某发动机空调压缩机支架的模态分析和优化.pdfVIP

某发动机空调压缩机支架的模态分析和优化 何宝俊, 黄凤琴, 李欣 (东风汽车公司技术中心, 湖北武汉 430058) 摘要: 为了对某发动机空调压缩机支架的模态进行预测，基于Abaqus 软件建立了其有限元 分析模型，进行模态分析。计算结果显示模态不达标，根据计算所得振型图找出薄弱位置， 对其进行结构优化，改变固定点的位置。优化后，空调压缩机支架的一阶模态频率显著提 高，达到开发目标。 关键词: 发动机；空调压缩机；模态分析；频率；优化；Abaqus 引 言 发动机的空调压缩机通过支架连接到发动机的本体上，为使所设计的零部件满足 NVH(Noise, 噪音、Vibration, 振动、Harshness, 声振粗糙度)方面的要求, 必须对发动机附件支 [1,2] 架进行模态分析, 以避免共振现象的发生及产生不必要的噪声 。 发动机点火激励是空调压缩机组件最大的激励，为了防止强烈共振，必须合理地设计， 使整个组件具有较高的刚度，具有较大的一阶模态频率，从而避开发动机工作过程中的点火 激励 （二阶激励）的所有可能频率。压缩机在发动机本体上的安装位置、安装搭子的结构、 压缩机支架的结构还有各安装螺栓的位置和尺寸等因素都会影响整个组件的刚度。 本文基于Abaqus 软件利用计算模态分析的方法对空调压缩机组件进行计算。可以在方 案设计初期快速地预测该结构的一阶模态频率，并根据计算结果提出改进建议，促成模态达 标，减少零件反复开模和整机多轮次试验的时间和经济成本。 1 开发目标说明 发动机的点火激励是空调压缩机组件的最大激励，激励频率的计算公式如下： f= （n*i）/ （60*m ） 其中n 表示发动机的转速，i 表示汽缸数，m=冲程数/2 。 对于四缸四冲程的发动机而言，发动机点火频率 f= （n*4 ）/ （60*2 ）=n/30 可以发现，发动机转速越大，激励的频率就越大。该发动机的工作转速范围为 800r/min~5500r/min，因此点火激励频率的范围为26.7Hz~183.3Hz ，而空调压缩机组件有其 固有的模态振型和相应的频率，为了避免发生共振，压缩机组件的一阶模态频率必须大于发 动机点火激励频率的最大值。考虑到计算的误差等因素，取 1.3 的安全系数，因此空压机组 件一阶模态频率f1 的开发目标为： f 183.3* 1.3=238.3Hz 1 2 计算模态分析简介 模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应 用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。 这些模态参数可以由计算或者试验分析取得，这样一个计算或者试验分析的过程称为模态分 析。如果模态参数是由有限元计算的方法取得，则称为计算模态分析；如果通过试验将采集 的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，则称为试验模态分析。 3 有限元模型 3.1 网格划分 网格基础尺寸为 4mm ，缸体、油底壳、压缩机支架和压缩机的壳体各采用二阶四面体 单元划分，压缩机内部的复杂结构用质量点mass 代替，螺栓采用梁单元模拟，各部分之间 通过刚性单元连接，见图 1。 1 / 5 建立约束 螺栓连接 二阶四面体单元 图1. 空调压缩机组件有限元模型 3.2 模型装配 压缩机内部结构太过复杂，无法模型化，由质量点代替，并使用柔性单元连接到压缩机 壳体上，配重之后整个压缩机模型的重量和重心位置都与实际相符。 压缩机通过螺栓连接 到支架上，支架再通过螺栓连接