摘 要

往复式空气压缩机在船舶主副机起动空气系统和控制空气系统中得到广泛运用。往复式空气压缩机运行时，由于机器内部的不平衡惯性力和力矩会造成空压机机体的强烈振动并产生巨大的噪声。这会严重影响空压机的运行安全，并对船员的健康造成巨大危害。船用空压机气缸盖是空压机主要部件之一，对其振动和噪声有很大的影响；因此进行《船用空压机气缸盖模态分析与实验研究》具有一定的理论意义和实际工程应用价值。

本文借助Pro/E建模软件对船用空压机气缸盖进行三维建模并对其模型进行了简化处理，然后运用大型有限元分析软件对船用空压机气缸盖进行理论模态分析，得到了船用空压机气缸盖工作时的固有频率和振型，然后对其进行试验模态研究，验证有限元模型的准确性，所得结果对于气缸盖的结构设计改进和减少其振动具有一定的指导意义。

关键词：空压机；气缸盖；有限元；振动

Abstract

The reciprocating air compressor is widely used in the air starting system of ship main auxiliary machine and control air system. The operation of reciprocating air compressor, due to the strong vibration machine internal inertia force and torque will cause the air compressor body and generate a huge noise. This will seriously affect the safe operation of the air compressor, and caused great harm the crew's health. Marine air compressor cylinder cover is one of the main parts in the air compressor, has great influence on the vibration and noise; therefore, lt; marine air compressor cylinder cover analysis and Experimental Research on the modal gt; has a certain theoretical significance and practical value in engineering application.

With the help of the marine air compressor cylinder cover modeling and simplification of the model Pro/E modeling software, and then use the large-scale finite element analysis software for the marine air compressor cylinder cover the theoretical modal analysis, obtained the marine air compressor cylinder cover when the natural frequency and vibration mode, and then test the mode of their research, verify the accuracy of finite element model, the results for the cylinder cover design improvement and reduce the vibration has a certain significance.

Key Words：Air-compressor; Cylinder Cover; Finite Element; Vibration

目 录

第一章 绪论 1

1.1国内外的研究现状 1

1.1.1国外研究现状 1

1.1.2国内研究现状 2

1.2研究内容 2

1.3技术路线 2

1.4 本章小结 3

第二章 基本振动理论与有限元分析方法 4

2.1振动的理论基础 4

2.1.1简谐振动与周期振动 4

2.1.2 自由振动与受迫振动 5

2.2有限元分析方法 5

2.2.1有限元法的应用^[17] 5

2.2.2有限元分析的基本步骤^[18] 6

2.3本章小结 7

第三章 空压机气缸盖模型的建立及前处理 8

3.1空压机气缸盖模型的建立 8

3.1.1Pro/E软件简介 8

3.1.2空压机气缸盖模型的建立 9

3.2空压机气缸盖模型的简化 9

3.3空压机气缸盖模型的网格化分 10

3.3.1Hypermesh软件简介 10

3.3.2空气压缩机机体的网格化分 10

3.4 本章小结 11

第四章 空压机气缸盖模态分析 12

4.1 ANSYS软件简介^[20] 12

4.2 气缸盖的模态计算 12

4.2.1自由模态的计算 12

4.3.2 模态试验 14

4.3.3 模态分析 17

4.4本章小结 20

第五章 结论与展望 21

5.1结论 21

5.1展望 21

参考文献 22

致 谢 23

第一章 绪论

压缩空气系统的主流是往复式空气压缩机。它是一种将原动机的机械能转化为气体压力的装置。它在航运业中得到了广泛的应用。它是一种往复机械装置，由曲柄连杆机构组成。它的工作特性是周期性地压缩和排放气体，最后将回转的机械能转化为空气中的压力能。在其工作过程中，振动是不可避免的。摘要由于空气压缩机吸气、排气循环过程，气缸套和空气压缩机的轴承在交替载荷下周期性变化，成为主要的激励自由压缩机振动。当空压机气缸盖的振动扩散到机体，再扩散到基底时，就会引起周围地面的震动。这些振动对环境产生一系列不可忽视的的影响。强烈振动的空气压缩机气缸盖产生严重伤害:使机体结构、机体附件疲劳损伤,特别是对机体和其他部分连接部分容易放松和破裂,压缩机的工作条件变坏,阀门过早损坏，使测量仪器失真或直接损害附近环境，这大大影响船员的身心健康。因此，检测和研究空气压缩机气缸盖的振动是非常重要的^[1]。

1.1国内外的研究现状

1.1.1国外研究现状

结构模态分析技术在国外发展的较为先进，在航空、航天等诸多军事领域和汽车、电子、机械、土木等民用的各个范围中得到了广泛运用，使模态分析技术得到了普遍的发展和充分的运用^[2-3]。模态分析软件主要可用于：（1）可以显示被测物体的实际工作形态、模态和工程数据的状态等：（2）主要运用在航空、桥梁、汽车、冶金、军工等领域；（3）软件的开放性良好，能够与全球的大多家厂商的硬件兼容；（4）模块化结构使用户可以更加方便地根据自己的需要选择合适的产品；（5）强大的图形显示、结构编辑、数据处理及动画显示功能。另外，比利时LMS公司在很多领域的模态分析,确保了产品和关键部件的整体结构的完整性,降低噪声和噪声,振动与声辐射测量和分析、疲劳寿命预测和电力传输系统测试的工作模式方面也有着伟大的成就。