某發(fā)動機空調(diào)壓縮機支架的模態(tài)分析和優(yōu)化——何寶俊

1、15某發(fā)動機空調(diào)壓縮機某發(fā)動機空調(diào)壓縮機支架的支架的模態(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)動機空調(diào)壓縮機支架的模態(tài)進行預(yù)測，基于Abaqus軟件建立了其有限元分析模型，進行模態(tài)分析。計算結(jié)果顯示模態(tài)不達標，根據(jù)計算所得振型圖找出薄弱位置，對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改變固定點的位置。優(yōu)化后，空調(diào)壓縮機支架的一階模態(tài)頻率顯著提高，達到開發(fā)目標。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:發(fā)動機；空調(diào)壓縮機；模

2、態(tài)分析；頻率；優(yōu)化；Abaqus引言發(fā)動機的空調(diào)壓縮機通過支架連接到發(fā)動機的本體上，為使所設(shè)計的零部件滿足NVH(Noise噪音、Vibration振動、Harshness聲振粗糙度)方面的要求必須對發(fā)動機附件支架進行模態(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)動機點火激勵是空調(diào)壓縮機組件最大的激勵，為了防止強烈共振，必須合理地設(shè)計，使整個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)動機工作過程中的點火激勵（二階

3、激勵）的所有可能頻率。壓縮機在發(fā)動機本體上的安裝位置、安裝搭子的結(jié)構(gòu)、壓縮機支架的結(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組件的剛度。本文基于Abaqus軟件利用計算模態(tài)分析的方法對空調(diào)壓縮機組件進行計算?？梢栽诜桨冈O(shè)計初期快速地預(yù)測該結(jié)構(gòu)的一階模態(tài)頻率，并根據(jù)計算結(jié)果提出改進建議，促成模態(tài)達標，減少零件反復(fù)開模和整機多輪次試驗的時間和經(jīng)濟成本。1開發(fā)目標說明發(fā)動機的點火激勵是空調(diào)壓縮機組件的最大激勵，激勵頻率的計算公式如下：f

4、=（ni）（60m）其中n表示發(fā)動機的轉(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)動機而言，發(fā)動機點火頻率f=（n4）（602）=n30可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機轉(zhuǎn)速越大，激勵的頻率就越大。該發(fā)動機的工作轉(zhuǎn)速范圍為800rmin~5500rmin，因此點火激勵頻率的范圍為26.7Hz~183.3Hz，而空調(diào)壓縮機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，壓縮機組件的一階模態(tài)頻率必須大于發(fā)動機點火激勵頻率的最大值。考慮到計算的誤

5、差等因素，取1.3的安全系數(shù)，因此空壓機組件一階模態(tài)頻率f1的開發(fā)目標為：f1183.31.3=238.3Hz2計算模態(tài)分析簡介模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動力特性的一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領(lǐng)域中的應(yīng)用。模態(tài)是機械結(jié)構(gòu)的固有振動特性，每一個模態(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)可以由計算或者試驗分析取得，這樣一個計算或者試驗分析的過程稱為模態(tài)分析。如果模態(tài)參數(shù)是由有限元計算的方法取得，則稱為計算模態(tài)分析；如果通過試驗

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?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、壓縮機支架和壓縮機的殼體各采用二階四面體單元劃分，壓縮機內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)用質(zhì)量點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)化后計算結(jié)果表2.計算結(jié)果對比計算結(jié)果對比狀態(tài)原狀態(tài)優(yōu)化后

7、改進方式——支架跨度增大，支架下方兩個螺栓安裝到油底殼上模態(tài)頻率176Hz297Hz達標判斷否是將螺栓安裝位置下移之后，重新進行建模計算，得到其一階模態(tài)頻率為297Hz，相對于原狀態(tài)提高了69%，且達到了開發(fā)目標（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試驗結(jié)果及對比壓縮機支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后，進行了發(fā)動機搭載整車附件系振動掃描試驗，壓縮機及支架上的測點如圖5所示。兩個螺栓兩個螺栓下移，