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汽车曲柄连杆机构设计及有限元分析说明书论文,汽车,曲柄,连杆机构,设计,有限元分析,说明书,仿单,论文
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毕 业 设 计（论 文）设计(论文) 题目：汽车曲柄连杆机构设计及其有限元分析学生姓名： 殷 俊 指导教师： 智淑亚 二级学院： 机电工程 专 业： 车辆工程 班 级： 12 车辆（单） 学 号： 1204202017 提交日期： 2016 年 05 月 11 日 答辩日期： 2016 年 05 月 14 日 金陵科技学院学士学位论文 目录目 录摘 要 .IIIAbstract .IV1 绪 论 .11.1 选题的背景与意义 .11.2 国内外研究现状 .11.3 主要研究内容和意义 .21.3.1 主要研究内容 .21.3.2 研究的意义 .22 曲柄连杆机构的设计 .32.1 活塞的结构设计 .32.1.2 活塞的尺寸 .32.2 连杆的设计 .42.2.1 连杆长度的确定 .42.2.2 连杆小头结构 .52.2.3 连杆杆身结构 .52.2.4 连杆大头结构 .52.3 曲轴的设计 .52.3.1 曲轴的长度 .62.3.2 曲柄销直径和长度 .62.3.3 主轴颈直径和长度 .62.3.4 曲柄宽度和厚度 .62.4 曲柄连杆机构尺寸计算 .62.5 连杆载荷计算 .82.5.1 气体作用力计算 .82.5.2 活塞组的惯性力 .92.5.3 连杆惯性力 .92.5.4 连杆大小端的载荷的等效计算 .9金陵科技学院学士学位论文 目录I3 连杆的有限元分析 .113.1 建模方案的确定 .113.2 连杆模型的建立 .113.2.1 实体模型的建立 .113.2.2 定义单元类型 .123.2.3 定义实常数 .123.2.4 定义材料的属性 .133.2.5 网络划分 .133.3 连杆有限元模型的加载与求解 .133.3.1 边界条件的处理 .133.3.2 最大压缩工况求解 .143.3.3 最大拉伸工况求解 .174 连杆疲劳分析 .195 结束语 .21参考文献 .22致 谢 .23金陵科技学院学士学位论文 摘要II汽车曲柄连杆机构设计及有限元分析摘 要对汽车曲柄连杆机构的主要尺寸的设计，并对连杆做有限元分析，将连杆作适当的简化，用 PRO/E 创建实体模型并导入 ANSYS 分析，对连杆上的受载情况进行分析，采用连杆在最大压缩和最大拉伸工况下的载荷进行静态分析，对创建的连杆模型进行加载和求解，得到应力云图、位移云图，对其结构强度的校核，并对连杆作疲劳分析。关键词：连杆；有限元分析；ANSYS；静态分析； 金陵科技学院学士学位论文 摘要III金陵科技学院学士学位论文 AbstractIVDesign and finite element analysis of crank connecting rod mechanism of automobileAbstractDesign of crank and connecting rod mechanism in automobile main dimensions and the connecting rod do finite element analysis, the connecting rods are simplified, using Pro / E to create solid model and ANSYS analysis, the connecting rod by load were analyzed. By connecting rod under the maximum compression and the maximum tensile condition load static analysis, of creating a model of the connecting rod of loading and the solving, force and displacement nephogram, check the structure strength and the connecting rod for fatigue analysis.Key words:Connecting rod; finite element analysis; ANSYS;static analysis金陵科技学院学士学位论文 1 绪论 01 绪 论1.1 选题的背景与意义目前，在汽车、摩托车、内燃机车等现代化机械中还是大量运用着内燃机，内燃机在工业时代中有着重要的意义。内燃机的主要优点有结构紧凑、效率好、机动性好，因内燃机技术发展的成熟及它固有的优点，所以对内燃机的需求日益增加，必然对它的技术要求也在不断提高。曲柄连杆机构在内燃机中起着重要的作用，燃料燃烧产生热能由曲柄连杆机构转换为机械能，使车轮高速转动。曲柄连杆机构是由活塞组、连杆组和曲轴组三大部分组成。通过燃烧气体产生的热能使活塞直线移动连杆作往复摆动，使曲轴做圆周运动，在这一系列传动过程中，连杆承受了主要的力，在高速运转中，连杆承受着复杂多变的力，这使得连杆使用的可靠性显得尤为重要。除了要分析连杆的应力、应变、材料，还要把曲柄连杆的运动学、动力学考虑进去，使得连杆设计更符合实际情况。