CLYX01-001@4110柴油机连杆设计及有限元分析
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机械毕业设计全套
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CLYX01-001@4110柴油机连杆设计及有限元分析,机械毕业设计全套
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毕业设计指导教师评分表 学生姓名 高 衡 院 系 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆 BW07-10 指导教师姓名 朱荣福 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否 外聘 是 否 题目名称 4110 柴油机连杆设计及有限元分析 序号 评 价 项 目 满分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与 工程实践 、 社会实际 、 科研与 实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 20 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 10 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、 SI 制的使用等） 5 8 科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度 10 得 分 X= 评 语： （参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 工作态度： 好 较好 一般 较差 很差 研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱 工作量： 大 较大 适中 较少 很少 说明书规范性： 好 较好 一般 较差 很差 图纸规范性： 好 较好 一般 较差 很差 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好 较好 一般 较差 很差 其他： 指导教师 签字 ： 年 月 日 nts 注： 毕业设计（论文）评阅可以采用 2 名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。 毕业 设计 评阅人评分表 学生 姓名 高 衡 专业 班级 车辆 BW07-10 指导教 师姓名 朱荣福 职称 讲师 题目 4110 柴油机连杆设计及有限元分析 评阅组或预 答辩组成员姓名 安永东、张金柱、王瑛璞、石美玉、王悦新、王强 出席 人数 6 序号 评 价 项 目 满分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量； 题目与工程实践、社会实际、 科研与实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 25 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 15 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、 SI 制的使用等） 5 得 分 Y= 评 语： （ 参照上述评价项目给 出评语，注意反映该论文的特点 ） 回答问题： 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题 研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱 工作量： 大 较大 适中 较少 很少 说明书规范性： 好 较好 一般 较差 很差 图纸规范性： 好 较好 一般 较差 很差 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好 较好 一般 较差 很差 其他： 评阅人 或预 答辩组长 签字 ： 年 月 日 nts 毕业 设计 答辩评分表 学生 姓名 高 衡 专业 班级 车辆 BW07-10 指导 教师 朱荣福 职 称 讲师 题目 4110 柴油机连杆设计及有限元分析 答辩 时间 月 日 时 答辩组 成员姓名 安永东、张金柱、王瑛璞、石美玉、王悦新、王强 出席 人数 6 序号 评 审 指 标 满 分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度 10 2 设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力 10 3 应用文献资料、计算机、外文的能力 10 4 设计说明书撰写水平、图纸质量， 设计 的规范化程度 （设计栏目齐全合理、 SI制的使用等） 、实用性、科学性和创 新 性 15 5 毕业 设计 答辩准备情况 5 6 毕业 设计 自述情况 20 7 毕业 设计 答辩回答问题情况 30 总 分 Z= 答辩过程记录 、评语 ： 自述思路与表达能力：好 较好 一般 较差 很差 回答问题： 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题 研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱 工作量： 大 较大 适中 较少 很少 说明书规范性： 好 较好 一般 较差 很差 图纸规范性： 好 较好 一般 较差 很差 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好 较好 一般 较差 很差 其他： 答辩组长 签字 ： 年 月 日 nts 毕业设计（论文）成绩评定表 学生 姓名 高 衡 性别 男 院系 汽车与交通工程学院 专业 车辆工程 班级 BW07-10 设计（论文）题目 4110 柴油机连杆设计及有限元分析 平时成绩评分（ 开题、中检、出勤 ） 指导教师姓名 朱荣福 职称 讲师 指导教师 评分（ X） 评阅教师姓名 职称 评阅教师 评分（ Y） 答辩组组长 安永东 职称 副教授 答辩组 评分（ Z） 毕业设计（论文）成绩 百分制 五级分制 答辩委员会评语： 答辩委员会主任 签字 （盖章）： 院系 公章： 年 月 日 注： 1、 平时成绩（开题、中检、出勤） 评分按 十 分制填写 ， 指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩 百分制 =W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。 nts 优秀毕业设计（论文）推荐表 题 目 4110 柴油机连杆设计及有限元分析 类别 毕业设计 学生姓名 高 衡 院（ 系 ） 、专业、班级 汽车与交通工程学院 车辆工程 BW07-10 指导教师 朱荣福 职 称 讲师 设计成果明细： 答辩委员会评语： 答辩委员会主任 签字 （ 盖章）： 院 、 系 公章： 年 月 日 备 注： 注：“类别”栏填写毕业论文、 毕业设计 、其它 nts 毕业设计中期 检 查表 填表日期 迄今已进行 7 周剩余 9 周 学生姓名 高衡 系部 汽车 与交通工程 学院 专业、班级 车辆工程 B07-10 指导教师姓名 朱荣福 职称 讲师 从事 专业 车辆 工程 是否外聘 是否 题目名称 4110 柴油机连杆设计及有限元分析 学 生 填 写 毕业设计工作进度 已完成主要内容 待完成主要内容 1、 收集毕业设计有关资料，完成开题报告； 2、 确定发动机技术参数 ； 3、 对连杆进行结构分析和受力分析 ； 4、 对连杆各部分进行结构设计和尺寸计算 ； 5、完成 连 杆校核 ； 6、完成连杆装配草图 。 1、 进一步 完善连杆装配图 ； 2、 完成连杆零件图 ； 3、 利用 Pro/E 软件进行连杆建模 ； 4、 利用 ANSYS 软件进行连杆的强度校核； 5、 完成 设计说明 书、连杆装配图及零件图、 ANSYS 分析。 。 存在问题及努力方向 对 连杆的校核还不够精确 ， 需要进一步学习， 并应用 ANSYS 软件 完成连杆的强度校核，为柴油机设计提供技术参数 。 