基于CAE汽车发动机滚子摇臂体设计与成型研究

摘要

在顶置凸轮轴式配气机构的汽车发动机中，滚子摇臂是很重要的零部件之一，其作用是将凸轮轴传来的力改变方向传递到气门上，实现推开或关闭气门。发动机运转时，滚子摇臂的工作条件非常恶劣，摇臂在工作过程中承受很大的弯矩和周期性载荷，因此设计摇臂应具有足够的强度、刚度和寿命，在满足这些使用性能前提下还应具有较小的重量，以实现降低材料资源。摇臂体属于大批量生产件，因此还要考虑结构设计的可行性和成型的合理性。
　　随着计算机辅助设计与制造技术的高速发展，本文根据有限单元法理论，采用Solidworks、ANSYS和DYNAFORM软件，对某款汽车发动机滚子摇臂体进行计算机辅助设计和分析。通过这种方法可以大幅度缩短开发周期，并且能节省大量的人力、物力、财力，为滚子摇臂体结构的改进和冲压工艺方案优化等提供必要的理论依据和性能预测，也为企业带来更大的经济效益和产品市场竞争力。
　　本文主要研究内容:1、使用Solidworks软件完成滚子摇臂体的三维实体建模设计;2、分析了摇臂体的工作情况，利用ANSYS-Workbench软件对摇臂体进行静强度分析、模态分析、疲劳寿命分析，为摇臂体的结构改进提供依据;3、在保证摇臂体的使用性能前提下，对摇臂体结构进行改进，节省了材料，并在ANSYS-Workbench软件中验证改进后的结构的设计合理性;4、对改进后的摇臂体进行工艺分析，制定两种工艺方案，然后利用DYNAFORM软件分别对工艺方案进行冲压成形数值仿真，根据结果选择较合理的冲压方案，然后详细论述压边力及其模型圆角对其冲压成形的影响。
　　通过分析研究可知摇臂体在满足使用性能条件下可以进行轻量化设计，在大批量生产中节省材料，达到降耗减排，同时验证了摇臂体结构的可制造性，从概念设计层面上防止了结构设计的不合理性，且通过模拟制定了摇臂体的合理冲压工艺方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．1．1 课题研究意义

1．1．2 国内外研究现状

1．2 课题的来源

1．3 课题研究的目的

1．4 课题研究的内容

第2章 汽车发动机摇臂体结构设计

2．1 配气机构

2．2 滚子摇臂设计

第3章 摇臂体结构有限元分析

3．1 有限元基本知识

3．1．1 有限元方法简单介绍

3．1．2 有限元分析的一般过程

3．2 Ansys-Workbench有限元分析软件概述

3．2．1 Ansys-Workbench软件简介

3．2．2 Ansys-Workbench有限元分析步骤

3．3 摇臂体结构有限元静力学分析

3．3．1 摇臂工况与受力分析

3．3．2 摇臂体有限元模型建立

3．3．3 摇臂体材料属性定义

3．3．4 网格划分

3．3．5 施加载荷及约束

3．3．6 计算结果

3．4 摇臂体结构模态分析

3．4．1 模态分析法介绍

3．4．2 模态系统分析步骤

3．4．3 Ansys-Workbench模态分析

3．5 摇臂体结构疲劳分析

3．5．1 疲劳分析介绍

3．5．2 材料的疲劳载荷类型

3．5．3 材料的疲劳极限与S-N曲线

3．5．4 影响疲劳极限的主要因素

3．5．5 疲劳分析步骤

3．5．6 Ansys-Workbench摇臂体结构疲劳分析

3．6 摇臂体结构优化改进

3．6．1 摇臂体的减重设计

3．6．2 优化后静强度分析

3．6．3 优化后模态分析

3．6．4 优化后疲劳分析

第4章 板料冲压成型有限元理论

4．1 冲压成形模拟方法

4．2 塑性成型理论基础

4．2．1 屈服准则

4．2．2 流动法则

4．2．3 硬化法则

4．3 加载与卸载

4．4 接触与摩擦问题处理

4．4．1 接触处理

4．4．2 摩擦处理

4．5 ETA／DYNAFORM软件简介

4．6 板料成型数值模拟的一般过程

第5章 摇臂体冲压有限元分析

5．1 摇臂体冲压工艺分析

5．2 摇臂体冲压成形仿真分析

5．2．1 毛坯形状的确定

5．2．2 CAD模型的建立

5．2．3 方案1冲压成形模拟

5．2．4 方案2冲压成形模拟

5．3 不同工艺参数对成形质量的影响

5．3．1 凹模圆角对成形质量的影响

5．3．2 压边力对成形质量的影响

5．4 整形模具设计

结论

参考文献

致谢

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