基于UG和ANSYS的曲轴设计及分析

　　利用UG软件建立轿车发动机曲轴的实体模型，利用UG二次开发软件计算其动平衡量，计算结果在动平衡量目标值允许范围内.采用ANSYS软件对曲轴进行有限元分析，包括曲轴的模态分析和静力学分析，得到了曲轴的振型图和固有频率，以及拉压工况下曲轴的应力集中情况，为曲轴的设计和改进提供了参考依据。

　　轿车曲轴因其几何形状复杂，工作环境恶劣，性能要求高而备受关注.轿车曲轴的几何形状主要由发动机汽缸的空间排列形式和数目来定，如V6、V8和V12等型发动机.曲轴主要将连杆的运动和力传递给齿轮，并为车辆提供动力、主要交变的弯曲和扭转载荷应力.复杂的几何形状和载荷形式决定了曲轴的设计和分析的复杂性.通常在曲轴的设计中，既要实现工作要求，又要满足各项性能指标，这就使得设计和分析紧密相连。

　　轿车曲轴的分析工作包括动平衡分析、模态分析和静力学分析等.这些工作主要借助于计算机软件完成，其主要优点是将复杂的计算化为简单的操作，从而降低对操作者的要求;且计算机软件能够准确、快速、多样地给出计算结果，为分析者提供充足的信息。本文结合UG软件和ANSYS软件，完成轿车的3缸发动机曲轴的建模和分析，包括动平衡分析、模态分析和静力学分析。

1、建模和动平衡分析

　　首先，采用UG软件建立曲轴的几何模型，利用UG二次开发软件对其进行动平衡计算。

　　1.1、几何模型的建立

　　通过UG的建模功能完成曲轴几何模型的建立，如图1所示.4个主轴颈直径为45mm，3个连杆颈直径为35mm，曲柄臂厚度为12～19mm.3个连杆颈的旋转角为120°，即平均分布在主轴颈的圆周上，中心距为40mm.曲轴的材质为碳素结构钢S48C，锻造后精加工成形，表面分布有油孔.日本JIS系列标准钢号S48C的材料特性介于我国的45号钢和50号钢之间，见表1。

图1　曲轴的几何模型

表1　S48C钢的材料特性

4、结　语

　　1)结合利用UG 软件和ANSYS软件，建立了轿车3缸曲轴的实体模型，并对其进行动平衡分析、模态分析和静力学分析。

　　2)采用UG二次开发软件计算了曲轴的动平衡量，其中小头侧的评价面为A 面，动平衡量为1158g·mm，大头侧的评价面为B 面，动平衡量为1285g·mm，均在动平衡量的允许范围之内。

　　3)使用ANSYS软件对曲轴进行模态分析，采用Block Lanczos法提取模态，计算了曲轴的13阶振型，得出曲轴最小固有频率为579.25Hz，并对其激振频率进行校核。

　　4)利用ANSYS软件对曲轴进行静力学分析，计算得到曲轴在最大拉压工况下的位移和等效应力分布.结果表明：曲轴主轴颈与曲轴臂的连接圆角为弯曲疲劳失效危险区。