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【6h】

矿用自卸车发动机悬置系统振动分析及优化

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景和意义

1.3 发动机悬置系统的国内外研究现状

1.4 主要研究内容及技术路线

1.5 本章小结

第二章 发动机悬置系统的振动理论

2.1 引言

2.2 发动机悬置系统的功能与要求

2.2.1 悬置系统的作用

2.2.2 发动机对悬置的要求

2.3 发动机的振动理论与运动微分方程的建立

2.3.1 单自由度系统振动模型

2.3.2 发动机悬置系统的运动微分方程

2.3.3 动力总成激振分析

2.4 悬置系统结构组成及布置形式

2.4.1 橡胶悬置力学模型

2.4.2 悬置布置形式

2.4.3 发动机总成安装角

2.5 本章小结

第三章 发动机悬置系统关键参数的获取

3.1 引言

3.2 质心位置的测量

3.3 转动惯量的测量

3.4 橡胶悬置的参数

3.4.1 悬置的静态特性测试

3.4.2 悬置的动态特性测试

3.5 本章小结

第四章 大型矿用自卸车发动机悬置系统的振动特性分析

4.1 引言

4.2 有限元法的基本原理

4.3 有限元分析软件介绍

4.3.1 Hypermesh软件简介

4.3.2 ANSYS软件简介

4.4 大型矿用自卸车悬置系统有限元模型的建立

4.4.1 模型的处理及等效简化

4.4.2 网格单元和材料属性

4.4.3 工况选择和边界处理

4.5 矿用自卸车发动机悬置系统的模态分析

4.5.1 模态分析理论

4.5.2 模态分析结果

4.5.3 整车系统模态分析

4.5.4 发动机安装支架的高频模态分析

4.6 矿用自卸车发动机悬置系统的随机振动分析

4.6.1 随机振动分析理论

4.6.2 发动机安装支架的随机振动分析

4.7 本章小结

第五章 矿用自卸车发动机悬置系统的优化

5.1 引言

5.2 悬置系统的优化目标

5.3 悬置系统的优化设计

5.3.1 基于ANSYS APDL的有限元优化技术及优化变量

5.3.2 ANSYS优化设计流程简介

5.3.3 悬置系统的优化过程

5.4 优化结果

5.4.1 第1次优化结果

5.4.2 第2次优化结果

5.4.3 第3次优化结果

5.4.4 前后悬置刚度的确定

5.5 本章小结

第六章 优化后发动机悬置系统的振动特性验证分析

6.1 引言

6.2 优化后整车系统的模态分析

6.3 优化后发动机安装支架的高频模态分析

6.4 优化后发动机安装支架的随机振动分析

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士期间发表的论文及科研情况

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摘要

随着矿用自卸车的不断发展,人们对其平顺性和舒适性的要求不断提高,因此矿用自卸车的NVH性能就显得尤为重要,它是衡量平顺性和舒适性的重要指标之一。大型矿车的发动机的质量重达10吨以上,其通过安装支架与车架相连接,这种结构造成其悬置系统与传统轿车的结构形式不一样。目前关于此种结构的发动机悬置系统振动分析及优化的相关文献较少,本文的研究为矿用自卸车橡胶悬置刚度的选取提供了参数依据,具有很好的工程应用价值。
  本文以大型矿用自卸车为研究对象,建立了发动机悬置系统的运动微分方程。通过发动机悬置系统的相关参数,建立了矿用自卸车发动机悬置系统的有限元模型,并对其进行模态分析和随机振动分析。为了有效降低其振动传递,改善其NVH性能,本文基于ANSYS软件的APDL有限元优化技术,对发动机悬置系统的刚度进行优化,优化结果成功的避开了系统的共振频率,且其响应幅值大幅下降,为大型矿用自卸车发动机悬置系统的设计提供了参考依据。
  本课题的主要研究内容如下:
  (1)介绍了本课题的研究背景和意义,介绍了大型矿用自卸车的发展历程和发动机悬置系统的国内外发展现状,给出了全文的研究技术路线。
  (2)阐述了发动机悬置系统的振动理论,建立了发动机悬置系统的运动微分方程,确定了橡胶悬置的布置形式和安装角度。
  (3)介绍了发动机悬置系统参数获取的方法,得到了其相应的实验数据参数,为建立矿用自卸车的有限元模型和进行模态分析提供了参数依据。
  (4)建立了矿用自卸车悬置系统的有限元模型,通过对整车系统进行模态分析,对发动机安装支架进行高频模态分析及随机振动分析,得出发动机在低频5Hz,以及高频163 Hz、250Hz左右出现明显的共振现象。
  (5)基于ANSYS软件的APDL有限元优化技术对橡胶悬置的刚度进行优化,得出其对应的三组优化结果,通过人工判断从中选取符合要求的结果,确定了优化后橡胶悬置的前、后动刚度值。
  (6)对整车系统和发动机安装支架再次进行模态分析,并对发动机安装支架进行随机振动分析。将优化前、后发动机悬置系统的响应幅值进行对比,验证本课题所采用优化方法的可行性。

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