本文利用三維計算機輔助設(shè)計軟件Pro/E建立連桿的三維幾何模型，并保存為IGES格式的文件。

　　在ANSYS Workbench集成環(huán)境下，通過reader模式將IGES格式的文件導(dǎo)入至Workbench中建立連桿的有限元模型，通過計算得出了該連桿的模態(tài)分布情況以及每一模態(tài)下的振型，分析計算結(jié)果并指出了連桿的薄弱環(huán)節(jié)。

　　2連桿有限元模型的建立對實體結(jié)構(gòu)進行三維建模時，常采用以下方法：（1）在ANSYS或ANSYS Workbench中直接建模，適用于結(jié)構(gòu)比較簡單的模型。

　?。?）在三維CAD軟件中建立三維模型，通過與分析軟件的接口將模型導(dǎo)入，適用于較復(fù)雜的模型，但導(dǎo)入后模型容易出錯，給下一步網(wǎng)格的劃分帶來困難，且修復(fù)模型需要浪費很多時間和精力。

　?。?）在三維CAD軟件中建立三維模型，使用CAD接口以plug-in或reader模式讀入到Workbench中，此法可以正確無誤地導(dǎo)入三維模型，而且可以直接以AWE為平臺直接對結(jié)構(gòu)劃分網(wǎng)格并進行相應(yīng)的分析。

　　本文采用第三種方法，利用Pro/E建立連桿的三維幾何模型，并保存為IGES格式的文件。通過reader模式導(dǎo)入至Workbench中。在對幾何模型進行網(wǎng)格劃分時采用Workbench中的默認選項，將連桿分為9275個單元、15253個節(jié)點，劃分網(wǎng)格后的連桿有限元模型如所示。坐標系取沿連桿的長度方向為X軸，連桿大頭圓孔的中心線方向為Y軸，Z軸由右手定則確定。

　　3連桿的有限元求解與結(jié)果分析連桿做平面運動，兩端受到活塞銷和曲柄銷的限制。為此在兩端孔軸線上定義圓柱坐標系，孔端上的點有繞軸轉(zhuǎn)動的自由度，模態(tài)是由系統(tǒng)的固有特性決定的、與外載荷無關(guān)，故不需設(shè)置載荷邊界條件。利用上面建立的三維有限元模型對EQ1141G空壓機連桿進行動態(tài)特性分析，分析截止頻率采用默認形式。截取了連桿的20階模態(tài)。

　　由計算結(jié)果可以看出，該連桿的模態(tài)比較密集，在100～2000 Hz間有9階模態(tài)。除了300～400 Hz、500～600 Hz、700～1000 Hz、1300～1400 Hz、1800～2500 Hz、2900～3400 Hz之外的每100頻段內(nèi)都有1階模態(tài)，而在2000～4100 Hz之間的模態(tài)主要分布在3400～4100 Hz頻段內(nèi)，共有7階模態(tài)，并且相鄰兩階模態(tài)之間相差不是很大。車用壓縮機處于變工況、變轉(zhuǎn)速條件，連桿在工作過程中需承受活塞傳遞的氣體力、往復(fù)運動質(zhì)量的慣性力及自身擺動產(chǎn)生的慣性力、此外還有大小頭軸承過盈產(chǎn)生的裝配應(yīng)力及螺栓的預(yù)緊力。慣性力變化與壓縮機的轉(zhuǎn)速有關(guān)，其頻率通常是壓縮機的驅(qū)動源DD發(fā)動機基頻的諧次，而氣體力在某種程度上可以看作脈沖激勵，其頻率范圍很寬。

　　可以看出，在1700 Hz以下的前8階模態(tài)內(nèi)，連桿的振動形式多樣，集中表現(xiàn)為彎曲振動。第1階、第2階和第3階分別為繞X軸、Z軸和Y軸的彎曲振動，并稍帶扭轉(zhuǎn)；第4階為連桿小頭的局部振動；第5階和第6階模態(tài)分別為繞Z軸和Y軸的1階、2階的彎曲振動；第7階為連桿的彎扭復(fù)合振動；第8階為繞Z軸的2階、3階的彎曲振動。在所有的整體振型下，連桿的大、小頭圓孔都存在失圓現(xiàn)象?？椎氖A會使大頭與曲軸連桿軸頸、小頭與活塞銷失去正常配合，導(dǎo)致常見的抱瓦、燒瓦、減磨材料疲勞脫落等一系列故障。連桿的彎曲振動會使活塞相對于氣套、軸頸相對于軸承發(fā)生歪斜，產(chǎn)生附加應(yīng)力，引起裂紋和損壞。

　　由振型圖還可知，彎曲振動和彎扭復(fù)合振動時，連桿的結(jié)構(gòu)形狀變化*大，而且有顯著的節(jié)點位置。

　　第1階、第2階、第3階彎曲振型的節(jié)點在連桿的中部，第5階彎扭復(fù)合振型的節(jié)點位置與第6階彎曲振型的節(jié)點位置基本相同，節(jié)點位置有2個，分別在連桿桿身與連桿小頭結(jié)合部分和連桿桿身與大頭結(jié)合部分；第7階彎扭復(fù)合振動時節(jié)點在桿身中間，出現(xiàn)應(yīng)力集中；第8階彎曲振型的節(jié)點有2個，分別在連桿中部和接近小頭的部位。所以，在對連桿進行設(shè)計時，不僅要考慮桿身與大、小頭的連接部位應(yīng)力集中的影響，更要考慮桿身的中間部位及連桿動態(tài)特性對其疲勞強度的影響。

　　4結(jié)論（1）連桿的動態(tài)特性分析是靜態(tài)設(shè)計的補充和發(fā)展，是對連桿結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計、提高其使用可靠性的重要手段。

　　（2）該連桿的模態(tài)密集，特別是第1、第2階模態(tài)頻率偏低，在工作過程中受到空壓機激勵的作用，比較容易引起共振響應(yīng)，導(dǎo)致連桿某些部位動應(yīng)力過大，應(yīng)在設(shè)計改進中予以重視。

　?。?）連桿的應(yīng)力集中一般在大、小頭連接部位，但桿身的中部應(yīng)力集中現(xiàn)象也較明顯，因此應(yīng)改變傳統(tǒng)的設(shè)計觀念，在設(shè)計時充分考慮連桿的中部。

　?。?）因彎曲振動易產(chǎn)生裂紋，所以在設(shè)計時應(yīng)充分考慮，避免產(chǎn)生過多的彎曲振動，減少疲勞損傷，以提高連桿的使用壽命。

　?。?）用有限元法對連桿進行動態(tài)特性分析是行之有效的。