Совершенствование конструкции кронштейна крепления силового агрегата автомобиля в САПР
|
Введение 4
1 Обзор конструкций крепления силового агрегата 7
1.1 Тенденции развития конструкции крепления силового агрегата 7
1.2 Анализ материалов конструкций крепления силового агрегата 9
1.3 Обзор методов расчета прочности кронштейнов крепления силового агрегата 17
1.4 Обзор программного обеспечения для расчета прочности элементов двигателя автомобиля 23
2 Разработка в САПР электронных моделей крепления силового агрегата 28
2.1 Описание конструкции узлов крепления силового агрегата 28
2.2 Построение в САПР электронной модели кронштейна 30
2.3 Оптимизация конструкции крепления силового агрегата в САПР 37
3 Анализ прочности кронштейна в САПР 40
3.1 Методика МКЭ для определения прочности кронштейна 40
3.2 Построение сетки КЭ и разработка модели расчета 46
3.3 Расчет многоцикловой усталости кронштейна в МКЭ 55
4 Методика расчета усталостной прочности узлов крепления силового агрегата в cae 64
4.1 Алгоритм расчета усталостной прочности в CAE 64
4.2 Направления совершенствования конструкции крепления силового агрегата автомобиля 67
Заключение 70
Список используемой литературы 72
1 Обзор конструкций крепления силового агрегата 7
1.1 Тенденции развития конструкции крепления силового агрегата 7
1.2 Анализ материалов конструкций крепления силового агрегата 9
1.3 Обзор методов расчета прочности кронштейнов крепления силового агрегата 17
1.4 Обзор программного обеспечения для расчета прочности элементов двигателя автомобиля 23
2 Разработка в САПР электронных моделей крепления силового агрегата 28
2.1 Описание конструкции узлов крепления силового агрегата 28
2.2 Построение в САПР электронной модели кронштейна 30
2.3 Оптимизация конструкции крепления силового агрегата в САПР 37
3 Анализ прочности кронштейна в САПР 40
3.1 Методика МКЭ для определения прочности кронштейна 40
3.2 Построение сетки КЭ и разработка модели расчета 46
3.3 Расчет многоцикловой усталости кронштейна в МКЭ 55
4 Методика расчета усталостной прочности узлов крепления силового агрегата в cae 64
4.1 Алгоритм расчета усталостной прочности в CAE 64
4.2 Направления совершенствования конструкции крепления силового агрегата автомобиля 67
Заключение 70
Список используемой литературы 72
Актуальность работы. Потребность в применении легких материалов в конструкции автомобиля возрастает, так как ужесточаются требования к содержанию выбросов, и увеличивается спрос на экономию топлива и снижение коррозии. Одной из тенденций решения этой проблемы является использование цветных металлов и их сплавов. Такие материалы все чаще используются в конструкции автомобиля. Одним из примеров использования алюминиевых сплавов является изготовление из них опор двигателя. В автомобиле двигатель располагается на опорах, которые связаны с рамой или кузовом автомобиля. Следовательно, во время работы, вибрации создаваемые двигателем и неровностями дороги могут передаваться непосредственно на раму через опоры. Это может быть причиной дискомфорта пассажиров или даже повредить шасси автомобиля. Наиболее важная функция опоры крепления двигателя - установка и балансировка силовой установки (двигатель и трансмиссия) на шасси автомобиля для контроля движения и их амортизации при динамической нагрузке.
Современные опоры крепления двигателя могут быть цельнометаллическими, резинометаллическими и гидравлическими. Цельнометаллические опоры силового агрегата наиболее часто используются в легковых автомобилях. Они представляют из себя кронштейн, соединяющий силовой агрегат с кузовом и резинометаллическую подушку, которая поглощает вибрации как от работающего двигателя, так и от неровностей дороги, по которому движется транспортное средство. Работа опор происходит в сложных условиях под воздействием статических, ударных и коррозионных нагрузок. Разработка надежных изделий является очень важным аспектом в современном машиностроении. Разработка рациональной конструкции кронштейна, который является составляющей частью опоры силового агрегата представляет актуальную проблему.
Решение этой проблемы возможно с помощью САПР путем создания электронной модели изделия и прогнозирования на цифровых макетах качества изделия.
Это позволяет заложить параметры детали в производство прототипов и сократить количество дефектов, минимизировать финансовые затраты и время для того, чтобы избежать разрушения детали.
Цель работы заключается в создании методики проектирования конструкции кронштейна крепления силового агрегата в САПР для предотвращения его поломок в процессе многоцикловых нагрузок, которая должна повысить пробег автомобиля, снизить производственные затраты, обеспечить безопасность пассажиров.