学生签字： 指导教师 意 见 指导教师签字： 年 月 日 教研室 意 见 教研室主任 签字： 年 月 日 nts毕业设计（论文）指导记录 日期 2010-03-01 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导 记录 （ 指导内容 、存在问题及解决 思路 ） 通过朱老师的讲解，明确了选题目的及方向，了解所需的文献和书籍，并根据任务书的内容查找相关的资料。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-03-5 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 把搜集到的资料拿给朱老师，朱老师对资料进行了详细的阅读，告诉我那些是对我所做的 设计有用的，让我们重点学习这些资料，然后确定自己的设计方案，告诉撰写开题报告的一些注意事项。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-03-8 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 朱老师对我初步完成的开题报告进行了指导，告诉我设计内容和需要解决的问题和技术路线需要改进，参考文献的格式等问题。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： nts毕业设计（论文）指导记录 日期 2010-03-12 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 将完成的开题报告拿给朱老师让朱老师签字，朱老师给我详细的讲解了开题答辩时的一些注意事项。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-03-15 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 朱老师给我讲解了一些连杆的结构要求，我对连杆的参数不清楚，朱老师给了我认真的解答。 学生 （记录人） 签名： 指导 教师 签名： 日期 2010-03-19 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 我把自己初步设计出的连杆结构参数拿给老师审查，老师提出了一些问题，并告诉我需要对连杆进行手动校核。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： SY-025-BY-4 nts毕业设计（论文）指导记录 日期 2010-03-22 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 针对连杆的手动校核，朱老师向我阐述了需要对连杆校核那些部位， 并让我查阅了相关的资料。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-03-26 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 朱老师对我的最终校核结果进行了分析，告诉我接下来需进行 CAD 及 Pro/E绘图。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-03-29 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 在 Pro/E0 绘图过程中遇到了一 些问题，经老师讲解把问题解决了。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： SY-025-BY-4 nts毕业设计（论文）指导记录 日期 2010-04-02 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 将图拿给朱老师检查，朱老师对图进行分析，并指出需改进的地方 。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-04-05 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 将修 改后的图拿给老师检查，在标注上朱老师说还需要进一步的修改。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-04-08 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 将最终的图拿给朱老师检查，我把我在绘图中的一些问题咨询了朱老师，朱老师给了详细的解答，告诉我完成中期检查表。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： SY-025-BY-4 nts毕业设计（论文）指导记录 日期 2010-04-19 地点 土木楼实验室 指导方 式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 将初步的中期检查表拿给朱老师，朱老师对其中的主要内容和待完成的主要内容进行了修改，告诉我回去修改，并告诉我中期检查时的一些注意事项。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-04-22 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 今天朱老师主要讲了一些接下来的任务，需要学习 ANSYS 软件，对所设计的连杆进行有限元分析。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-04-26 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 对 ANSYS 有限元分析软件中的一些使用方法不是很清楚，朱老师对具体操作步骤进行了详细的讲解，告诉我回去好好学习这个软件，理解各个步骤的具体的意义 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： SY-025-BY-4 nts毕业设计（论文）指导记录 日期 2010-05-10 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 对于分析出来的一些结果不是完全正确，朱老师告诉我要对结构参数进行反复的修改，再反复进行分析，直到结果完全符合要求。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-05-16 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 今天将分析出的最终结果拿给朱老师看，朱老师对结果进行了认真的查阅，在建模和 ANSYS 分析部分内容欠缺，经老师指导，进行了完善处理。并详细说明了图纸及说明书的内容及部分格式要求告诉我回去认真修改。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-05-21 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 将修改过的图纸和设计说明书拿给朱老师看，朱老师对 图纸指出来还存在一些问题，设计说明书中的格式、字体大小、书写规范等不正确，让我回去按照规范认真完成设计说明书。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： SY-025-BY-4 nts毕业设计（论文）指导记录 日期 2010-05-24 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导 记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 将修改后的设计说明书拿给老师审查，朱老师认真检查了其中存在的问题，我对 Word操作不是很熟悉，朱老师认真的教我学会了怎么打引用文献的上角标，如何调整行间距等。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-05-26 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 本次指导主要对说明书的排版，图纸的标注等问题进行检查，并对预答辩的注意事项进行讲解，为周末的预答辩做准备。 