基于Solidworks发动机缸盖的三维造型及模态分析

副标题#e#   0引言
   
    发动机是直接影响车辆可靠性等的动力部件，随着科学技术的发展，其设计时间已经大大缩短，设计质量和性能不断提高。作为发动机中结构最复杂、工作条件最恶劣的零件之一，缸盖的设计尤其关键，其设计方法已由传统的经验设计发展为计算机辅助设计。对于缸盖的设计，很重要的一点是要避免工作中的振动，因此模态分析是当今设计人员的一个工作重点。本文基于Solidworks，对某缸盖进行了三维造型，通过进行缸盖的模态分析，找出缸盖振动的原因，并在此基础上提出了改进方案。
   
    1三维造型
   
    图1为基于Solidwork;的某四缸发动机的三维造型图，其中关键技术有以下几点。
   
    (1)毛坯制作
   
    这步包含毛坯生长、孔拉伸、毛坯镜像等，比较复杂关键的是燃烧室型腔的造型，要注意避免特征之间的相互干涉。
   
    (2)水道孔以及螺栓孔的造型
   
    包括拉伸、切除、放样等特征造型。要注意的是，由于孔较多，需要不断变换基准，基准面的选择很重要。
   
    (3)其它特征
   
    其它诸如火花塞孔、倒角等特征，所用方法也是上述几种，但要注意的是，为使后面分析方便，对于不影响分析结果的特征(如倒角)，可以适当简化。
   
    2模态分析
   
    模态分析已经成为研究振动的一个重要方法，其理论基础已经很成熟。随着计算机的发展，利用有限单元法进行模态分析，对研究缸盖的振动很有意义。主要是通过求得缸盖各阶模态参数，从而评价其动态特性是否符合要求，校验理论计算结果的准确性，为设计提供支持。
   
    本文的分析基于图1的二维造型，研究没有阻尼的系统的自由振动，即得出缸盖的各阶固有频率。主要步骤有:建立有限元模型;定义模型的属性和约束;定义输出控制文件并求解。
   

    2.1有限元模型
   
    单元类型采用实体单元，网格划分采用疏密相间方式，最后的节点总数为59 362，单元总数为37 173。
   
    模型的材料以铝合金ZL104为主要分析对象，并与其它材料进行比较。选取气缸盖的材料参数为:弹性模量E=69 GPa，泊松比? = 0. 34，材料抗拉强度σb=145 MPa，抗压强度，σc>430MPa，缸内最大爆发压力6MPa,螺栓预紧力40kN，材料密度P=2.7 x10的负9次方/mm3，材料的线膨胀系数β=23 x 10负6次方/℃，导热系数203mW/(mm·K) 。
   
    约束定义在图2中的前端面上，6个自由度进行全约束。