Задачи:
• проведение обзора источников по теме проектирования и испытания кронштейна крепления двигателя легкового автомобиля;
• разработка электронной модели кронштейна крепления двигателя легкового автомобиля;
• создание конечно-элементной модели кронштейна и методики моделирования прочности и долговечности изделия;
• проведение поиска рациональной конструкции модели в САПР.
Объект исследования: Объектом является прототип кронштейна крепления силового агрегата транспортного средства
Научная новизна: Разработка методики совершенствования конструкции кронштейна крепления двигателя транспортного средства на основе применения метода конечных элементов для моделирования статического и многоциклового нагружения опоры двигателя легкового автомобиля с целью повышения долговечности их службы.
Практическая ценность работы заключается в применении результатов исследования, полученных в ходе выполнения магистерской работы при будущем проектировании деталей, которые позволят заблаговременно создать необходимую прочность изделия, что обеспечит минимизирование затрат на производственный процесс, снижение сроков реализации изделия и безопасность для потребителя.
Научная апробация. Публикации в рамках темы магистерской диссертации опубликованы в сборнике студенческих работ в рамках «Дни науки ТГУ» и VII Международной практической конференции «Прикладная математика и информатика: современные исследования в области естественных и технических наук».
Объем и структура работы. Выпускная квалификационная работа содержит в себе введение, 4 главы, заключение и список используемой литературы. Объем работы составляет 75 страниц, 53 рисунка, 4 таблицы.
Современные опоры крепления двигателя могут быть цельнометаллическими, резинометаллическими и гидравлическими. Цельнометаллические опоры силового агрегата наиболее часто используются в легковых автомобилях. Они представляют из себя кронштейн, соединяющий силовой агрегат с кузовом и резинометаллическую подушку, которая поглощает вибрации как от работающего двигателя, так и от неровностей дороги, по которому движется транспортное средство. Работа опор происходит в сложных условиях под воздействием статических, ударных и коррозионных нагрузок. Разработка надежных изделий является очень важным аспектом в современном машиностроении. Разработка рациональной конструкции кронштейна, который является составляющей частью опоры силового агрегата представляет актуальную проблему.
Решение этой проблемы возможно с помощью САПР путем создания электронной модели изделия и прогнозирования на цифровых макетах качества изделия.
Это позволяет заложить параметры детали в производство прототипов и сократить количество дефектов, минимизировать финансовые затраты и время для того, чтобы избежать разрушения детали.
Цель работы заключается в создании методики проектирования конструкции кронштейна крепления силового агрегата в САПР для предотвращения его поломок в процессе многоцикловых нагрузок, которая должна повысить пробег автомобиля, снизить производственные затраты, обеспечить безопасность пассажиров.
Задачи:
• проведение обзора источников по теме проектирования и испытания кронштейна крепления двигателя легкового автомобиля;
• разработка электронной модели кронштейна крепления двигателя легкового автомобиля;
• создание конечно-элементной модели кронштейна и методики моделирования прочности и долговечности изделия;
• проведение поиска рациональной конструкции модели в САПР.
Объект исследования: Объектом является прототип кронштейна крепления силового агрегата транспортного средства
Научная новизна: Разработка методики совершенствования конструкции кронштейна крепления двигателя транспортного средства на основе применения метода конечных элементов для моделирования статического и многоциклового нагружения опоры двигателя легкового автомобиля с целью повышения долговечности их службы.
Практическая ценность работы заключается в применении результатов исследования, полученных в ходе выполнения магистерской работы при будущем проектировании деталей, которые позволят заблаговременно создать необходимую прочность изделия, что обеспечит минимизирование затрат на производственный процесс, снижение сроков реализации изделия и безопасность для потребителя.
Научная апробация. Публикации в рамках темы магистерской диссертации опубликованы в сборнике студенческих работ в рамках «Дни науки ТГУ» и VII Международной практической конференции «Прикладная математика и информатика: современные исследования в области естественных и технических наук».
Объем и структура работы. Выпускная квалификационная работа содержит в себе введение, 4 главы, заключение и список используемой литературы. Объем работы составляет 75 страниц, 53 рисунка, 4 таблицы.
В процессе выполнения работы в первом разделе были изучены тенденции развития конструкций крепления силового агрегата транспортного средства, современные материалы, применяемые в автомобильной промышленности, методы расчета напряжений изделия, а также программное обеспечения, с помощью которого выполнялись дальнейшие расчеты.
Во втором разделе описано расположение кронштейна в подкапотном пространстве. Разработан эскиз, на основе которого, применяя булевы операции получена электронная модель детали. Проведена оптимизация конструкции кронштейна крепления силового агрегата с целью повышения его прочности и жесткости.