学生 （ 记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-05-28 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 集中对预答辩发现的问题进行讲解和指导，对 连杆 材料的选择提出了新的意见和要求，对设计图纸的内容进行了纠正。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： SY-025-BY-4 nts计（论文）指导记录 日期 2010-06-01 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 本次指导主要是建模和 ANSYS 分析部分内容欠缺，经老师指导，进行了完善处理。并详细说明了图纸及说明书的内容及部分格式要求。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-06-05 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 本次指导主要对说明书的排版，图纸的标注等问题进行检查，并对预答辩的注意事项进行讲解，为周末的预答辩做准备。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-06-09 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 集中对预答辩发现的问题进行讲解和指导，对半轴材料的选择提出了新的意见和要求，对设计图纸的内容进行了纠正。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： SY-025-BY-4 nts毕业设计（论文）指导记录 日期 2010-04-30 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导 记录 （ 指导内容 、存在问题及解决 思路 ） 对于分析过程中的零件粘合存在问题，朱老师给我详细的讲解了一下。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-05-04 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 对于分析过程中的常数定义存在问题，朱老师给我详细的讲解了一下。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-05-07 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 对于分析出来的一些结果不是完全正确，朱老师告诉我要对结构参数进行反复的修改，再反复进行分析，直到结果完全符合要求 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： nts毕业设计（论文）指导记录 日期 2010-04-10 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 将修 改后的图拿给老师检查，在标注上朱老师说还需要进一步的修改 。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-04-13 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 将修改后的图拿给老师检查，在螺纹处朱老师说还需要进一步的修改 。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： 日期 2010-04-16 地点 土木楼实验室 指导方式 面授 指导记录 （指导内容、存在问题及解决 思路 ） 将修改后的图拿给老师 检查，在螺纹处朱老师详细解答修改必要。 学生 （记录人） 签名： 指导教师 签名： SY-025-BY-4 nts nts 毕业设计（论文）题目审定表 指导教师姓名 朱荣福 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是 否 题目名称 4110 柴油 机连杆设计 及有限元分析 课题适用专业 车辆工程 课题类型 Z 课题简介：（主要内容、意义、现有条件、预期成果及表现形式。） 选题意义： 连杆在传递力的过程中，承受着很高的周期性冲击力、惯性力和弯曲力。这就要求连杆应具有高的强度、韧性和疲劳性能。同时、因其是发动机重要的运动部件，故要求很高的重量精度。随着汽车行业的发展，连杆的需求量在不断增加，也出现了许多不同的加工制造工 艺。连杆 的工作条件愈加苛刻，保证 连杆 的工作可靠性至关重要，其设计是否可靠，对 汽油机 的使用寿命有很大影响，因此在 设计 过程中需给予高度重视。 主要内容： 测绘发动机连杆参数 ； 根据设计手册逆向推导连杆设计；建立连杆 Pro/E 模型 ；利用ANSYS 软件进行强度校核。 现有条件： 计算机，书籍文献等资料 。 预期成果及表现形式： 论文内容符合要求 ， 论文 一份（ 2 万字以上）。 指导教师签字： 年 月 日 教 研 室 意 见 1 选题与专业培养目标的符合度 好 较好 一般 较差 2 对学生能力培养及全面训练的程度 好 较好 一般 较差 3 选题与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 好 较好 一般 较差 4 论文选题的理论意义或实际价值 好 较好 一般 较差 5 课题预计工作量 较大 适中 较小 6 课题预计难易程度 较难 一般 较易 教研室主任签字： 年 月 日 系（部）教 学指导委员会意见： 负责人签字： 年 月 日 注：课题类型填写 W.科研项目； X.生产（社会）实际； Y.实验室建设； Z.其它。 nts 毕业设计任务书 学生姓名 系部 汽车与交通工程学 院 专业、班级 车辆工程 07- 指导教师姓名 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 否 题目名称 4110 柴油 机连杆设计及有限元分析 一、设计（论文）目的、意义 连杆是发动机中传递动力的重要组件，它在工作中承受各种复杂的、周期性变化的拉、压及惯性力等外载荷，即使是同一类型的连杆，由于每根连杆的物理参数、几何形状也存在差异，在分析连杆的应力和应变时，要考虑这些不确定的因素，这样才能得到更符合实际的结果。目前，有限元法已成为工程技术领域 中不可缺少的一个强有力的计算分析工具，是研究发动机连杆的应力、应变的应用中最常用的方法。该方法较用传统的材料力学公式计算的结果更为精确。 二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法） 设计内容：在给定发动机参数的基础上设计连杆，在 PRO/E 软件平台上建立零件的等比例物理模型，利用有限元 ANSYS 软件，研究其应力、应变状态及其危险部位。 技术要求： 在有限元分析中，科学的力学模型、准确的边界条件约束决定着分析结果的准确度。考虑连杆应力计算中载荷施加的均匀性、对称性和准确性对杆身、大端和小端过渡区的应力计算结果有 很大的影响。 SY-025-BY-2 nts 三、设计（论文）完成后应提交的成果 （一）计算说明部分 1.连杆小头的结构和结构设计 2.连杆杆身的结构和结构设计 3.连杆大头的结构设计 4.连杆螺栓的结构设计 5.主要部件校核 设计说明书一份（ 1.5 万字以上） （二）图纸部分 CAD 总装配图 1 张 ,Pro/E,Ansys 图若干张 四、设计（论文） 进度安排 第 1周 选题、领取任务书，调研，搜集资料，撰写开题报告； 第 5 周 根据发动机参数设计连杆 ； 第 6 8 周 绘制连杆总装配图 ，中期答辩； 第 9 13 周 利用 Pro/E 建立模型， Ansys 分析， 并撰写设计说明书； 第 14 周 完善设计并提交指导教师审核； 第 15-16 周 更改并最终完成设计，准备答辩； 第 17 周 毕业答辩。 