雪佛兰350系列V8发动机曲轴系的模态分析

摘要

本文以雪佛兰350系列的V8发动机的曲轴、连杆及曲柄连杆机构为研究对象，对曲轴、连杆做了有限元模态分析，分别分析了其自由振动特性以及在约束条件下的振动特性。最后，进一步的分析了该发动机曲柄连杆机构在曲轴箱内实际安装情况下的振动特性。
　　 文章开头部分概述了发动机振动的类型及其危害，特别强调了曲轴振动对整机振动的影响；紧接着概述了模态分析技术及其应用、国内外研究背景以及在内燃机领域的应用；并简略的介绍了模态分析的理论，最后结合AnsysWorkbench软件介绍了有限元模态分析的步骤。网格划分对有限元分析的结果有重要的影响，本文中也对网格单元以及网格划分基本原则作了介绍。在本文核心部分，首先基于AnsysWorkbench的有限元方法，对曲轴进行自由振动分析，求出其自由模态与约束模态的前10阶固有频率和振型，为进一步的动力学分析以及扭振分析等奠定基础；结尾部分对曲轴振动特性的优化设计提供了建议。其次，对连杆也进行了自由模态分析和约束模态分析，分别求出前6阶模态。这一部分对连杆的分析加入了螺栓预紧力。最后，为进一步的模拟实际的安装情况，本文还对曲柄连杆机构进行了约束模态分析，求出前20阶的固有频率和振型，并加以分析。
　　 有限元模态分析表明，在低阶固有频率下，曲轴的振型主要表现为弯曲变形，变形最大的区域集中在各个平衡块外端；而对连杆的模态分析则表明连杆在2200Hz及4500Hz左右，连杆的模态较集中，容易造成共振。在连杆的约束模态中可以看出，在振型图中连杆体靠近连杆小头部分变形严重，在第3阶出现了连杆大头失圆现象。分析表明连杆靠近小头部分的杆身及连杆大头的刚度薄弱，应适当加强刚度。