大连理工大学有限元大作业.docx

大连理工大学研究生考查课作业院系:机械工程学院课程名称:有限元方法与应用研究生姓名:学号:作业成绩:任课教师(签名)于申、张有为交作业时间:2017年5月31日基于ANSYS/SOLIDWORKS软件曲轴的有限元分析摘要:曲轴被广泛应用于汽车行业中,是汽车发动机内重要的零部件之一,其品质好坏直接影响着发动机和整车的性能。本文首先应用SOLIDWORKS软件建立了曲轴的三维实体模型,其次利用ANSYS软件完成了曲轴的有限元分析,得到了曲轴静力学和模态分析结果,其四缸曲轴的分析结果可为曲轴设计、优化提供一定的理论依据和参考。关键字:ANSYS曲轴有限元分析SOLIDWORKS中图分类号::Crankshaftiswidelyusedintheautomotiveindustry,,Crankshaft3dmodelingiscreatedbyusingthree-,,theresultsofthestaticandmodalanalysisareobtained,:ANSYSCrankshaftFiniteelementanalysisSOLIDWORKS1引言曲轴是汽车发动机的关键零件之一,其性能好坏直接影响到汽车发动机的质量和寿命。曲轴在发动机中承担最大负荷和全部功率,承受着强大的方向不断变化的弯矩及扭矩,同时经受着长时间高速运转的磨损,因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。工作时,曲轴承受气体压力,惯性力及惯性力矩的作用,受力大而且受力复杂,并且承受交变负荷的冲击作用。同时,曲轴又是高速旋转件,因此,要求曲轴具有足够的刚度和强度,具有良好的承受冲击载荷的能力,耐磨损且润滑良好。近年来,随着制造工业的不断发展,制造业正面临着由于经济全球化带来的激烈的市场竞争,生产者对产品的质量要求也越来越高,尤其是在汽车、航空航天等要求比较高的部门,疲劳强度的高低直接或间接地影响着产品的质量。本文主要分析四缸曲轴,利用SOLIDWORKS软件强大的三维建模能力,对四缸曲轴进行三维建模,并将建好的三维模型导入到ANSYS软件中,利用ANSYS软件强大的分析能力,对四缸曲轴在工作中受力状况进行分析,一方面验证了曲轴设计的合理性,另一方面为曲轴的设计和改进提供理论依据。:步骤一:创建有限元模型(l)创建几何模型;(2)定义材料属性;(3)划分网格(节点及单元)步骤二:施加载荷并求解(l)施加载荷及载荷选项,设定约束条件;(2)求解;步骤三:查看结果(l)查看分析结果;,分别为连杆作用力,输出扭矩的反作用扭矩及重力。连杆作用力曲轴所承受的气体压力、活塞与连杆往复运动的惯性力,在工况计算时,转换到曲轴的连杆轴颈部位。假设作用在轴颈上的压力的合力为Qc,假定连杆轴颈作用力载荷(压力)沿连杆轴颈按二次抛物线规律分布;沿轴颈圆周120°角范围内按余弦分布。如下图1所示。:Z=ax2+bx+c设轴向受力长度为2L,将x=L,x=-L代入上式得:当x=0时,z=qmax,所以c=qmax,代入得:b=0;a=-qmax/L2又其中:;Qc为作用在轴颈上的总载荷。因qx=ax2+bx+qmax=qmax1-x2L2,带入上式得:Qc=169qmaxRL由此可得: qmax=9Qc/16RL沿圆周方向: qx0=qxcos⁡(3θ/2)其中: x=-L~L,θ=-60°~60°因此,在轴颈上的加载函数为:输出扭矩的反作用扭矩曲轴的功率通过飞轮端输出,在飞轮端面上有个较大的扭矩T,T=9550Pn其中P为发动机的标定功率,单位Kw。n为转速,r/min。反作用扭矩的大小等于输出扭矩,方向与输出扭矩相反