沈陽理工大學課程設計論文課程設計（論文）任務書學院汽車與交通學院專業車輛工程學生姓名郭巨寶學號0802020112課程（論文）題目輪轂的三維建模及模態分析（2）一、設計內容：1.要求用三維軟件CATIA\UG\Pro/E根據圖紙或實物進行三維建摸。2.用ANSYS進行模態分析。二、技術要求：1.實體建模結構尺寸和形式正確，并能進行模態分析。2.設計說明書一份.其中包括：（1）寫出實體建模步驟。（2）寫出模型倒入導出過程。（3）寫出對模型模態分析過程等。（4）結論（結果分析及問題討論）。（5）參考文獻。（6）提交catia模型文件，工程圖及相關文件的電子文檔。三、進度安排：1.熟悉題目，準備資料1天；2.三維建摸3天；3.模態分析3天；4.編寫設計說明書2天；5.答辯1天.指導教師（簽字）：年月日專業負責人（簽字）：年月日沈陽理工大學課程設計論文目錄第1章用CATIA建立CATIA建立輪轂模型……………11.1汽車輪惘規格系列……………11.2輪轂建模…………………4第2章模型導入ANSYS10.0………………102.1輪轂零件模型*.model導入導入ANSYS10.0……102.2導入模型生成實體…………11第3章ANSYS模態分析…………………123.1參數設定…………………123.2網格劃分…………………123.3模態分析及圖形顯示………133.4模態分析數據及總結………25參考文獻……………………29用CATIA建立輪轂模型1.1汽車輪惘規格系列1.范圍本標準規定了汽車車輪與輪胎相配合部分的輪輛輪廓術語、標記、負荷、50深槽輪惘(50DC),15“深槽輪輛(150DC),50半深槽輪惘(50SDC),50斜底輪輛(50FB),本標準適用于汽車所使用的輪輛規格系列。2.輪輛輪廓術語圖1-1輪輞輪廓A—輪輛標定寬度;B—輪緣寬度;C—輪緣半徑位置尺寸;D—輪輛標定直徑;F1，F2—輪輞上氣門嘴孔位置尺寸;G-輪緣高度;H-槽底深度;DR,DF—胎圈座突峰直徑;L-槽底寬度;M—槽的位置尺寸;P—胎圈座寬度;R1—輪緣接合半徑;R2—輪緣半徑;R3—胎圈座圓角半徑;R4—槽頂圓角半徑;R5-槽底圓角半徑;R6—輪緣端部圓角半徑;R7—槽側半徑;V—氣門嘴孔或槽的尺寸;α—槽底角度;β—胎圈座角度。注1:凡標注二的尺寸與輪胎在輪惘上的裝、拆有關，是輪輛槽底的最小尺寸，M表示槽底位置的極限尺寸注2:槽頂圓角半徑R和槽底角度a是輪胎在輪惘上裝、拆的重要參數。注3:安裝面，即輪胎從這一面裝人輪輛或從這一面拆下輪胎.對于多件式輪輛，安裝面是可拆卸輪緣的一面。3.標記輪輞規格名稱采用“輪惘名義直徑X/一輪輞名義寬度輪輞輪廓代號”，也可采用“輪輞名義寬度輪輞輪廓代號X/一輪輛名義直徑”表示。4．負荷施加在輪輞/車輪上的負荷和氣壓，不應超過輪輞/車輪制造廠推薦的最大值。這個值可刻制在輪輞/車輪上，當輪輞/車輪上無此標記或使用條件超過其推薦值時，則應與輪輞/車輪廠協商，以確保在預期使用條件下，輪輞/車輪不被破壞。5.5度深槽輪輞6.根據實際測量的輪輞數據及各種參數選用J型輪輞。J型輪輞輪廓：圖1-2輪輞輪廓標注J型輪輞尺寸：選用J型輪輞，尺寸如表1-3所示：單位為毫米輪輞輪廓APminP1minL（量規）Mmax3J76.013.015.016.028.0J89.015.017.019.034.04J101.515.017.019.045.0J114.519.519.522.045.05J127.019.519.522.045.0J140.019.519.522.045.06J152.519.519.522.045.0J16519.519.522.045.07J178.019.519.522.045.0J190.519.519.522.045.08J203.019.519.522.045.0J21619.519.522.045.09J228.519.519.522.045.0J241.519.519.522.045.010J254.019.519.522.045.0J266.519.519.522.045.011J279.519.519.522.045.0J292.019.519.522.045.012J305.019.519.522.045.0J317.519.519.522.045.013J330.019.519.522.045.0表1-3輪輞輪廓尺寸1.2輪轂建模1．