某柴油机主轴承盖的模态分析
山西中北大学机械与动力工程学院 石亦琨 苏铁熊 苗会 李坤
1 引言
随着人类社会的不断进步和发展，内燃机作为一种高效率的动力机械，其应用范围越来越广[1-4]。在内燃机的工作过程中，气体力通过曲柄连杆机构作用在主轴承盖上，使得其承受较大的压力，同时往复惯性力和离心力又使其受到一定的弯曲和扭转作用。为保证发动机正常工作，主轴承座必须要有足够的强度和刚度来承受不同工况下的弯曲、扭转和拉压等作用力。
本文以某型柴油机的主轴承盖为研究对象，对其进行模态分析，并对其频率、振型和最大变形量进行了分析，为主轴承盖的设计和优化提供了重要依据。
2 主轴承盖有限元模型建立
2.1主轴承盖实体模型的建立
针对主轴承盖的结构特点，本文采用Pro/E三维建模软件进行实体模型的建立，主轴承盖的三维实体模型如图1所示。
图1 主轴承盖三维模型
2.2主轴承盖有限元模型的建立
本文采用前处理软件ANSA对主轴承盖的三维实体模型进行前处理，对其进行材料的设定和边界条件的施加。本文为了研究自由状态下主轴承盖的模态分析，因此，在ANSA中对主轴承盖的模型进行材料参数的设定和边界条件的施加，其中，主轴承盖采用SOLID185四面体单元，单元数为13020个。主轴承盖的材料选用合金钢，泊松比0.28，密度7820g/mm3，弹性模量206Gpa。主轴承盖的有限元模型如图2所示。
图2 主轴承盖的有限元模型
3 主轴承盖的模态分析
本文采用分块Lanczos模态法对主轴承盖进行10阶自由模态分析。主轴承盖的自由模态也就是无约束模态，自由模态下主轴承盖具有6阶刚体模态，所以，模态分析求解的结果中前6阶主轴承盖的固有频率为0或接近于0，其实第七阶才是真正意义上的第一阶固有频率。