nts 五、主要参考资料 1 网络类 中国机械 CAD 论坛等 2 期刊类 中国期刊网等 3 书籍类 连杆设计、 PRO/E、 Ansys 图书 等 六、备注 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 nts 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 : 4110 柴油 机连杆设计及有限元分析 院 系 名 称 : 汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 车辆工程 07-10 班 学 生 姓 名 : 高 衡 导 师 姓 名 : 朱荣福 开 题 时 间 : 2011-3-1 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 nts 开题报告撰写要求 一、“开题报告”参考提纲 1. 课题研究目的和意义； 2. 文献综述（课题研究现状及分析）； 3. 基本内容、拟解决的主要问题； 4. 技术路线或研究方法； 5. 进度安排； 6. 主要参考文献。 二、“开题报告”撰写规范 请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求。 字数应在 4000 字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。 nts 毕业设计（论文）开题报告 学 生姓名 高 衡 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆工程 07-10 指导教师姓名 朱荣福 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是否 题目名称 4110 柴油机 机连杆设计及有限元分析 一、课题研究现状、选题目的和意义 1.课题研究现状 随着国家经济长期稳定发展，汽车工业也得到飞速提高，国内近几年汽车产量和销量如下表： 年度 总产量 总销量 乘用车 商用车 产量 销量 产量 销量 05 年 570 77 575.82 393.07 397.11 177.7 178.71 06 年 727.97 721.60 523.31 517.59 204.16 204.0 07 年 528.32 517.0 378.0 368.0 158.0 149.0 汽车产量和保有量的迅速增长导致了石油能源需求的矛盾加剧，使中国成为了石油进口大国，每年需进口石油总产量的百分之三十。 2004 年中国进口了 1.23 亿吨原油和4000 万吨成品油，共花了 420 亿美元，以后将会逐年增加。柴油车得平均油耗要低于汽油车百分之三十。一辆 3.2 升奔驰 E 级柴油车平均耗油为 7.5 升，仅相当于国内排量 1.4升汽油车的能源消耗。所以 在发达国家，重型车使用柴油机占百分之百，轿车比例日益上升。 2004 年，欧盟新注册的轿车中，柴油机占 48.4，其中法国 69，德国 44；连不太推崇柴油车的美国 2004 年注册的柴油轿车也占 6.1。而在中国由于各方原因，2004 年的乘用车销量中柴油汽车仅占 1.2，普较占 0.6。 轿车使用柴油机已成为发展潮流，我国商用车按吨位 3.5 以上为重型， 3.5 以下为轻型车。目前重车基本应用柴油发动机，而轻型车配柴油机只占 33。据统计， 2008年国内柴油市场达到 190 万台规模。其中 40 万台重型柴油机， 27 万台中、轻 型柴油机，比 06 年增加 8。 轿车柴油发动机占比例虽然小，但轿车总量大，且柴油机品种在逐步增加，如捷达SD1 发动机、宝来 1.9 升 TD1 发动机都是柴油机。近年玉柴研制出 YC4V、 YC6L-40 都可达到欧或欧标准。云内柴油机同长城哈佛、奇瑞瑞虎配套。大众柴油机向奔驰集团年供 12 万台。还有一大批新款欧标准汽车柴油机正在研制之中。 nts 2.选题背景、意义 内燃机自十九世纪后期出现以来，经过一百多年的不断研究和改进，已经发展到比较完善的程度，它以热效率高、功率和转速范围宽广、比重量较小的优点，在动力机械中占有极其重 要的地位，广泛应用于国民经济和军事装备的各个领域。 连杆是内燃机中的重要的传动零件之一，其作用是连接活塞与曲轴，将作用在活塞上的力传给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，对外输出做功。连杆小端工作时作往复运动，大端作旋转运动，杆身作复杂的平面运动，因此连杆的受力情况十分复杂。连杆是内燃机中承受负荷最严重的零件之一，工作时同时承受着活塞传来的气体压力、往复惯性力和它本身摆动时所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化。在长期使用中，连杆会因活塞的剧烈推力和曲轴的高速运转等因素，出现弯曲和扭曲现 象。连杆一旦出现弯曲和扭曲，除了会使活塞拉缸外，还会致使活塞、气缸、曲轴等机件出现不正常磨损，并很容易引起疲劳破坏而断裂，导致发动机故障，直接关系到使用人的安全，造成极严重的后果。 以往，连杆的的制造以铸造法和锻造法为主； 20 世纪 80 年代以来，由于采用粉末锻造法大批量生产的粉锻连杆具有力学性能优、尺寸精度高、质量较轻及质量偏差很小等特点，因而相继在发达国家快速发展，逐渐取代铸造和锻造连杆。而高密度烧结法制造连杆也快速发展，并具有良好的力学性能。 现今随着计算机技术的迅速发展，特别是各种分析软件的日益成熟，在 发动机研制开发过程中，对其零部件进行计算机数值模拟已成为辅助设计的重要手段。目前，有限元法已日趋成熟实用，所应用的领域也越来越广并发挥着越来越重要的作用。有限元方法是近似求解一般连续问题的数值方法，它最先应用于结构的应力分析，很快就广泛应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续问题。对于一个连续体的求解问题，有限元法的实质就是将具有无限多个自由度的连续体，理想化为只有有限个自由度的单元集合体，单元之间仅在节点处向连续，从而使问题简化为适合于数值求解的结构型问题，工程设计人员使用这些系统，就可以高效而正确合理地 确定最佳设计方案。此方法已成为工程技术领域不可缺少的的一个强有力的计算分析工具，其在发动机零部件的设计分析中的应用亦有了很大的进展。连杆在工作中所受的各种外载荷复杂且做周期性变化，而且，即使是同一类型的连杆，连杆与连杆之间的物性参数、几何形状也存在差异，因此，在分析连杆的应力和应变时，要考虑这些不确定的因素，才能得到更符合实际的结果。这就需要用到采用传统材料力学公式使得计算的结果更为精确的有限元方法对连杆进行三维应力应变分析，以研究其在不同情况下的应力、应变状态及危险部位。 3.研究目的 柴油机是目前产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能nts 的机型。柴油机行业的发展对我国工业车用柴油机的发展越来越受到重视，成为柴油机行业增长速度最快的行业，也是我国大力发展的一个行业。车用柴油发动机市场按其配套车型可分为货车柴油机发动机市场和客、轿车用柴油机市场两大类。当前柴油发动机企 业 重 点 角 逐 的 市 场 是 轻 型 载 货 车 柴 油 机 市 场 和 客 、 轿 车 柴 油 机 市 场 。 但是，由于受各种因素的影响，我国的柴油机研究还是落后于世界先进水平。经历多年的市场实践，国内柴油发动机生产企业已不再满 足于凭借引进产品获得市场上的暂时领先，而认识到核心技术是最关键的，只有通过引进、消化、吸收的途径，自己掌握了核心技术，企业才会有发展后劲并获得可持续发展的条件。随着我国汽车事业的进一步发展，作为汽车配套中最重要的一个环节，柴油机技术的发展瓶颈已日益凸显。因此，必须研发具有我国自主知识产权的柴油机，以提高我国汽车制造的国产率。 发动机连杆的研究是一个很复杂的、很有前景的研究领域，有很多需要完善和提高的地方。对发动机连杆精确的分析，可以为设计、生产、改进发动机提供可靠的相关数据和理论依据，缩短发动机的开发、改进 的周期和成本，提高其可靠性和经济性。 nts 二、 设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题 1.基本内容 1确定发动机技术参数 . 2对连杆进行结构分析和受力分析 . 3对连杆各部分 进行结构设计 和尺寸计算 . 4应用 Pro/E 软件建立三维立体模型 . 5应用 ANSYS 软件对连杆进行有限元分析 . 2.拟解决的主要问题 1为满足应力对连杆结构进行设计 . 