YZ平面上建立草圖從開始菜單中啟動CATIAV5R16軟件，進入CATIA的工作平面，點開其開始菜單選擇機械設計--零部件設計，進入零件設計工作臺。選中YZ平面，單擊草圖器工具圖標，進入草圖工作臺。根據國家標準畫出輪轂YZ平面局部草圖（其間用到倒角、偏移、標準等命令），如圖1-4所示：圖1-4輪轂YZ平面局部圖2.根據車間輪輞輪輻畫出輪輻YZ平面草圖，并使形成閉合曲線，如圖1-5所示：圖1-5輪輻YZ平面草圖3.退出草圖平面，用旋轉體命令建立旋轉體，選中草圖一，點擊旋轉體命令，以H軸為旋轉軸，旋轉360度，預覽，確定。生成了整體輪廓圖，如圖1-6所示：圖1-6整體輪廓圖4.點擊圖中間平面區，進入草圖，畫出螺栓大小孔，并分別進行陣列，局部視圖如圖1-7所示：圖1-7螺栓大小孔5.點擊圖中間平面區，進入草圖，以回轉中心為圓心畫圓，退出草圖進行拉伸和挖孔操作得到的局部圖如圖1-8所示：圖1-8車輪中心部分圖6.整體輪廓圖正面如圖1-9所示：圖1-9整體輪廓圖正面圖7.在整體輪廓圖正面兩虛線圓內建立三個點并由三個點生成面，如圖1-10所示：圖1-10生成面8.在新建的面上畫出三角形，并利用凹槽命令挖通，如圖1-11所示：圖1-11三角形9.以輪轂回轉軸為中心進行陣列，如圖圖1-12所示:圖1-12外形圖10．氣門口做法先建平面再畫草圖，最后使用凹槽命令，得到圖1-13所示圖形：圖1-13整體圖形11.模型建立完畢，如圖1-14所示：圖1-14最終模型12.將文件存為*.CATPart*.model兩種格式第2章模型導入ANSYS10.02.1輪轂零件模型*.model導入ANSYS10.01．導入CATIA輪轂模型：打開ANSYS=>File=>Import=>CATIA。如圖2-1所示：圖2-1圖2-22．選擇已保存的model模型，如圖2-2所示：導入后的圖形如圖2-3所示：圖2-3初始導入圖2.2導入模型生成實體生成實體操作如圖十八、圖十九所示，生成的實體圖如圖2-6所示：圖2-4操作圖2-5操作圖2-6生成的實體圖第3章ANSYS模態分析3.1參數設定1．模型材料的設定定義模型的單元類型：定義輪轂為實體45號單元rick8node23如圖3-1所示圖3-1定義單元類型2.材料屬性：ANSYSMainMenu=>Preprocessor=>MaterialProp=MaterialModels。1）材料的彈性模量和泊松比彈性模量EX＝2.1E11泊松比PRXY＝0.32）定義材料的密度DENS：MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>densityDENS=78003.2網格劃分1)ANSYSMainMenu=>Meshing=>MeshTool.2)選擇輪轂實體3)設置輪轂為solid45號，單擊Mesh對輪轂進行網格劃分4)劃分結果如圖3-2所示：圖3-2網格劃分圖3.3模態分析及圖形顯示1.模態分析的設定1）選定分析選項MainMenu=>Solution=>AnalysisType=>NewAnalysis→“Modal”(模態分析)2）分析選型設定MainMenu=>Solution=>AnalysisType=>AnalysisOptions選定參數如圖3-3所示：圖3-3分析選型設定單擊ok按鈕，將會彈出BlockLanczosMethod，StartFreq是0，EndFrequ是100000000，單擊ok按鈕。3）進行求解MainMenu=>Solution=>CurrentLS2．