開發(fā)目標(biāo)為:f1183.31.3=238.3Hz2計(jì)算模態(tài)分析簡介模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的一種近代方法,是系統(tǒng)辨別方法在工程振動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用。模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性,每一個(gè)模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可以由計(jì)算或者試驗(yàn)分析取得,這樣一個(gè)計(jì)算或者試驗(yàn)分析的過程稱為模態(tài)分析。如果模態(tài)參數(shù)是由有限元計(jì)算的方法取得,則稱為計(jì)算模態(tài)分析;如果通過試驗(yàn)
6、將采集的系統(tǒng)輸入與輸出信號經(jīng)過參數(shù)識別獲得模態(tài)參數(shù),則稱為試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。3有限元模型3.1網(wǎng)格劃分網(wǎng)格基礎(chǔ)尺寸為4mm,缸體、油底殼、壓縮機(jī)支架和壓縮機(jī)的殼體各采用二階四面體單元?jiǎng)澐?,壓縮機(jī)內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)用質(zhì)量點(diǎn)mass代替,螺栓采用梁單元模擬,各部分之間通過剛性單元連接,見圖1。35圖2.一階模態(tài)振型圖(原狀態(tài))一階模態(tài)振型圖(原狀態(tài))圖3.結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法4.2優(yōu)化后計(jì)算結(jié)果表2.計(jì)算結(jié)果對比計(jì)算結(jié)果對比狀態(tài)原狀態(tài)優(yōu)化后
7、改進(jìn)方式——支架跨度增大,支架下方兩個(gè)螺栓安裝到油底殼上模態(tài)頻率176Hz297Hz達(dá)標(biāo)判斷否是將螺栓安裝位置下移之后,重新進(jìn)行建模計(jì)算,得到其一階模態(tài)頻率為297Hz,相對于原狀態(tài)提高了69%,且達(dá)到了開發(fā)目標(biāo)(f1>238.3Hz)其振型如圖4。圖4.一階模態(tài)振型圖(一階模態(tài)振型圖(優(yōu)化后優(yōu)化后)4.3試驗(yàn)結(jié)果及對比壓縮機(jī)支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后,進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)搭載整車附件系振動(dòng)掃描試驗(yàn),壓縮機(jī)及支架上的測點(diǎn)如圖5所示。兩個(gè)螺栓兩個(gè)螺栓下移,
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