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《基于CATIA和ANSYS的6缸曲軸有限元模態(tài)分析》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、AutoEngineer2011(1)FOCUS技術(shù)聚焦Design-Innovation基于CATIA和ANSYS的6缸曲軸有限元模態(tài)分析蔡進軍吳應軍占澤晟(武漢理工大學汽車工程學院)摘要:柴油發(fā)動機使用的曲軸,是一個結(jié)構(gòu)復雜的彈性連續(xù)體,曲軸的振動特性對整個發(fā)動機的NVH有重大的影響。采用三維設(shè)計軟件CATIAV5對某系列曲軸進行了三維設(shè)計,然后利用有限元分析軟件ANSYS,對發(fā)動機曲軸進行模態(tài)分析,得到了該型號曲軸的固有頻率和振型,為發(fā)動機曲軸的振動分析計算和有限元分析計算提供了一定的參考,
2、縮短了開發(fā)時間,降低了研發(fā)費用。關(guān)鍵詞:三維設(shè)計;ANSYS;有限元;模態(tài)分析FiniteElementModalAnalysisonSix-cylinderCrankshaftBasedonCATIAandANASYSAbstract:Crankshaftondieselengine,asacomplexelasticcontinuum,whosevibrationwillexertgreatinfluenceontheNVHofthewholeengine.Thispaperdesignsa3
3、-Dcrankshaftwiththehelpofthree-dimensionaldesignsoftwareCATIAV5andthenconductsthemodalanalysisontheenginecrankshaftbyusingfiniteelementsoftwareANSYS.Atlast,thenaturalfrequencyandmodeofvibrationhavebeenconcludedinthispaper,whichwillprovidereferencetoen
4、ginecrankshaftvibrationanalysisandfiniteelementanalysiscalculationsaswellasshortentheR&Dcycleandreducethecost.Keywords:Three-dimensionaldesign;ANSYS;Finiteelement;Modalanalysis曲軸是發(fā)動機中最重要且價格最昂貴的零件之1曲軸的三維建模一,它的功用是將活塞連桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變成1.1曲軸參數(shù)[1]扭矩對外輸出,驅(qū)動汽車行駛。
5、此外,還用來驅(qū)動有限元分析所用的曲軸主要特性參數(shù),如表1所柴油機的配氣機構(gòu)及其他各種輔助裝置。隨著發(fā)動機示。市場競爭日益激烈,要求不斷縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降表1曲軸材料的主要特性常數(shù)3低成本以及提高產(chǎn)品質(zhì)量,這使得采用先進的設(shè)計方材料彈性模量/GPa泊松比體積質(zhì)量/(kg/m)法及計算機輔助設(shè)計手段成為提高產(chǎn)品競爭力的一種40Cr206.80.297820有效方法。CATIAV5具有卓越的知識智能、機械產(chǎn)1.2建立模型品設(shè)計、有限元分析、NC編程及數(shù)字化虛擬樣機等實體建模是將整根曲軸4部分——左端(
6、自由端強大的功能模塊,能通過可視化的特征樹及各種可視及左邊主軸頸)、曲拐、主軸頸、右端(右邊主軸頸工具,使得三維參數(shù)建模更加簡單。ANSYS軟件是及功率輸出端)組裝而成。某系列曲軸是裝配在6缸融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場及聲場分析于一體的大型發(fā)動機上,因此具有對稱性,在三維建模時,只需要通用有限元分析軟件,能與多數(shù)CAD軟件接口,實[2]做出曲軸的1/2模型,利用CATIA零件設(shè)計中的現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換。文章基于CATIAV5三維軟件鏡像功能,就可得到整個曲軸的三維模型,這樣做可對曲軸進行三維建模,然
7、后導入ANSYS中進行模態(tài)以減少建模工作量,提高工作效率。利用CATIA三分析,得到曲軸的固有頻率,并討論了某些階次的振維設(shè)計的曲軸模型圖,如圖1所示。型情況。-29-AutoEngineer技術(shù)聚焦FOCUS2011年1月設(shè)計·創(chuàng)新軸承的約束。工作時,主軸頸與滑動軸承之間存在間隙,依靠兩者之間的壓力油膜進行潤滑。由于載荷的作用,主軸頸在上下軸瓦之間會發(fā)生彎曲產(chǎn)生相應的形變,而縱向止推軸承則可以有效地防止曲軸發(fā)生軸向竄動,從而保證連桿活塞組正常工作。曲軸是通過圖1曲軸三維模型圖2曲軸模態(tài)分析7個主
8、軸頸的滑動軸承支撐,所以施加7個主軸頸的模態(tài)是指線性振動系統(tǒng)按自身某一階固有頻率作表面徑向?qū)ΨQ約束。同時在2個軸端施加(X方向)[4]自由振動時,整個系統(tǒng)將具有確定的振動形態(tài)(簡稱位移約束,即約束橫向位移。由于曲軸的約束比較振型),描述這種振動形態(tài)的向量稱為模態(tài)向量。模復雜,文章只約束曲軸兩端X方向的位移,進行模態(tài)態(tài)分析就是利用系統(tǒng)固有模態(tài)的正交性,以系統(tǒng)的各分析。階模態(tài)向量組成的模態(tài)矩陣作為變換矩陣,對選取的2.4曲軸的模態(tài)求解物理坐標進行線性變換,使得振動系統(tǒng)以物理參數(shù)和2.4