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内燃机 曲柄 连杆机构 设计 连杆 有限元分析 毕业设计

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湖南农业大学东方科技学院本科生毕业论文（设计）开题报告学生姓名刘如峰学 号200841914704年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化7班指导教师及职称任述光 副教授专业名称机械设计制造及其自动化2011年12月25日毕业论文（设计）题目内燃机曲柄连杆机构设计及连杆有限元分析文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等）连杆机构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.鉴于此，本文应用有限元技术对4V-105 柴油机连杆进行静力分析，研究其应力、应变状态及其危险部位.有限元方法是近似求解一般连续域问题的数值方法.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，有限单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相连接，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.目前国内外对内燃机工作机构的动力学分析方法很多，而且已经比较完善和成熟。其中机构运动学分析是研究两个或两个以上物体间的相对运动及位移、速度和加速度随时间变化的关系;动力学则是研究产生运动的力。内燃机曲柄连杆机构的动力学分析主要包括对气体力、惯性力、轴承力和曲轴扭矩等的分析。传统的内燃机工作机构运动学、动力学分析方法主要有图解法和解析法。(l)解析法解析法是对构件逐个列出方程，通过各个构件之间的联立线性方程租来求解运动副约束反力和平衡力矩，解析法又包括单位向量法、直角坐标法等。(2)图解法图解法形象比较直观，机构个组成部分的位移、速度、加速度以及所受力的大小及改变趋势均能通过图解一目了然。图解法作为解析法的辅助手段，可用于对计算机结果的判断和选择。传统的解析法取点数值较少，绘制曲线精度不高。不经任何计算，对曲柄连杆机构直接图解其速度和加速度的方法最早由克莱茵提出，但方法十分复杂。(3)复数向量法复数向量法是以各个杆件作为向量，把在复平面上的连接过程用复数形式加以表达，对于包括结构参数和时间参数的解析式就时间求导后，可以得到机构的运动性能。该方法是机构运动分析的较好方法。通过对机构运动学和动力学分析，我们可以清楚了解内燃机工作机构的运动性能、运动规律等，从而可以更好地对机构进行性能分析和产品设计。但是过去由于手段的原因，大部分复杂的机构运动尽管能够给出解析式，却难以计算出供工程使用的计算结果，不得不用粗糙的图解法求得数据。随着计算机的发展，可以利用复杂的计算表达式来精确求解各种运动过程和动态过程，从而形成机械性能分析和产品设计的现代理论和方法。 主要参考文献1曾林，邓海英. 4V-105柴油机连杆有限元分析与优化设计J.柳州职业技术学院学报,2010,10(1):50-54.2刘志强等. 12V190燃气机连杆的有限元分析 J. 内燃机与动力装置，2009.109(1):21-23.3 张铎泽等. 195燃气机连杆的有限元分析J. 内燃机与动力装置，2007.99(3):9-11.4奉友勤. 柴油机连杆的有限元分析J.设计与研究，2008.35(9):26-32.5吴泓等.大功率柴油机连杆三维精细分析J.内燃机工程，2003.24(6):31-36.6徐建全. 发动机连杆三维实体建模和有限元分析J.福建工程学院学报，2008.6(1):72-83.7代伟峰等. 基于ANSYS的连杆的三维有限元分析J.小型内燃机与摩托车，2008.37(1):48-49.8施兴之等. 连杆有限元分析的边界条件的研究N.武汉水运工程学院学报，1994-6(1)9钱丽丽等. 连杆大头曲柄销接触的三维有限元素法计算J.内燃机工程，2000.1(1):54-5810王晓云. 曲柄连杆机构运动学分析与设计系统研究D.西安：西安建筑科技大学,2006:1-51.11王云霞.单杠内燃机曲柄连杆机构动力学的计算机模拟研究D.南京：南京农业大学,2001:1-45.12江敏.B3E汽油机的连杆有限元分析D.大连：大连理工大学，2003：1-51.13傅园松等.490发动机连杆组件非线性接触有限元分析J.山东内燃机，2005.90(6)：18-24.14谈卓君.内燃机连杆有限元分析进展J.中国机械工程师，2004.15(4)：365-369.15刘显玉.汽车发动机连杆的有限元分析J.机电设备，2005.24(3):9-11.16房子军.LJ377MV汽油机曲柄连杆机构的设计与有限元分析D.2005:1-73.17王晓.发动机曲柄连杆机构多体系统动力学仿真研究D.大连：中北大学，2008:1-65.18王海涛.S195单杠柴油机的曲柄连杆机构的机构优化设计J.中国农机化，2008（4）：78-80.注：此表如不够填写，可另加页。研究方案（研究目的、方法、预期成果、条件保障等）研究目的：通过ANSYS对4V-105柴油机连杆进行参数化建模、有限元分析，得出连杆的优化数据。目的是为了更好的研究内燃机曲柄连杆机构在工作过程中的运动规律、机构运动过程中的惯性力作用对内燃机机体产生的干扰力以及惯性力的平衡问题。研究内容:对4V-105柴油机连杆工作过程进行运动、动力分析，建立其动力学分析模型；绘出连杆的三维实体模型图（PRO/E）；导入ANSYS软件并完成对模型的修改，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，选用合适单元完成对模型的有限元网格划分；完成有限元分析计算，输出计算得到的应力、应变、位移云图。研究方法： 文献检索法、实验分析方法、比较研究法、图解法、解析法。利用学校的电子创新实验室，与机器人小组的老师同学请教，以及在电脑上用PRO/E建模；查相关的文献资料以及设计手册来保障毕业设计的顺利完成。预期成果： 1绘出4V-105柴油机连杆的三维实体模型图（PRO/E），并打印出其cad图 2通过ANSYS分析软件，完成有限元分析计算，输出计算得到的应力、应变、位移云图，总结了连杆在拉、压载荷作用下应力分布的一般规律，确定最佳设计方案。 3完成一篇不少于2万字的论文。条件保障： 1可以通过中国知网、国家法规数据库等网站查阅相关资料，并通过图书馆查阅相关纸质文献。 2材料力学，理论力学，机械原理等知识的熟练掌握。 3熟练掌握ANSYS软件的操作。4 指导老师的专业指导。进程计划（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等） 2011.12-2012.3.1 了解熟悉ANSYS软件的使用 2012.3.2-2012.3.20 完成连杆三维实体图及CAD零件图 2012.3.21-2012.4.1 完成连杆有限元前处理（有限元模型，网格剖分） -2012.4.1 中期考核 2012.4.2-2012.5.1 完成全部分析计算 2012.5.2-2012.5.25 撰写论