凸轮轴模态分析

凸轮轴模态分析凸轮轴模态分析 苗瑞刚 叶慧飞 1 江铃汽车股份有限公司发动机开发部 南昌 330001 2 浙江大学车辆工程研究所 杭州 310027 摘要 本文分别采用 CAE 仿真分析和实验分析的方法分析凸轮轴的各阶模态振型 并将二者相对比 如果现对误差控制在 5 以内 可以认为所用的 3D 模型和网格模型可以反映零件的真实状况 也即可以使用模型进行 CAE 计算 关键词 凸轮轴 CAE 仿真分析 模态分析 频率 振型 主要软件 ABAQUS 1 前言1 前言 通过实验及数据处理来识别实际结构的动力学模型 是近年来结构动力特性研究方面的一个重要发展 实验 模态分析方法和计算模态分析方法一起 成为解决复杂结构动态特性设计的重要手段 应用模态分析方法可以把 复杂的实际结构简化成为模态模型来进行系统的响应计算 模态分析的实质是一种坐标变换 目的是在于把原物 理坐标系统中描述的响应向量放到所谓的模态坐标系统中来描述 得到振动系统的特征向量 或称为特征振型或 模态振型 因此 一个直接的想法就是分离出振动的 纯模态 使结构按某一阶固有频率振动 而不含其他振 型 2 CAE 分析零件模态2 CAE 分析零件模态 对零件模态分析使用 ABAQUS 软件 ABAQUS 被广泛认为是功能最强的有限元分析软件之一 它融结构 传热 流体 声学 电学 以及各种耦合问题于一体 同时可以做复杂的系统级分析 下面说明具体流程 2 1 输入材料参数和边界条件2 1 输入材料参数和边界条件 因为零件固有频率是零件的基本属性 计算的材料参数填入下表值 边界条件在自由模态计算中不需要 参数凸轮轴 材料名称45 号钢 杨氏模量 E MPa 210000 泊松比 0 3 密度 Kg m3 7800 2 2 输入模型单元说明 零部件单元类型节点数单元数 2 2 输入模型单元说明 零部件单元类型节点数单元数 凸轮轴一阶 8 节点六面体7295864708 得到各阶模态频率和模态振型如下 阶次固有频率 Hz振型云图振型描述及说明 1433 18一阶弯 21257 4二阶弯 31866 5局部模态 42388 3三阶弯 53923 4四阶弯 3 实验模态分析3 实验模态分析 使用单点激励多点响应的方法 通过采集加速度传感器信号 进行信号处理后获得振动信息 分析出其模态 振型 如下 上图表明了在凸轮轴上的加速度传感器的位置 下面图形就是实验测得的凸轮轴各阶模态频率 4 凸轮轴模态仿真值与实验值对比4 凸轮轴模态仿真值与实验值对比 阶数实验值仿真值绝对误差相对误差 1437 5430 417 091 6 2437 5430 596 911 6 312751249 325 72 0 41287 51249 637 92 9 519121854 657 43 0 624372373642 6 724502376 173 93 0 832873375 688 62 7 939503898 351 71 3 1039503901 748 31 2 1144254251 1173 93 9 1258755618 7256 34 4 1358005633 5166 52 9 1470256861 2163 82 3 5 材料物理参数对模态频率影响5 材料物理参数对模态频率影响 影响模态的物理参数共有弹性模量 E 密度及泊松比三项 下表为选取不同的物理参数对应的模拟值及其误差 阶数实验值 密度 7900 密度 7850E 2 09e11E 2 1e11对于最终对于最终 仿真值仿真值仿真值仿真 最终 绝对误差相对误差 1437 5427 68429432 1433 24 31 0 2437 5427 86429 2432 3433 44 10 9 312751245 41245 41254 41257 417 61 4 41287 51241 71245 71254 71257 729 82 3 519121842 81848 71862 11866 545 52 4 624372357 92365 42382 62388 348 72 0 7245023612368 62385 72391 458 62 4 832873354 23364 83389 23397 3110 33 4 939503873 53885 83914 53923 426 60 7 1039503877 73889 83917 53926 923 10 6 1144254224 14237 54268 24278 4146 63 3 1258755583 156005641 55654 9220 13 7 1358005597 75615 85645 35669 8130 22 2 1470256817 668