J336型铝缸盖倾转铸造机结构优化设计

摘要

本文研究的 J336型倾转铸造机主要应用于轿车发动机铝合金缸盖铸件的生产，是济南圣元机械工程有限公司自主研发的一条铝缸盖铸造自动化生产线中的一部分。人们对铸造质量和铸造自动化要求的日益提高，使得国内外对倾转铸造机的研究侧重点在控制及应用开发上，例如液压系统的设计研究，匀速浇注的控制以及应用领域等等，但对于倾转铸造机的可靠、平稳、轻量化研究并不是很多。
　　本文以 J336型倾转铸造机为研究对象，利用 CAE分析软件 Hypermesh、ANSYS作为分析工具，对 J336倾转铸造机的结构进行动静态分析，并根据分析得到的结果对倾转铸造机的部分结构进行适当的改进和优化设计。
　　首先，介绍 J336铝缸盖倾转铸造机的整机结构及各部分机构的作用及设计参数。采用三维软件SolidWorks建立了J336铝缸盖倾转铸造机的倾转机构、主开合型机构、侧开合型机构及下顶出机构等部件及整机的CAD模型。在满足设计要求的范围和生产实际的情况下对复杂结构的零部件进行简化，去除不影响结构动静态特性的小结构。运用前处理软件Hypermesh对J336倾转铸造机的部分结构及整机三维模型进行几何清理和网格划分，再根据J336倾转铸造机的实际工作情况添加适当的接触，分析J336倾转铸造机的受力情况，并建立用于ANSYS分析的有限元模型。
　　然后，运用有限元分析软件ANSYS对整机及其部分结构在多工况下进行静动态特性分析。主要研究整机倾转前后两个极限位置的动静态特性，得到整机及其倾转机构和机架底座等各结构的位移变化云图和应力云图，校核整机的强度和刚度。并通过整机的动态分析，得到其固有频率及振型变化情况。
　　最后，根据动静态分析，得到 J336倾转铸造机的结构满足设计要求，在此基础上选取优化设计空间较大的倾转铸造机的床身作为优化对象，采用APDL参数化建模，对J336倾转铸造机进行以减轻质量、降低耗材为目的的结构优化设计。

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第一章 绪 论

1.1课题的来源与意义

1.2倾转铸造机的国内外发展现状

1.3机床床身结构优化设计的发展现状

1.4课题的主要研究内容

第二章 J336倾转铸造机的三维建模及其有限元分析模型的建立

2.1 J336铝缸盖倾转铸造机的主要技术参数

2.2 J336倾转铸造机的三维建模

2.3 J336倾转铸造机有限元分析模型的建立

2.4本章小结

第三章 J336倾转铸造机静力学有限元分析

3.1引言

3.2上倾工况J336倾转铸造机静力学有限元分析

3.3下倾工况J336倾转铸造机静力学有限元分析

3.4 J336倾转铸造机的结构改进

3.5本章小结

第四章 J336倾转铸造机动力学有限元分析

4.1引言

4.2上倾工况J336倾转铸造机的模态分析

4.3下倾工况J336倾转铸造机的模态分析

4.4 J336倾转铸造机改进后的模态分析

4.5本章小结

第五章 基于ANSYS的J336倾转铸造机床身结构优化

5.1引言

5.2结构优化理论

5.3床身结构优化变量的确定

5.4基于APDL的床身优化设计

5.5验证优化结果

5.6本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

附 录A

附 录B 床身优化APDL命令