2应用 ANSYS 对其进行边界条件限制、受力分析 . nts 三 、技术路线（研究方法） 四、 进度安排 第 1 2 周 选题，领取任务书，调研，搜集资料，撰写开题报告； 第 3 5 周 根据发动机参数设计连 杆结构、计算连杆尺寸 ； 第 6 8 周 绘制连杆总装配草图 ，中期答辩； 第 9 13 周 利用 PRO/E 建立三维立体模型 .结 合 ANSYS 对模型进行有限元 分析，并撰写设计说明书； 第 14 周 完善设计并提交指导教师审核； 第 15-16 周 更改并最终完成设计，准备答辩； 第 17 周 毕业答辩。 连杆结构设计 连杆尺寸计算 连杆 运动、 受力 、结构 分析 调研和查阅相关资料 利用 PRO/E 软件建 立三维立体模型 应用 ANSYS 软件对连杆进行有限元分析 确定发动机连杆的 各项技术参数 完成图纸，设计说明书 绘制连杆总装配图 nts 五、参考文献 1陆耀祖 .内燃机构造与原理 M.中国建材工业出版社， 2004 2袁兆成 .内燃机设计 M.国防工业出版社， 1995 3杨连生 .内燃机设计 M.北京：中国农业机械出版社， 1981 4柴油机设计手册编辑委员会 .柴油机设计手册 (上 )J.中国农业机械出版社， 1984 5吴兆汉 .内燃机设计 M.北京理工大学出版社， 1995 6张小虞 .汽车工程手册 M.北京：人民交通出版社， 2007 7石津俊 发动机连杆 弯曲疲劳强度的可靠性分析 J 武汉工学院学报 ， 2005 8尚晓江，邱峰等 .ANSYS 结构有限元高级分析方法与范例应用 M.中国水利水电出版社， 2006 9李皓月，周田朋等 .ANSYS 工程计算应用教程 M.中国铁道出版社， 2003 10谭继锦 汽车有限元法 M.人民交通出版社， 2005 11马迅，胡振华 .连杆强度和刚度的有限元分析 J.湖北汽车工业学院学报， 2004 12汪景峰 .基于有限元法的曲轴与连杆强度刚度研究 D.合肥工业大学硕士论文， 2004 13李景涌 .有限元法 M.北京邮电大学出版社， 2002 14苏铁熊，吕彩琴，张翼等 .接触问题对连杆有限元分析的影响 J.内燃机学报， 2002 15石津俊 发动机曲轴弯曲疲劳强度的可靠性分析 J 武汉工学院学报 ， 2005 7 16王东华 曲轴强度计算若干问题的探讨 J 天津大学学报 ， 2002 3 17施兴之连续梁计算计算曲轴应力的研究 J内燃机学报， 2001 2 18郝志勇多缸机曲轴连续梁计算法的改进 J内燃机学报， 2002 4 19BickleyI, D OlierV, Fessler H. Stress and Deformations inOverlapped Diesel Engine Crankshafts 一 Part2:Evaluation of Results J.IMechE， 1998 20Guagliano M, Terranova A, Vergani L. Theoretical andExperimental Study of the Stress Concentration Factor inDiesel Engine Crankshafts J.Trans ASME, J Mech Des， 1993 六、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 nts nts 本科学生毕业 设计 4110 柴油机连杆设计及有限元分析 系部名称 ： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 学生姓名： 指导教师： 职 称： 讲 师 附件：毕业论文 排版示例 项目 名华文中宋 四号字， 填 加文字楷体_GB2312小三号居下划线中 宋体三号字，字间加一个空格，居中加黑，日期不加黑 论文封面示例，同前 nts The Graduation Design for Bachelors Degree Design Of 4110 Diesel Engine Linkage and Finite Element Analysis Candidate: Gao heng Specialty: Vehicle Engineering Class: B07-10 Supervisor: Lecturer. Zhu Rongfu Heilongjiang Institute of Technology 外文封面示例Times New Roman 体，字号与中文对应 外文封面示例Times New Roman 体，字号与中文对应 nts I 摘 要 本文 以 4110柴 油机 的相关参数作为参考， 对四缸 柴 油机的连杆进行了结构设计 和尺寸 计算，并对 连杆进行了 运动学和动力学的理 论分析 ，最后运用 Pro/E 进行三维建模运用 ANSYS进行了有限元分析 。 首先，以运动学和动力学的理论知识为依据 ， 对连杆的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析 ， 并得到了精确的分析结果 ， 同时对连杆用材料进行了比较与分析 。其次分别对 连杆大头 、连杆 杆身 以及 连杆小头进行 结构设计 及尺寸计算，并进行了结构强度和刚度的校核。再次，应用 CAD 软件： Pro/E 软件 建立了连杆的 三维 几何模型，在此工作的基础上， 又对静力作用下对连杆的两种特殊工况；拉伸、压缩工况下进行了受力计算，再将连杆三维几何模型导入 ANSYS中对其进行 了定义特性、网格划分、施加约束和载荷，最后进行计算以达到对连杆进行强度校核的目的。 关键词 ： 柴油机 ；连杆； 强度校核； Pro/E； ANSYS 中文摘要示例 nts II ABSTRACT Taking 4110 as the reference parameters of the diesel engine, four-cylinder diesel e- ngine connecting rod on the design and size were calculated, and linkage to the theory of kinematics and dynamics analysis, and finally the use of Pro / E for the use of three-dim- ensional modeling ANSYS finite element analysis carried out. First, the theoretical knowledge of kinematics and dynamics based on the movement of connecting rod and the force in motion a detailed analysis of such issues and get accurate results, while the materials were used on the rod comparison and analysis. Followed by on the connecting rod, connecting rod shaft and the connecting rod small end and size of stru- ctural design calculations, and were checking the structural strength and stiffness. Again, application CAD software: Pro / E software to establish a link of three-dimensional geome- tric model, based on the work in this, but also on the static on the link under the two special conditions; tension, compression conditions were the force calculation, and then link into ANSYS three-dimensional geometric model is defined in its properties, meshing, impose constraints and loads, and finally calculated to achieve the purpose of checking the strength rod Key words: Diesel engine； Connecting rod； Strength check； Pro/E； ANSYS 外 文摘要示例 nts 目 录 摘要 . Abstract . 