为了让内燃机减轻质量、降低功率消耗，使得连杆的形状比较复杂，加上连杆处在恶劣的条件下工作，连杆的受载情况也是很复杂。如果连杆设计的不合理，往往会出现应力集中或局部强度不足而引起连杆失效，内燃机不能正常运行，功率下降，寿命降低，排放恶化，更严重会造成内燃机拉缸，导致发动机不能正常工作甚至熄火。随着世界汽车保有量的持续增加，汽车速度越来越快，对内燃机的研发改进显得十分重要，在汽车动力性能、控制排放尾气、燃油经济型等方面还是有很大的提升空间。曲柄连杆机构是复合运动机构，在各种恶劣工况下承受着复杂多变的载荷，因此对曲柄连杆机构进行力学分析是很有必要的。本文从理论和有限元分析两方面对曲柄连杆机构进行分析和研究。1.2 国内外研究现状近年来，随着有限元技术的越来越成熟，有限元技术在曲柄连杆机构设计方面也得到了很大的发展，对于曲柄连杆机构的有限元分析越来越细致，比如把零件之间的接触应力加以进去分析，为了更好的符合物体的实际情况，往往会把零件细微地方的应力或温度的分布模拟真实情况。机件的刚度、强度分析及噪声预测已用于对机体的结构改善。目前对柴油机领域研究的主要有三方面: 温度场分析、应力场分析、振动分析，对于有限元分析结构的结构疲劳寿命也在进一步发展。1.3 主要研究内容 和意义1.3.1 主要研究内容课题先对发动机曲柄连杆机构的运动学、动力学进行简要的理论分析，能更好地金陵科技学院学士学位论文 1 绪论 1理解曲柄连杆的运动特性、受力特点，为接下的有限元分析作理论依据。设计曲柄连杆机构的结构，并对设计的连杆建立有限元模型，并对它施以载荷和加载结构强度作相应的分析，以此满足实际生产的需要。现代计算机技术越来越成熟，计算机辅助设计在内燃机设计上的使用越来越广泛，运用计算机辅助设计的深度将会大大改善发动机的性能。主要是对柴油机的连杆进行设计以及有限元分析，通过采用现代化设计方法及有限元技术来实现，先用 PRO/E 对连杆作三维实体模型图，并将其导入 ANSYS 软件，选用合适单元完成对模型的有限元网格划分，完成载荷施加及边界条件的处理，得出合理的有限元分析模型，后处理，完成有限元分析计算，输出计算得到的应力、应变、位移云图。1.3.2 研究的意义随着汽车保有量的迅猛发展，对于功能多样化的内燃机需求也越来越大，而曲柄连杆机构的设计又极为复杂，使用传统的设计方法会大大延长开发周期，随着产品更新速度之快，计算机辅助设计系统的开发，使得曲柄连杆机构设计得到了进一步的发展，这可以大大地缩短研发周期、提高内燃机工作的可靠性、优化其结构等方面。多年下来，在内燃机设计理论的方法有计算机辅助工程热力学、有限元分析、多刚体动力学分析等，以及综合考虑分析内燃机以便更符合实际情况。本文采用的是有限元分析，对于连杆结构复杂、载荷多变都可以通过有限元分析很好地模拟出来，增加了设计的可靠性。金陵科技学院学士学位论文 2 曲柄连杆机构的设计22 曲柄连杆机构的设计2.1 活塞的结构设计活塞有三大部分组成：顶部、头部和裙部，活塞在高温高压的恶劣工况下，作往复直线变速运动。1）活塞顶部外表面设计成凹面，利于气体形成涡流，使燃料与大气混合更充分，便于燃烧。2）活塞头部有四条环形，上面三条为气环槽，下面一条为油环槽。3）活塞裙部对活塞往复直线运动起导向作用，其顶端有两个凸起的销座。4）考虑活塞处于高温高压下，会产生膨胀和变形，对其裙部轴截面采用鼓形，而横截面采用椭圆形。活塞的在恶劣工况下，主要载荷有：1）机械载荷，活塞在工作中主要承受来自顶部的气压力以及往复惯性力 。2）热载荷，活塞顶部承受高温燃气，最高可达 ,其受热不均匀会C250产生较大的热应力，严重的会导致零件疲劳断裂。2.1.2 活塞的尺寸1）压缩高度 1H压缩高度为活塞销中心到活塞顶面的距离，与顶岸高度、环带高度、上裙高度有关，由于压缩高度的精度对压缩比有直接关系，所以它的制造精度要求严格。321hH对于大功率柴油机来说， 的大致范围：dm)80.5.(,20d1图 1 活塞的主要参数H.,12)顶岸高度 h顶岸高度确定了第一环的位置，由于第一环靠近燃烧室，其热负荷较大， 在满1h足工作温度不超过极限（ ）的前提下，尽量选择小些。C2083）环带高度 2金陵科技学院学士学位论文 2 曲柄连杆机构的设计3环带高度由活塞环数、环高、环岸高度决定，其值主要根据机械载荷强度来确定。为了提高工作效率、减少摩擦，往往会选择减少环数，柴油机一般设置有两道气环一道油环。4）上裙尺寸 3h上裙尺寸应使油环槽处于销轴外径的上面，并保证销座的强度。5)裙部高度 2H活塞裙部主要作用是引导活塞运动，并承受侧向力，裙部与气缸之间间隙要小，并有适当的比压，保证正确的导向性、减小磨损等，校核比压 q：（2-2maxqDPN1）， 。一般内燃机活塞裙部 值最 大 侧 压 力 ，maxNP活 塞 直 径 裙 部 高 度2Hq为 。p5.0M24)75.06.(h（2-2） 值一般取2Hd95.06）活塞高度 H21H(2-3)值一般取 d4.17)活塞销座孔径 0活塞销座与活塞销是一对摩擦副。柴油机中 一般为 。d/042.03.2.2 连杆的设计连杆是曲轴和活塞之间的联接件，其是将活塞上的动能传递给曲轴，使曲轴旋转，连杆不仅做上下运动，还左右摆动，做复杂的平面运动。连杆主要承受着在不同工况下气体压力和往
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