【導讀】數(shù)決定著發(fā)動機整體構(gòu)成以及其性能和機構(gòu)尺寸與發(fā)動機的壽命和可靠性。軸受力比較復雜，所以在對曲軸進行設(shè)計時要求也比較高。為了避免曲軸在工作時。發(fā)生共振，導致曲軸失效需要對曲軸進行模態(tài)分析，這樣可以求出曲軸共振頻率，損壞，這對提高曲軸的壽命和可靠性是很有效的。該課題研究的是4125A型柴油機曲軸有限元分析。通過ANSYS有限元分析軟。尺寸，在設(shè)計時采取各種措施提高曲軸危險截面的強度更好的規(guī)避曲軸的共振區(qū)間，維實體模型進行網(wǎng)格劃分，限制模型的自由度以及對其進行加載力。

　　

【正文】 過程是在求解后完成后，再次進入求解層，用 MXPAND 命令定義響應的參數(shù)，然后再次求解就可以了。 （ 4）觀察結(jié)果 模態(tài)分析的結(jié)果被寫入 結(jié)果文件中，包括：固有頻率、振型以及相對應力分布情況 。 模態(tài)分析結(jié)果 在工作中曲軸并不是處在自由狀態(tài)，而是在機體內(nèi)工作，是有約束狀態(tài)。根據(jù)曲軸的支撐情 況曲軸的計算模型進行約束，約束曲軸兩端主軸頸的所有自由度，其他主軸頸 x、 y 方向的自由度，然后進行計算。計算方法采用 Block Lanczos 方法，計算出的約束模態(tài)固有頻率。 GUI: ANSYS Main Menu— General Postprocessor— Plot Results— Contour Plot— Nodal Solution— DOF Solution— Displacement vector sum。 下圖是各階模態(tài)的振型圖 : 圖 曲軸第一階模態(tài)振型 邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 曲軸第二階模態(tài)振型 圖 曲軸第三階模態(tài)振型 圖 曲軸第四階模態(tài)振型 邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 曲軸第五階模態(tài) 圖 曲軸第六階模態(tài)振型 圖 曲軸第七階模態(tài)振型 邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 曲軸第八階模態(tài)振型 圖 曲軸第九階模態(tài)振型 圖 曲軸第十階模態(tài)振型 通過 ANSYS 后處理模塊觀察曲軸的變形圖，下圖是曲軸在各階頻率下的變形圖 ： 邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 圖 曲軸第一階變形圖 圖 曲軸第二階變形圖 圖 曲軸第三階變形圖 邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 圖 曲軸第四階變形圖 圖 曲軸第五階變形圖 圖 曲軸第六階變形圖 邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 圖 曲軸第七階變形圖 圖 曲軸第八階變形圖 圖 曲軸第九階變形圖 邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 圖 曲軸第十階變形圖 結(jié)果分析 4215A 型柴油機曲軸模態(tài)分析的前 10 階振型圖。第 1 階振型為曲軸左右兩端的局部彎曲振動和其它地方的扭轉(zhuǎn)振動；第 2 階振型是曲軸左端的局部彎曲振動；第 3 階振型是曲軸左端的局部扭轉(zhuǎn)振動；第 5 階振型是曲軸整體的彎曲扭轉(zhuǎn)振動；第 6 階振型是曲軸左端的連桿軸頸局部扭轉(zhuǎn)振動；第 7 階振動是曲軸右端的局部扭轉(zhuǎn)振動；第 8 階振型是曲軸整體的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動的疊加振動；第 9 階振型是曲軸左右端的局部彎曲振動；第 10 階振型是曲軸右端的局部扭轉(zhuǎn)振動，曲軸的各階模態(tài)頻率如下表： 表 51 模態(tài)分析的各階頻率表 由變形圖可知曲軸在低頻段 Hz～ Hz 和高頻段 Hz～ Hz 變形最嚴重，所以在設(shè)計發(fā)動機轉(zhuǎn)速時應盡量避免其工作轉(zhuǎn)速在該頻段，因為 轉(zhuǎn)速 n=1500r/min，所以其工作頻率為 50Hz，該工作頻率偏離曲軸嚴重變形的頻率區(qū)間，在此工作頻率下發(fā)動機曲軸不會發(fā)生較大變形，所以該轉(zhuǎn)速設(shè)置是合理的。 一階 頻率 二階 頻率 三階 頻率 四階 頻率 五階 頻率 六階 頻率 七階 頻率 八階 頻率 九階 頻率 十階 頻率 Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz 4198． 2 Hz 邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 因為建模時對曲軸的模型進行了簡化，會使得曲軸分析時頻率相應的下降，所以實際曲軸的工作共振頻率會比分析得到得結(jié)果大一些。 邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 6 結(jié)論與展望 結(jié)論 本文以 4125A 型柴油機曲軸為研究對象，基于有限元方法對曲軸建模，并進行模型的靜力學分析、模態(tài)分析，取得了一些有用的結(jié)論，對柴油機曲軸的改進以及優(yōu)化設(shè)計提出了一種可靠的研究方法。 對曲軸進行模態(tài)分析，得到了曲軸的固有頻率和振型。結(jié)果表明，模態(tài)分析符合曲軸的實際工作狀況，柴油機振動對曲軸工作性能的影響主要來自高頻段振動，其次是中頻段振動，低頻段振動對曲軸工作性能沒有太大的影響。 展望 本課題的研究取得了一定的成果，但是仍然存在一定的問題，并且一些與本課題直接相關(guān)的內(nèi)容還需要進一步的研究。綜合考慮這些后認為還存在以下問題需要解決： （ 1）曲軸的有限元模型經(jīng)過簡化的，通過建立更加準確的曲軸有限元模型，這將更接近曲軸工作實際； （ 2）在進行動態(tài)分析時有關(guān)阻尼的問題考慮的并不十分周全，在運動中阻尼不變的假設(shè)與實際有一定的差距，這可以進一步的研究； （ 3）在本文對曲軸進行網(wǎng)格化分時精度還不是很高 ,且在危險位置也沒有對模型進行網(wǎng)格細化 ,這都有待提高。 （ 4）在本文對曲軸施加的約 束也不是很好 ,還沒有從分考慮曲軸的約束情況 ,這都有待提高。 邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 參考文獻 [1] 趙枚，陳光治等 .機械振動與噪聲學 [M].科學出版社， 2020 [2] 李惠彬振動理論與工程應用 [M].北京理工大學出版社， [3] 孫靖民 .現(xiàn)代設(shè)計方法 [M].哈爾濱工業(yè)大學出版社， 2020 [4] 馬萬福基于有限元法的內(nèi)燃機機體振動分析與噪聲預測研究 [D].天津大學， 2020 [5] 廖日東，左正興，樊麗霞等 .發(fā)動機零部件有限元技術(shù)應用的新進展 .內(nèi)燃機學報，1999： 190197. 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