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 选题的目的和意义 . 1 1.2 国内外的研究现状 . 2 1.3设计研究的主要内容 . 4 第 2 章 连杆的结构设计与分析 . 5 2.1 连杆的运动和受力分析 . 5 2.2 连杆的结构分析 . 5 2.3 连杆的工作条件和设计要点 . 6 2.4 连杆的材料性能及特点 . 6 2.5 连杆基本参数的确定 . 7 2.6 连杆小头的结构设计 . 8 2.6.1 小头结构型式 . 8 2.6.2连杆衬套 . 8 2.6.3小头结构 尺寸 . 9 2.7连杆杆身的结构设计 . 9 2.7.1杆身结构型式 . 9 2.7.2杆身结构尺寸 . 9 2.8 连杆大头的结构设计 . 10 2.8.1 大头结构型式 . 10 2.8.2大头结构尺寸 . 10 2.9 连杆螺栓的设计 . 10 2.10 本章小结 . 11 第 3 章 连杆的强度、刚度计算 . 12 3.1连杆小头的强度校核 . 12 3.2连杆小头的刚度计算 . 14 nts 3.3连杆杆身的强度校核 . 14 3.4连杆大头的强度校核 . 17 3.5连杆螺栓的工作负荷与预紧力 . 18 3.6连杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算 . 19 3.7本章小结 . 19 第 4 章 连杆三维模型的建立及有限元分析 . 20 4.1 建立连杆大小头及杆身 . 20 4.1.1建立新文件 . 20 4.1.2建立连杆体主体 . 20 4.1.3建立连杆大头和小头 . 21 4.1.4建立小头油孔 . 21 4.1.5建立连杆凹槽 . 22 4.1.6 建立连杆大头部位凸台 . 22 4.1.7建立螺栓孔 . 23 4.2建立连杆端盖 . 23 4.3建立连杆螺栓 . 24 5.4建立轴瓦及衬套 . 24 4.5连杆工况选择与载荷计算 . 25 4.5.1 计算工况的选择 . 25 4.5.2 连杆载荷的计算 . 25 4.6连杆几何 模型的建立 . 27 4.7约束条件 . 29 4.8 连杆应力分析 . 29 4.8.1连杆拉伸工况下的应力分析 . 29 4.8.2连杆压缩工况下的应力分析 . 34 4.9连杆安全系数计算 . 39 4.10 本章小结 . 40 结 论 . 41 参考文献 . 42 致 谢 . 43 nts 附 录 . 43 nts 1 第 1 章 绪 论 1.1 选题的目的和意义 内燃机自十九世纪后期出现以来，经过一百多年的不断研究和改进，已经发展到比较完善的程度，它以热效率高、功率和转速范围宽广、比重量较小的优点，在动力机械中占有极其重要的地位，广泛应用于国民经济和军事装备的各个领域 1。 连杆是内燃机中的重要的传动零件之一，其作用是连接活塞与曲轴，将作用在活塞上的力传给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，对外输出做功。连杆小端工作时作往复运动，大端作旋转运动，杆身作复杂的平面运动，因此连杆的受力情况 十分复杂。连杆是内燃机中承受负荷最严重的零件之一，工作时同时承受着活塞传来的气体压力、往复惯性力和它本身摆动时所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化。在长期使用中，连杆会因活塞的剧烈推力和曲轴的高速运转等因素，出现弯曲和扭曲现象。连杆一旦出现弯曲和扭曲，除了会使活塞拉缸外，还会致使活塞、气缸、曲轴等机件出现不正常磨损，并很容易引起疲劳破坏而断裂，导致发动机故障，直接关系到使用人的安全，造成极严重的后果。 以往，连杆的的制造以铸造法和锻造法为主； 20 世纪 80 年代以来，由于采用粉末锻造法大批量生产的 粉锻连杆具有力学性能优、尺寸精度高、质量较轻及质量偏差很小等特点，因而相继在发达国家快速发展，逐渐取代铸造和锻造连杆。而高密度烧结法制造连杆也快速发展，并具有良好的力学性能。 现今随着计算机技术的迅速发展，特别是各种分析软件的日益成熟，在发动机研制开发过程中，对其零部件进行计算机数值模拟已成为辅助设计的重要手段。目前，有限元法已日趋成熟实用，所应用的领域也越来越广并发挥着越来越重要的作用。有限元方法是近似求解一般连续问题的数值方法，它最先应用于结构的应力分析，很快就广泛应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连 续问题。对于一个连续体的求解问题，有限元法的实质就是将具有无限多个自由度的连续体，理想化为只有有限个自由度的单元集合体，单元之间仅在节点处向连续，从而使问题简化为适合于数值求解的结构型问题，工程设计人员使用这些系统，就可以高效而正确合理地确定最佳设计方案。此方法已成为工程技术领域不可缺少的的一个强有力的计算分析工具，其在发动机零部件的设计分析中的应用亦有了很大的进展。连杆在工作中所受的各种外载荷复杂且做周期性变化，而且，即使是同一类型的连杆，连杆与连杆之间的物性参数、几nts 2 何形状也存在差异，因此，在分析连杆的应 力和应变时，要考虑这些不确定的因素，才能得到更符合实际的结果。这就需要用到采用传统材料力学公式使得计算的结果更为精确的有限元方法对连杆进行三维应力应变分析，以研究其在不同情况下的应力、应变状态及危险部位 2。 柴油机是目前产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型。柴油机行业的发展对我国工业车用柴油机的发展越来越受到重视，成为柴油机行业增长速度最快的行业，也是我国大力发展的一个行业。车用柴油发动机市场按其配套车型可分为货车柴油机发动机市场和客、轿车用柴油机市场两大类。当前柴油发动机 企业重点角逐的市场是轻型载货车柴油机市场和客、轿车柴油机市场。但是，由于受各种因素的影响，我国的柴油机研究还是落后于世界先进水平。经历多年的市场实践，国内柴油发动机生产企业已不再满足于凭借引进产品获得市场上的暂时领先，而认识到核心技术是最关键的，只有通过引进、消化、吸收的途径，自己掌握了核心技术，企业才会有发展后劲并获得可持续发展的条件。随着我国汽车事业的进一步发展，作为汽车配套中最重要的一个环节，柴油机技术的发展瓶颈已日益凸显。因此，必须研发具有我国自主知识产权的柴油机，以提高我国汽车制造的国产率。 发动 机连杆的研究是一个很复杂的、很有前景的研究领域，有很多需要完善和提高的地方。对发动机连杆精确的分析，可以为设计、生产、改进发动机提供可靠的相关数据和理论依据，缩短发动机的开发、改进的周期和成本，提高其可靠性和经济性。 1.2 国内外的研究现状 随着国家经济长期稳定发展，汽车工业也得到飞速提高，国内近几年汽车产量和销量如下表： 表 1.1 汽车产销量表 年度 总产量 总销量 乘用车 商用车 产量 销量 产量 销量 07年 570 77 575.82 393.07 397.11 177.7 178.71 08年 727.97 721.60 523.31 517.59 204.16 204.0 09年 528.32 517.0 378.0 368.0 158.0 149.0 汽车产量和保有量的迅速增长导致了石油能源需求的矛盾加剧，使中国成为了石油进口大国，每年需进口石油总产量的百分之三十。 2004 年中国进口了 1.23 亿吨原油和 4000万吨成品油，共花了 420亿美元，以后将会逐年增加。柴油车得平均油耗要nts 3 低于汽油车百分之三十。一辆 3.2 升奔驰 E 级柴油车平均耗油为 7.5 升，仅相当于国内排量 1.4 升汽油车 的能源消耗。所以在发达国家，重型车使用柴油机占百分之百，轿车比例日益上升。 2004 年，欧盟新注册的轿车中，柴油机占 48.4，其中法国 69，德国 44；连不太推崇柴油车的美国 2004 年注册的柴油轿车也占 6.1。而在中国由于各方原因， 2004 年的乘用车销量中柴油汽车仅占 1.2，普较占 0.6。 轿车使用柴油机已成为发展潮流，我国商用车按吨位 3.5 以上为重型， 3.5 以下为轻型车。目前重车基本应用柴油发动机，而轻型车配柴油机只占 33。据统计， 2008年国内柴油市场达到 190 万台规模。其中 40 万台重型柴油机 ， 27 万台中、轻型柴油机，比 06年增加 8 3。 