基于ProE和ANSYS的曲轴有限元分析.PDF

维普资讯 第 1期 (总第 140期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．1 2007年 2月 MECHANICAI ENGINEERING AUT0MATI()N Feb． 文章编号 ：1672—6413(2007)01—0054—03 基于Pro／E和ANSYS的曲轴有限元分析 王靖岳 ，丁旺才 ，王浩天 (1．兰州交通大学 机 电工程学院，甘肃 兰州 730070；2．沈阳航空工业学院，辽宁 沈阳 110034) 摘要 ：曲轴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 的功能乃至整车的性能。首先应 用三维参数化制图软件 Pro／Engineer对一类汽车用 曲轴进行 了三维实体造型，然后通过接 口传递数据 ，用有 限元分析软件 ANSYS对其进行 了应力分析 ，得到的结果与实际情况 比较吻合 ，为曲轴 的优化设计提供 了有效 的途径 。 关键词 ：曲轴；有 限元分析 ；Pro／E；ANSYS 中图分类号 ：U464．133 ．3：TB115 文献标识码 ：A 0 引言 在设计师面前一个十分棘手 的问题。在对 曲轴有限元 在过去的十年里 。汽车工业的发展已达到了一个 模型进行研究论证的基础上。本文基于Pro／Engineer 空前的高度。它的稳定增长已带动世界经济的发展 。特 (简称 “Pro／E”)三维参数化设计和 ANSYS的有限元 别是与汽车工业相关联的领域多达三百多个 。有数据 分析能力 。摸索出一套新路 。只要设计人员改变参数 。 表明汽车工业 已成为世界第六大经济支柱Ll。因此 。任 就可使用 Pro／E进行 曲轴的参数化设计并进行有 限 何与汽车相关的配套厂家生产的零部件出现故障。都 元分析 。从而能够大大减少曲轴研究与设计 的工作量 。 会影响汽车整车的功用。许多学者已经对汽车发生 的 提高产品的质量 。 故障进行了研究，在这其中。HeyesL2指出这些故障大 1 曲轴的三维实体参数化模型的建立 多数来源于发动机及其部件 (41 )。在发动机故障的 曲轴的破坏主要有以下几种形式：①裂纹由圆角 研究中，Wang等[3调查了在各种工况下凸轮轴的疲 处应力集中产生，向曲轴臂发展，导致曲柄臂断裂 ；② 劳失效情况 ；Moore等[4研究了曲轴断裂失效的原因。 裂纹沿过渡圆角周 向同时发生，断口呈径向锯齿形 ；⑧ 并指 出这主要是 由弯 曲和扭转应力共同作用而引起 裂纹起源于油孔沿与轴线成 45。方 向发展 ；④裂纹起 的。而曲轴是汽车、拖拉机发动机中最重要而且承载 源于过渡圆角或油孔 。下面以直列四缸曲轴为例 ，使 最复杂的零部件 ，被称为发动机的心脏 。曲轴的功用 用Pro／E进行 曲轴的参数化设计 ，用 ANSYS有限元 是将连杆传来的气体压力转变成扭矩 ，然后传递给传 分析软件对其进行应力分析 ，并通过改变参数来改变 动装置。其结构参数和加工工艺水平不仅影响着整机 曲轴结构 ，验证了一种最为常见的曲轴断裂失效的原 的尺寸和重量 。而且在很大程度上影响着发动机的可 因。 靠性与寿命 ，因此曲轴 的强度研究是发动机设计 、制 用 Pro／E软件进行参数化设计 (见图 1)，首先设 造中必不可少的。由于曲轴结构复杂 。建立在精度较 计 出一曲轴三维实体模型，然后选择 [关系]一选取 高的曲轴实体模型基础上的强度研究一般要借助大型 要显示参数 的特征以显示尺寸符号一 [增加]一输入 通用有限元软件。以往的曲轴强度研究往往是针对某