基于Catia曲柄連桿機(jī)構(gòu)建模及有限元分析.pdf

1、本文根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)仿真技術(shù)，以曲柄連桿機(jī)構(gòu)為研究對象，運(yùn)用CatiaV5R21工程軟件中的零件模塊對活塞組、連桿、曲軸等進(jìn)行了三維建模，并且運(yùn)用當(dāng)中的裝配和數(shù)字化裝配模塊進(jìn)行裝配和運(yùn)動模擬。分析了曲柄連桿機(jī)構(gòu)的實際工況，獲得了曲柄連桿機(jī)構(gòu)工作負(fù)載。通過理論分析，建立了活塞的運(yùn)動規(guī)律，得到活塞位移方程、運(yùn)動速度方程和運(yùn)動加速度方程，獲得曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動力學(xué)特性和規(guī)律，最后得到曲柄連桿機(jī)構(gòu)各部件的受力大小和連桿軸端的受力分布。根據(jù)傳統(tǒng)理論和有

2、限寬度軸頸油膜的應(yīng)力分布，忽略掉油孔邊沿處壓力峰值的影響，連桿大頭軸頸載荷簡化為二次拋物線分布加載在軸頸上，沿軸頸圓周方向范圍按余弦規(guī)律分布進(jìn)行加載。將建立的曲軸三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，添加相應(yīng)的約束條件和加載荷，進(jìn)行有限元仿真分析，獲得了曲軸的應(yīng)力分布。
　　研究結(jié)果表面曲軸在工作過程中，應(yīng)力最大處發(fā)生曲拐圓角過渡處，還有軸頸與曲柄相連的過渡圓角處，為44.7MPa,位移最大處為0.00671mm。最大值發(fā)生在第三缸做工行程時，而

3、且發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速快，所以加載變化快，圓角最大受應(yīng)力頻繁。曲軸選擇的材料屈服強(qiáng)度250MPa,最大應(yīng)力處遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于屈服強(qiáng)度，所以曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時安全的，而且最大的位移才0.00671mm，完全沒有超出極限值。經(jīng)應(yīng)力分析結(jié)果得出，曲軸最嚴(yán)重受壓部位為曲拐兩邊連接的圓角處，最大受壓部位應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度。最后，根據(jù)模態(tài)分析理論對曲軸進(jìn)行了模態(tài)分析，得到了曲軸的前10階固有頻率和振型。通過求出來前十次的振型和頻率結(jié)果來看，曲軸的前六階的固有頻率接近零