轿车柴油发动机占比例虽然小，但轿车总量大，且柴油机品种在逐步增加，如捷达 SD1 发动机、宝来 1.9 升 TD1 发动机都是柴油机。近年玉柴研制出 YC4V、 YC6L-40都可达到欧或欧标准。云内柴油机同长城哈佛、奇瑞瑞虎配套。大众柴油机向奔驰集团年供 12万台。还有一大批新款欧标准汽车柴油机正在研制之中。 随着汽车工业制造技术的发展，对于发动机的动力性能及可靠性要求越来越高，而连杆的强度、刚度对提高发动机的动力性及可靠性至关重要，因此国内外各大发动机研制公司对发 动机连杆用材料及制造技术的研究都非常重视。 目前，碳素钢和合金钢连杆、非调质钢连杆、粉末冶金连杆、钛合金连杆等都有很广泛的应用，但在力学性能、生产成本等各个方面又各有优劣。非调质钢由于其材料的成本不高，作为一种廉价的节能钢种，非调质钢正在逐步地取代调质钢，国外几乎完全采用非调质钢生产连杆。随着发动机轻量化的要求，连杆的设计应力提高，中碳锰钒系列非调质钢的强度无法满足要求，目前德国在该钢种的基础上开发了强度级别更高的钢种，正在推广应用。粉末烧结锻造连杆的特点是经济效益显著，一般认为粉末烧结锻造连杆与锻钢连杆相 比，材料可节约 40%，生产成本可降低 10%，能源消耗可节；但前些年由于金属粉末的种类极少，又受到成本的限制，发展不快。钛合金连杆可大幅度地降低连杆的质量，但金属钛的抗拉强度比较低 4。 高强度、轻量化、低成本是发动机连杆的发展趋势，我国的发动机锻钢连杆制造技术与国外差距不大，但在连杆轻量化方面还相当落后。我国的钛合金连杆、纤维强化铝合金连杆、粉末冶金锻造连杆的研究才刚刚起步。 虽然连杆加工本身所包括的工艺内容并不复杂，但由于材质、外形尺寸以及要求的加工精度，经常给加工带来不少困难。锻造毛坯的精度及刚性差、 孔加工的精度低、连续带状切屑的断屑、平面加工的毛刺、因夹压和内应力的重新分布而产生的几何变形等，是加工工艺长期以来需要研究和解决的主要技术问题。所以，连杆的工艺设计nts 4 只有通过现场的不断改善，才能最终达到设计的目标。 采用三维模型进行产品开发，其过程如同实际产品的构造或加工“制造”装配过程一样反映产品复杂的几何形状及相互之间的位置或装配关系，使产品开发过程更加符合开发工程师习惯和思维方式。这样，工程师可以更加专注于产品设计本身，而不是产品的图形表示。利用三维装配模型实现动态模拟后，可以进行干涉检验，还可以观察模 型中某点的运动轨迹，绘出位置速度、加速度曲线，并分析其运动特征，为相关计算提供依据，保证了产品开发的可靠性，同时有利于缩短产品的开发周期 4。 1.3 设计 研究 的主要 内容 对 柴油 机运行过程中 连杆机构受力分析 进行 深入研究，其主要的研究内容有 ： 1. 对连杆 进行运动学和动力学分析， 分析连杆中各种力的作用情况，并根据这些力对连杆 的主要零 部 件进行强度、刚度等方面的计算和 校核 ，以便 达到设计要求。 2.根据已知的 4110 柴油机的性能特点，严格按照柴油机设计手册的要求，进行了该柴油机连杆的设计，选定了连杆的结构 型式、 大小头及杆身的结构和尺寸，以及润滑方式、定位方式等，再进行强度和刚度的计算，完成 连杆的设计过程。 3.利用 CAD、 Pro/E 软件对连杆进行了三维几何建模，在利用 ANSYS 软件进行连杆的前处理过程中，包括实体建模、定义材料属性、定义单元类型、网格划分；求解过程，包括施加约束、施加载荷、进行求解计算；后处理过程，包括结果的观察、分析和检验。经过这三个环节，就完成了基于 ANSYS 的连杆强度分析。 nts 5 第 2 章 连杆的结构设计与 分析 2.1 连杆的运动 和受力 分析 连杆是柴油机传递动力的主要 运动件 ,在机体中作复杂的平面运动 ,连杆小头随活塞作上下运动 ,连杆大头随曲轴作高速回转运动。连杆杆身在大、小头 孔运动的合成下作复杂的摆动。其作用是将活塞顶的气体压力传给曲轴， 又受曲轴驱动而带动活塞压缩气缸中的气体 3。 连杆组在工作时工作条件恶劣承受着三方面的作用力； 1.气缸内的燃气压力； 2.活塞连杆组的往复运动惯性力； 3.连杆高速摆动时所产生的横向惯性力。 这三种力的大小和方向随着曲轴转角的变化而不断地变化。综合起来的结果使连杆处于一种交变的复杂受力状态。 由于连杆为一细长杆件，当受压缩和横向惯性力 作用时，若连杆杆身刚度不足，则会产生弯曲变形。若在垂直于摆动平面内发生弯曲，则危害更大，造成轴承不均匀磨损，甚至烧瓦 。 2.2 连杆的结构分析 连杆组一般由连杆体、大头盖、连杆螺栓、轴瓦和连杆小头衬套等组成。连杆体包括连杆小头、杆 身和连杆大头的上部。连杆大头的上部与连杆大头盖一起组成连杆大头， 连杆结构如图 2-1所示。 图 2-1 连杆结构图 nts 6 1-连杆衬套 2-连杆小头 3-连杆杆身 4-连杆螺钉 5-连杆大头 6-连杆轴瓦 7-连杆端盖 8-连杆轴瓦凸键 9-连杆轴瓦定位槽 连杆把活塞和曲轴连接起来，连杆小头与活塞销相连接，并与活塞一起作往复运动；连杆大头与曲柄销相连接，和曲轴一起作旋转运动；连杆的其余部分则作复杂的平面运动。作用于活塞上的力经连杆传给曲轴 5。 连杆必须具有足够的结构刚度和疲劳强度。在力的作用下，杆身应该不致被显著压弯，连杆大小头也应该不致显著失圆。杆身弯曲会使活塞相对于气缸、轴承相对于轴颈发生歪斜；也的失圆会使轴承失去正常配合。如果强度不足，在发动机动转过程中一旦发生连杆杆身、大头盖和连杆螺栓断裂，就会使 机器受到严重的破坏。 2.3 连杆的工作条件和设计要点 连杆在高速运动中承受由活塞组传递的气缸压力和往复惯性力的反复压缩和拉伸，由此可能产生疲劳破坏，是内燃机主要受力运动件之一。连杆大小头轴承的润滑条件苛刻，工作中反复受到挤压和冲击 6。 “小体积、大功率、低油耗”是高性能柴油机对连杆提出的基本要求，其设计要点如下： 1.在确保足够强度和刚度的条件下尽可能减轻外形尺寸和质量； 2.注意过渡圆角及细节的设计，特别是连杆小头与杆身的过渡圆角及连杆大头盖的螺栓支承面的过渡圆角设计，防止应力集中； 3.必须根据 总体设计的要求合理确定结构参数和连杆体与连杆盖的剖分形式。 2.4 连杆的材料性能及特点 柴油机连杆在整个工作过程中受拉伸、压缩以及惯性力和连杆力矩所生成的交变的载荷，尤其是大功率柴油机的工作条件更差，因此必须保证连杆具有足够的疲劳强度及结构刚度。这就要求在连杆材料的选择上针对具体的柴油机而采用高强度材料并辅以综合措施。 目前用于连杆的材料多为中碳钢，而对大功率柴油机连杆则多采用高强度合金钢。柴油机连杆选用中碳合金优质钢，选用中碳合金钢是因为它经过调质热处理之后能够发挥良好的机械性能加进少许合金元素是为了再 提高其机械性能在钢中加入锰元素使钢具有较高的拉伸强度极限、较高的硬度及较好的韧性；加入少量铬不但能大幅度提高拉伸强度极限和硬度，还能增加钢在热处理时的稳定性；钼加入钢中能使钢具有较大的强度极限、屈服极限和很好的塑性。这种钢经过热处理后具有纤维断面 ,这对受冲击、受交变载荷的连杆特别有用。 nts 7 为了保证连杆在结构轻巧的条件下有足够的刚度和强度， 本设计 采用精选 优质中碳结构钢模锻 ，表面喷丸强化处理，提高强度 4。 2.5 连杆基本参数的确定 根据设计要求确定 4110柴油机的主要性能参数如表 2.1所示。 表 2.1 4110 柴油 机主要性能参数 气缸排列方式 直列四缸 供油方式 多点喷射 排量 /L 4.751 缸径 /mm 110 行 程 /mm 125 曲柄半径 62.5 连杆长 /mm 195 缸心距 /mm 135 压缩比 16 额定功率 /kW 70(2400 r/min) 平均有效压力 0.74MP 增压度 30 曲轴角速度 251.2rad/s 最大爆发压力 10Mpa 活塞组质量 2.529kg 连杆的长短直接影响到柴油机的高度及 侧压力的大小 ,较长的连杆能使惯性力增加 ,而同时在侧压力方面的改善却不明显。因此在柴油机设计时 ,当运动件不与有关零部件相碰时 ,都力求缩短连杆的长度。 连杆长度 L（即连杆大小头孔中心距）与结构参数lR（ R为曲柄半径）有关。连杆长度越短，即 越大，则可降低发动机高度，减轻运动件重量和整机重量，对高nts 8 速化有利，但 大，使二级往复惯性力及气缸侧压力增大，并增加曲轴平衡块与活塞、气缸相碰的可能 性。 在现代高速内燃机中，连杆长度的下限大约是 l=3.2，即 =1/3.2，上限大约是l=4R。连杆长度的确定必须与所设计的内燃机整体相适应，连杆设计完成后应进行零件之间的防碰撞校核，应校核当连杆在最大摆角位置上时是否与气缸套的下缘相碰，以及当活塞在下止点附近位置上时活塞下缘是否与平衡重相碰，它们之间的最小距离都不应小于 2 5毫米 3。 