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发动机曲轴动态设计研究
苏铁熊, 李小雷, 崔志琴
(华北工学院, 山西太原 030051)
sutiexiong@
摘要 : 建立了发动机曲轴的三维实体模型,进行了自由模态有限元分析,并与试验结果进行了对比,在
此基础上进行了动态响应分析、灵敏度分析及动力修改,完成了曲轴动态设计的各个环节。
关键词 : 曲轴; 有限元法; 动态响应; 灵敏度; 动态设计
中图分类号: TK402 文献标识码: A
随着发动机强化指标的不断提高,曲轴的工作条件更加苛刻。因此要求曲轴不仅应具有
较高的静态强度与刚度,而且应具有良好的动态特性。曲轴的强度和刚度与其结构尺寸直接
有关。曲轴形状比较复杂,决定其结构的几何参数很多,且参数之间存在着内在关系。有些参
数是独立的,有些是互相关联的;有些结构参数对动态特性影响较大,而有些参数对动态特性
影响较小。因此,在进行动力学建模时,有必要对这些参数进行分类、整理,从而高效地建立
简化的几何结构模型,保证在此基础上创建的有限元动力学模型不但精度足够,且求解规模
适当。
本文建立的曲轴参数化实体模型如图1 所示。采用10节点4面体单元划分网格,节点总数
8 942 ,单元总数4708。有限元模型见图2。
图1 发动机曲轴实体模型
图2 发动机曲轴有限元模型
1 曲轴自由模态分析
利用大型CAD/ CAM分析软件I-deas 对发动机曲轴进行三维有限元自由模态分析。选取
Lanczos 方法求解,计算结果与试验结果对比见表1 ,计算出的振型见图3~图7。
表1 固有频率计算值与试验值的比较
阶 数 1 2 3 4 5
试验值Hz 97.24 114.42 244.94 267.17 319.01
计算值Hz 103.35 117.33 251.06 280.12 311.03
相对误差% 6.28 2.54 2.50 4.85 -2.51
由表1 可知,计算的曲轴固有频率与试验值的相对误差最大为6. 28 % ,可满足工程要求,说
明所建立的曲轴有限元模型正确,可进行下一步工作。
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图3 曲轴第1阶振型
图4 曲轴第2阶振型
图5 曲轴第3阶振型
图6 曲轴第4阶振型
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