空压机曲轴箱的模态分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

空气压缩机（空压机）是一种将空气进行压缩从而提高气体压力或输送气体的机器。从能量的观点来看，空压机是属于将原动机的动力能转变为气体压力能的工作机^[1]。随着气压技术的不断发展，空压机广泛应用于国民经济的各个生产部门，如化工、石油、矿山、冶金、机械和制冷等，故有“通用机械”之称^[2][3]。而往复式压缩机的工作原理是直接压缩气体，当气体达到一定压力后排出^[4]。它是电动机驱动曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，引起气缸容积变化。因此曲轴是活塞式压缩机的关键部件之一，在压缩机工作过程中承受复杂、交变的动态载荷，从而使曲轴有着复杂的动态特性，其动态特性的好坏直接影响压缩机整机的可靠性和寿命等^[5-9] ，其振动噪声越来越受到重视。

同时，随着空压机的发展和强化指标的不断提高，研究如何降低空压机的噪声和减少振动成为了重要的课题。国内外学者在压缩机振动方面已经有了很大的研究进展，例如1973 年 bagci ^[10]将有限元法用于曲轴的动力学分析,赵杰^[11]等人针对某压缩机振动较大，噪声污染严重的问题，采用有限单元法对压缩机进行结构模态分析和动力响应分析，研究了压缩机振动的机理，并提出了一套振动控制方案；曹颜玉^[12]从数值模拟和试验两个方面，研究了对称平衡往复压缩机机体振动模态，通过建立压缩机机体的有限元模型，计算分析了有限元模态，并通过试验测试进行验证；韩韬^[13]应用有限元法对某型压缩机机体进行了动态特性分析，找到了机体振动较大的区域，为机体的结构改进提供了依据。主要研究方向为轴系的振动和管系振动以及机体的振动。根据国内外学者的研究中可以看出，计算机技术的发展和大型有限元软件的开发对空压机的减振提供了很大的便利。

在空压机的振动研究中，轴系作为空压机的核心部件，空压机的曲轴箱振动很大程度上是由曲轴引起的，曲轴振动系统是一个具有一定刚度和惯量的弹性体，在压缩机运转时产生振动，曲轴的振动将破坏曲轴系的原有平衡状态，且轴系与机体直接接触，将承受的各种载荷直接传递给机体，对机体产生较为强大的冲击力，导致机体的振动和噪音显著增大，使压缩机的性能变坏。对轴承也能造成一定的破坏作用^[14]-[15]。所以解决曲轴的振动问题是解决空压机振动的关键因素。由于空压机曲轴箱内部结构较为复杂，用一般的研究方法难以发现并解决曲轴箱的振动问题，因此对其曲轴箱进行三维建模并进行模态分析能够很好的发现曲轴箱振动的原因。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容

主要完成对空压机的发展现状及应用调研、空压机的结构和工作原理分析的学习；学习掌握有限元、模态分析的相关知识，建立空压机曲轴箱的三维几何模型；利用ansys软件分析对曲轴箱进行模态分析，根据仿真结果分析并找出曲轴箱振动的原因，并在此基础上提出优化方案等。

2.2研究目标

3. 研究计划与安排

（1）查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需技术方案及措施。确定方案，完成英文翻译、文献阅读报告及开题报告； （第1周—第3周）

（2）查找并阅读文献，总结归纳国内外空压机的发展现状及应用，针对空压机曲轴箱，详细分析其结构及工作原理； （第4周—第5周）

（3）学习建模软件ansys，搜集空压机曲轴箱的相关参数，完成曲轴箱的三维建模工作； （第6周—第7周）

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 郁永章.活塞式空压机.北京:机械工业出版社.1982: 59158.

[2] 张弘钧.大型工业压缩机曲轴动态特性分析[d].南京理工大学,2007.

[3] 西安交通大学.动力机械系压缩机教研室活塞式压缩机.西安交通大学出版社，1973, 1.