在机体的设计中，已经根据要求设计出连杆长度为 195mm。 2.6 连杆小头的结构设计 2.6.1 小头结构型式 现代内燃机绝大 多数采用浮式活塞销，也就是说，在运转过程中活塞的销座中和在连杆的小头中都是能够自由转动的。 本连杆的小头的设计采用薄壁圆环形结构，为了耐磨，在小头孔内还压有耐磨衬套。优点是构形简单、制造方便，材料能充分应用，受力时应力分布较均匀。连杆小头的构造如图 2-2所示。 图 2-2 连杆小头结构型式 2.6.2 连杆衬套 衬套与连杆小头孔为过盈配合，青铜衬套与活塞销的配合间隙 大致在（ 0.00040.0015） d 的范围内，在采用粉末冶金衬套时，由于衬套压入后，内径会缩小 ，因此配合间隙应适当放大，一般 大致在（ 0.0015 0.0020） d。在四冲程柴油机中，为减少小头轴承的冲击负荷，间隙应尽量取小些，以不发生咬合为原则。 在小头上方开有集油孔或集油槽，靠曲轴箱中飞溅的油雾进行润滑。润滑油的均匀分布可通过衬套上开布油槽来达到。 nts 9 设计衬套宽度与连杆小头等宽， 衬套的厚度一般为 mm32 ， 本设计取mm5.2 。 2.6.3 小头结构尺寸 小头结构尺寸主要是小头衬套内径 d1和宽度 B2、小头外径 D1、小头孔直径 d和润滑方式。柴油机 B1 d1。根据柴油机设计手册图表 -国产典型中小功率高速柴油机连杆结构参数表得到以下数据： Dd )38.035.0(1 mmDd 5.3835.01 取 11 dB mmB 5.381 取 2.5mm 43.5mmd d)35.12.1(D 1 mm55.56d3.1D 1 取 2.7 连杆杆身的结构设计 2.7.1 杆身结构型式 连杆杆身的截形十分重要 ,它应能在保证强度的前提下有尽量较轻的重量 ,此外 ,还要有利于该截面形状向大端、小端的过渡 ,因此柴油机连杆杆身常采用工字形截面。连杆杆身采用工字形截面，其长轴位于连杆摆动平面，这种截面对材料利用得最为合理，这是由于连杆在摆动平面内上下两端的连接相当于铰支，而在垂直连杆摆动平面的方向，其上下两头的连接则相当于两端固定的压杆，故后者稳定性好，允许的 失稳临界力大。若想使连杆在相同载荷作用下，这两个平面内的稳定性相同，则必须 Ix4Iy,据统计 Ix=（ 2 3） Iy，这使连杆在垂直摆动平面内有较大的抗弯能力。 连杆杆身截面的高 H 一般大约是截面宽度的 1.4 1.8 倍，而 B 大约等于（ 0.30.4） D(D 为气缸直径 )。为了使杆身能与小头和大头圆滑过渡，杆身截面是由上向下逐渐增大的。杆身的最小截面积与活塞面积之比，对于钢制连杆来说大约是在 1125 30:的范围内 6。 2.7.2 杆身结构尺寸 根据 柴油机设计手册图表 -国 产典型中小功率高速柴油机连杆结构参数表得到以下数据： 杆身截面宽度 B 约 等于 D)3.026.0( (D 为气缸直径 )，取 mmDB 333.0 ， 截面高度 BH )8.15.1( ， 取 mmBH 625.206.1 。 为使连杆从小头到大头传力比较均匀，在杆身到小头和大头的过渡处用足够大的nts 10 圆角半径。 2.8 连杆大头的结构设计 2.8.1 大头结构型式 连杆大头的结构与尺寸基本上决定于曲柄 销直径 D2、长度 B2、连杆轴瓦厚度 2和连杆螺栓直径 dm。其中 D2、 B2是根据曲轴强度、刚度和轴承的承压能力，在曲轴设计中确定。为了结构紧凑，轴瓦厚度 2趋于减薄，因此，本处所谓设计大头设计，实际上是指确定连杆大头在摆动平面内某些主要尺寸，连杆大头剖分形式，定位方式，及大头盖得结构设计。连杆大头与连杆盖得分开面大多垂直连杆轴线，称为平切口连杆。由于平切口连杆的大头具有较大的刚度，轴承孔受力变形小及制造费用低，一般都采用这种结构。 2.8.2 大头结构尺寸 根据柴油机设计手册得到以下数据： )7.063.0(2 DD mmDD 8.7468.02 取 )7.06.0(22 DB mm62.4865.0 22 DB取 mmb 62.482 则大头宽度 mm35.12 mm32 取 mmd 8.792 则大头孔直径 D）（ 12.010.0d m mm111.0d m D取 连杆大头与连杆盖的分开面采用平切口，大头凸台高度 221 )5.035.0( dHH ，取 mmdH 91.3545.0 21 ，取 mmdH 91.3545.0 22 ， 为了提高连杆大头结构刚度和紧凑性，连杆螺栓孔间距离 2)31.124.1( dC ，取 mmdC 74.10330.1 2 ，一般螺栓孔外侧壁厚不小于 2 毫米，取 5 毫米，螺栓头支承面到杆身或大头盖的过渡采用尽可能大的圆角。 2.9 连杆螺栓的设计 根据气缸直径 D 初选连杆螺纹直径 Md ，根据统计 Dd M )12.01.0( ，取mmDd M 111.0 。 nts 11 2.10 本章小结 本章在设计连杆的过程中， 是很重要一环，先对连杆进行了运动分析、 受力分析，而后对连杆设计 结构特点进行了简要地分析，并说明了连杆的工作条件和设计要点，还 对连杆的材料性能及特点进行了比较与分析。 之后 分别确定了连杆小头、连杆杆身、连杆大头 、以及螺栓 的主要结构参数 ，还对 各 个 部件的结构型式进行了分析。 nts 12 第 3 章 连杆的 强度、刚度计算 3.1 连杆小头的强度校核 以过盈压入连杆小头的衬套，使小头断面承受拉伸压力。若衬套材料的膨胀系数比连杆材料的大，则随工作时温度升高，过盈增大，小头断面中的应力也增大。此外，连杆小头在工作中还承受活塞组惯性力的拉伸和扣除惯性力后气压力的压缩，可见工作载荷具有交变性。上述载荷的联合作用可 能使连杆小头及其杆身过渡处产生疲劳破坏，故必须进行疲劳强度计算 ，如图 3.1所示。 图 3.1 连杆小头主要结果尺寸 1.衬套过盈配合的预紧力及温度升高引起的应力 计算时把连杆小头和衬套当作两个过盈配合的圆筒，则在两零件的配合表面，由于压入过盈及受热膨胀，小头所受的径向压力为 ： M P addEdDdDEdd tdd11)(p212212221221 （ 3.1） 式中 ： 衬套压入时的过盈， mm ； 一般青铜衬套 0 0 1 5.00 0 0 2.0d 1 ，取 mm0 3 0 8.05.380 . 0 0 0 8 ， 其中 ：t 工作后小头温升 ,约 C 150100 ； 连杆材料的线膨胀系数，对于钢 )/1(100.1 5 C ； nts 13 衬套材料的线膨胀系数，对于青铜 )/1(108.1 5 C ； 、 连杆材料与衬套材料的伯桑系数，可取 3.0 ； E 连杆材料的弹性模数，钢 M Pa102.4.E 5 ； E 衬套材料的弹性模数，青铜 MPa5 102.2E ； 计算 小头承受的径向压力为： 3.05.385.435.385.43102.213.05.4355.565.4355.56102.415.43100.18.11205.430308.0p22225222255）（36.26 N 由径向均布力 p 引起小头外侧及内侧纤维上的应力，可按厚壁筒公式计算 ， 外表面应力 ： 1.1055.4355.56 5.43226.36D 2dp 22 22212 da2/mmN （ 3.2） 内表面应力 ： 36.1 4 15.4355.565.4355.5626.36DdDp2222221221 di2/mmN （ 3.3） i 和a的允许值一般为 150100 2/mmN ，校核合格。 2.连杆小头的疲劳安全系数 连杆小头 的应力变化为非对称循环，最小安全系数在杆身到连杆小头的过渡处的外表面上为 ： ma 1-n（ 3.4） 式中 ： 1- 材料在对称循环下的拉压疲劳极限 ； 21- 105.20.2 2N/mm ，取 21- 105.2 2/mmN ； 材料对应力循环不对称的敏感系数，取 2.0； a 应力幅， 23.1232 1.10536.141 a2/mmN ； nts 14 m 平均应力， 13.182 1.10536.141 m2/mmN ； 工艺系数， 6.04.0，取 0.6。 则 2.113.182.06.0 23.123105.2n 2 连杆小头的疲劳强度的安全系数 在制造工况稳定情况下，疲劳强度安全系数可达到 1.5左右， 一般约在 5.01.5 范围之内 ，基本符合要求。 3.2 连杆小头的刚度计算 当采用浮动式活塞销时，必须计算连杆小头在水平方向由于往复 惯性力而引起的直径变形，其经验公式为 : 6
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