В третьем разделе подробно описан процесс создания FEM и SIM файлов, методика разработки сетки конечных материалов, заданы параметры материала, условия ограничений и силы, действующие на изделие. Представлен статический расчет и расчет долговечности изделия и выполнен анализ напряженно-деформированного состояния детали.
В четвертом разделе представлен пошаговый алгоритм методики совершенствования конструкции крепления кронштейна силового агрегата транспортного средства на основе созданной методики расчета учета долговечности и усталости при многоцикловом нагружении, проработаны дальнейшие направления совершенствования конструкции цельнометаллического кронштейна опоры двигателя легкового автомобиля.
1. Установлено, что современные тенденции развития креплений силовых агрегатов транспортных средств базируются на совершенствовании цельнометаллических, гидравлических и электромеханических опор крепления двигателя и трансмиссии.
2. Показано, что анализ прочности конструкции опор крепления двигателя автомобиля должен проводиться на базе статического расчета прочности совместно с многоцикловым расчетом долговечности и выносливости.
3. Проведено макетирование и создана электронная модель цельнометаллического кронштейна опоры двигателя легкового, разработана методика и алгоритм расчета основных показателей прочности, долговечности и усталости для конечно-элементных моделей на примере проектирования цельнометаллического кронштейна опоры двигателя легкового автомобиля.
4. Создана методика статического расчета цельнометаллического кронштейна опоры двигателя легкового автомобиля на базе конечно-элементной модели. Установлено, что зоны максимальных значений интенсивности напряжений находятся в переходных областях закруглений бобышек и упорного клыка цельнометаллического кронштейна опоры в САПР.
5. Показано, что при максимально возможной статической нагрузке 1700 Н величина напряжений по Мизесу для исходной формы кронштейна составляет 126 МПа. После оптимизации конструкции значение максимальных напряжений можно уменьшить в пять раз до 26 Мпа, что в четыре раза меньше предела текучести сплава АК12.
6. Разработана методика и алгоритм расчета основных показателей прочности, долговечности и усталости для конечно-элементных моделей на примере проектирования цельнометаллического кронштейна опоры двигателя легкового автомобиля в САПР.
7. Показаны тенденции и пути дальнейшего совершенствования конструкции цельнометаллического кронштейна опоры двигателя легкового автомобиля с использованием предложенной методики.
Во втором разделе описано расположение кронштейна в подкапотном пространстве. Разработан эскиз, на основе которого, применяя булевы операции получена электронная модель детали. Проведена оптимизация конструкции кронштейна крепления силового агрегата с целью повышения его прочности и жесткости.
В третьем разделе подробно описан процесс создания FEM и SIM файлов, методика разработки сетки конечных материалов, заданы параметры материала, условия ограничений и силы, действующие на изделие. Представлен статический расчет и расчет долговечности изделия и выполнен анализ напряженно-деформированного состояния детали.
В четвертом разделе представлен пошаговый алгоритм методики совершенствования конструкции крепления кронштейна силового агрегата транспортного средства на основе созданной методики расчета учета долговечности и усталости при многоцикловом нагружении, проработаны дальнейшие направления совершенствования конструкции цельнометаллического кронштейна опоры двигателя легкового автомобиля.
1. Установлено, что современные тенденции развития креплений силовых агрегатов транспортных средств базируются на совершенствовании цельнометаллических, гидравлических и электромеханических опор крепления двигателя и трансмиссии.
2. Показано, что анализ прочности конструкции опор крепления двигателя автомобиля должен проводиться на базе статического расчета прочности совместно с многоцикловым расчетом долговечности и выносливости.
3. Проведено макетирование и создана электронная модель цельнометаллического кронштейна опоры двигателя легкового, разработана методика и алгоритм расчета основных показателей прочности, долговечности и усталости для конечно-элементных моделей на примере проектирования цельнометаллического кронштейна опоры двигателя легкового автомобиля.
4. Создана методика статического расчета цельнометаллического кронштейна опоры двигателя легкового автомобиля на базе конечно-элементной модели. Установлено, что зоны максимальных значений интенсивности напряжений находятся в переходных областях закруглений бобышек и упорного клыка цельнометаллического кронштейна опоры в САПР.
5. Показано, что при максимально возможной статической нагрузке 1700 Н величина напряжений по Мизесу для исходной формы кронштейна составляет 126 МПа. После оптимизации конструкции значение максимальных напряжений можно уменьшить в пять раз до 26 Мпа, что в четыре раза меньше предела текучести сплава АК12.
6. Разработана методика и алгоритм расчета основных показателей прочности, долговечности и усталости для конечно-элементных моделей на примере проектирования цельнометаллического кронштейна опоры двигателя легкового автомобиля в САПР.
7. Показаны тенденции и пути дальнейшего совершенствования конструкции цельнометаллического кронштейна опоры двигателя легкового автомобиля с использованием предложенной методики.
