小型发动机平衡设计与模态分析及实验

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作为影响机械设备性能的主要因素之一,发动机的振动问题一直困扰着使用者、制造商、研究人员等,如何控制发动机的振动已经逐渐成为人们的研究热点。小型发动机是一种常见的动力机械,大多数小型发动机是单缸机,所以其振动问题就显得更加突出。本文以企业1E48F小型二冲程汽油机的减振降噪研究为工程背景,分析单缸发动机的不平衡振动,并以该汽油机为例降低其不平衡振动,建立发动机有限元分析模型,对其主要零部件做模态分析,并用模态试验验证理论模型的可靠性,给出减振意见,为小发动机的振动研究及优化设计提供参考依据。  首先,对发动机的内部平衡问题进行研究,分析发动机激振力,确定发动机的主要激振源,如气体压力和曲柄连杆机构的惯性力。着重分析发动机的主要运动部件——曲柄连杆机构,建立其数学分析模型,并对其进行运动学和动力学分析,利用MATLAB软件绘制曲柄连杆机构的如运动位移、速度、加速度,以及往复惯性力、旋转惯性力曲线图,再以1E48F汽油机为实例,详细分析并计算该发动机的运动情况和所受的不平衡力,最后根据单缸发动机的动力平衡方法和该发动机动力分析结果,选择适合的平衡方式,给出1E48F汽油机的平衡意见。  其次,根据该1E48F汽油机的样机及相关数据,利用SolidWorks软件建立该发动机主要部分的三维实体图,然后对模型进行适当的简化处理,建立有限元分析模型,利用有限元分析软件ANSYS Workbench15.0对模型进行自由状态下的模态分析,得到振动模态参数,如固有频率和振型,并对分析结果进行分析。  最后,利用现有实验条件,结合该发动机的振动特性,设计出合适的实验方案,搭建适合该发动机的实验平台,利用YMC9800动态信号采集与分析系统对理论模态分析部分所对应的主要零部件进行实验模态分析,得到其实际的模态特性参数,与有限元分析结果进行对比验证,模态试验验证了所建立理论模型的可靠性,并结合理论和实验结果,给出该发动机的机体零部件的修改意见。  通过小型发动机平衡设计与模态分析及实验研究,本文在1E48F汽油机的减振研究上得出了一系列具有工程价值的结论,这对同类小型发动机设计有一定的指导意义。
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