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发动机曲轴的CAD参数化设计及其模态分析

王晓华  
【摘要】:曲轴作为发动机的一个重要组成部分,它的尺寸参数不仅影响着发动机的整体尺寸和重量,而且在很大程度上也影响着发动机的可靠性与寿命。由于曲轴在周期性变化的气体压力、往复和旋转运动引起的惯性力以及它们的弯矩和扭矩共同作用下工作,呈现出既弯曲又扭转的复合运动状态,使曲轴产生严重的疲劳应力而引起其疲劳失效,所以研究曲轴的参数化设计和模态分析有重要的工程应用价值。 论文在研究国内外曲轴CAD的现状基础上,选定SolidWorks为开发平台,综合应用VC++6.0的编程技术、Access数据库管理技术和SolidWorks API强大的二次开发功能,开发建立了基于特征的车用发动机曲轴的子特征库和零件库,快速、准确地完成曲轴的参数化设计,并应用ANSYS有限元分析软件对其中某型曲轴进行了基于试验对比的有限元模态分析,验证了有限元计算结果。具体研究内容包括: (1)基于SolidWorks软件平台,通过提取曲轴的结构参数,以尺寸驱动原理实现参数化设计;通过选取曲轴子特征结构,采用SolidWorks的多实体技术将子特征组合成一个曲轴实体,实现曲轴的三维实体建模。 (2)运用Access建立曲轴参数信息数据库、用户数据库和子特征数据库和模型数据库,将全部参数信息及规范化建模要求录入曲轴参数信息数据库进行管理,通过ODBC技术对数据库进行实时查询、修改及添加操作。 (3)应用VC++和SolidWorksAPI函数对SolidWorks进行二次开发,生成了SolidWorks插件,创建了界面友好、功能齐全的人机交互参数化界面,实现了插件与SolidWorks的无缝连接。 (4)对曲轴进行了试验模态分析,获得其动态特性,并应用ANSYS有限元分析软件对该曲轴进行了有限元模态分析,选择兰佐斯(Lanczos)法进行求解,获得了与试验结果相吻合的特征值和对应的振型,为曲轴进一步的强度分析和动态优化设计提供了重要依据。


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