模態分析過程及結果顯示1）列出固有頻率MainMenu=>GeneralPostproc=>ResultsSummary，將列出輪轂的所有求解的固有頻率，在文本框里列出了輪轂的前20階固有頻率如圖3-4所示：圖3-4前20階固有頻率2）得到模態分析圖形a．選取菜單路徑MainMenu=>GeneralPostproc=>ReadResults=>FirstSet，選擇輪盤第一階模態b．選取菜單路徑MainMenu=>GeneralPostproc=>PlotResults=>ContourPlot=>NodalSolu，選擇DOF，如圖3-5所示，此時可觀察輪轂的一階模態，如圖3-6所示：圖3-5模態分析操作圖3-6第一階模態振型c．選取菜單路徑MainMenu=>GeneralPostproc=>ReadResults=>NextSet，進入輪轂第二階模態。d．選取菜單路徑MainMenu=>GeneralPostproc=>PlotResults=>NodalSolu圖形窗口中將顯示出第二階模態振型，如圖二十七所示：圖3-7第二階模態振型e．重復上述c、d操作就可獲得個階模態振型，如下所示：圖3-8第三階模態振型圖3-9第四階模態振型第圖3-10五階模態振型圖3-11第六階模態振型圖3-12第七階模態振型圖3-13第八階模態振型圖3-14第九階模態振型圖3-15第十階模態振型圖3-16第十一階模態振型圖3-17第十二階模態振型圖3-18第十三階模態振型圖3-19第十四階模態振型圖3-20第十五階模態振型圖3-21第十六階模態振型圖3-22第十七階模態振型圖3-23第十八階模態振型圖3-24第十九階模態振型圖3-25第二十模態振型3.4模態分析數據及總結輪轂的前20階固有頻率，如圖3-26所示：圖3-26前20階固有頻率數據輪轂固有特性由固有頻率、振型等一組模態參數構成，它由輪轂本身（質量與剛度分布）決定，而與外部載荷無關，但決定了結構對動載荷的響應。由模態分析可以看出輪轂振型情況為：輪轂周邊變形較大，第七階模態到第十階模態下，周邊變形逐漸增大；第十一階模態下，變形不是很明顯第十二階模態到第十四階模態下，周邊變形逐漸減小；隨后的變化趨勢是增大減小增大交替出現，類似正弦規律；在變形小的頻率處，沒有發生共振，變形大的地方發生了共振。所以車輪在設計的時候應根據模態分析得到的數據，讓車輪的固有頻率與其相關的外界頻率錯開，避免發生共振使車輪變形，進而可以增加舒適性。保存文件：*.lgw格式文件，使用記事本打開代碼如下/BATCH!/COM,ANSYSRELEASE10.0UP2005071819:12:0806/30/2010/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1!/GRA,POWER!/GST,ON!/PLO,INFO,3!/GRO,CURL,ON!/CPLANE,1!/REPLOT,RESIZEWPSTYLE,,,,,,,,0!/REPLOT,RESIZE~CATIAIN,burongyi,model,'.[卓駱\狹績兔箕恍\',,,0/NOPR/GO!/FACET,NORML!/DIST,1,1.08222638492,1!/REP,FAST!*ET,1,SOLID45!*!*MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,2.1e11MPDATA,PRXY,1,,0.3MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,DENS,1,,7800CM,_Y,VOLUVSEL,,,,1CM,_Y1,VOLUCMSEL,S,_Y!*CMSEL,S,_Y1VATT,1,,1,0CMSEL,S,_YCMDELE,_YCMDELE,_Y1!*SMRT,6SMRT,7SMRT,7SMRT,8MSHAPE,1,3DMSHKEY,0!*CM,_Y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