《武汉理工大学 周兆华 本科毕业论文正文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《武汉理工大学 周兆华 本科毕业论文正文（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、武汉理工大学毕业设计（论文）_武汉理工大学毕业设计（论文）基于ansys的东风康明斯ISDe245发动机曲轴设计及计算分析 学院（系）： 汽车工程学院 专业班级： 热动0903班 学生姓名： 周兆华 指导老师： 段海涛 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复
2、印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日武汉理工大学本科生毕业设计（论文）任务书学生姓名：周兆华 专业班级：热动0903班指导教师：段海涛 工作单位：汽车工程学院车用动系设计（论文）题目：基于ansys的东风康明斯ISDe245发动机曲轴设计及计算分析设计（论文）主要内容：1、东风康明斯ISDe245发动机曲柄连杆机构运动
3、学、动力学分析及计算；2、东风康明斯ISDe245发动机曲轴的工作条件与设计要求；3、东风康明斯ISDe245发动机曲轴的结构类型与材料；4、东风康明斯ISDe245发动机曲轴结构设计（轴颈、曲柄臂、平衡重、油道）；5、东风康明斯ISDe245发动机曲轴疲劳强度分析与校核；6、利用ansys进行东风康明斯ISDe245发动机曲轴的计算分析（包括划分有限元网格、确定载荷工况、设定边界条件、变形分析、应力分析、模态分析等）。要求完成的主要任务：1、毕业设计说明书字数不少于10000字；2、制图量不少于2张0号图纸（图纸要求包含装配图和零件图），其中手绘图纸量折合不得少于1张1号图纸，手绘图纸不得与
4、机绘图纸重复；3、毕业设计文献检索不少于10篇，其中2篇英文（须英汉对照），文献检索摘要每篇至少200字；4、开题报告不少于1400字；5、翻译与课题相关的外文资料约20000个印刷字符，译成中文不少于5000字；6、毕业设计周记每周记载不少于800字。必读参考资料：1、袁兆成内燃机设计北京：机械工业出版社，20122、雷 艳现代内燃机设计技术北京：北京工业大学出版社，20113、杨连生内燃机设计北京：中国农业机械出版社，1981指导教师签名： 系主任签名： 院长签名（章）：武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1. 目的及意义（含国内外的研究现状分析） 曲轴是内燃机中最主要的运动部件之一
5、，其功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。曲轴在周期性变化的气体力、惯性力及其力矩的共同作用下工作，其承受弯曲和扭转交变载荷。因此，曲轴应该有足够的抗弯曲和扭转的疲劳强度和刚度。随着柴油机向高速化、紧凑化方向发展,柴油机主要零部件的载荷和工作条件也更加苛刻。从大量使用着的柴油机主要零部件的疲劳破损情况看,出现最多的有两种形式,一种是以连杆为例的压缩疲劳损坏,另一种是以曲轴为例的发生于曲轴过渡圆角处的拉伸疲劳断裂。因此,为了提高整机性能,工作可靠性,并且考虑到操作人员的安全问题,我们必须在原有的曲轴连杆机构设计基础上对其进行优化改进。
6、 内燃机的可靠性和寿命在很大程度上取决于曲轴性能的优劣性。曲轴在结构上基本上由若干个单元曲拐构成，即一个曲柄销，左右两个曲柄臂和左右两个主轴颈构成一个单元曲拐。国内对于柴油机曲轴强度方面的研究起步较晚，曲轴的设计主要是依靠经验设计,即利用许多现有的曲轴结构与尺寸的统计资料,借以初步确定曲轴的基本尺寸,然后进行结构细节的设计、强度复核及曲轴样品试验,最后确定曲轴的结构。减小曲轴在工作状态下过渡圆角处的应力集中则是设计曲轴时的一个难点。一般确定曲轴强度的方法有两种:一是进行曲轴疲劳试验,二是进行模拟分析计算。但由于试验条件的不一致和试验件数量少,导致研究结果往往存在很大差异,无法建立比较系统的计算
7、方法,因此曲轴强度计算主要还是依据国外的相关资料和经典计算公式。国外已经开展了曲轴动态应力计算的研究,并开发了相应的商业软件，有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司。对于具体的曲轴设计,依据原有的设计方法是否有效,或者是否能使曲轴达到最佳状态，这些必须用试验来验证。目前,根据名义应力和应力集中系数计算曲轴应力的传统方法尽管在理论和方法上得到了一定的发展,但随着计算机技术的发展,有限元技术在曲轴的强度研究中得到了越来越广泛的应用,已有许多文献利用有限元方法得出了较为有效的结果。但总体来看,已有的曲轴有限元分析的研究对象都是针对某种具体型
8、号曲轴,而且从模型和边界条件的处理上存在较大的差别:在模型方面,二维平面模型和三维的单拐、1/4和1/2拐乃至整体模型都有采用，载荷处理上一般只考虑了单一受载情况,而忽略了扭矩和惯性力的作用，连杆轴径表面作用力和主轴颈约束采用不同的简化处理方法。在周期变化的载荷作用下,曲轴系统可能在发动机转速范围内发生共振,产生附加的动应力,致使曲轴过早地出现弯曲和扭转疲劳破坏。因此,不仅要对曲轴进行静态的应力计算,还有必要进行动态特性分析。目前，复杂结构振动分析已发展到很高水平，曲轴轴系扭振固有频率的计算可以很精确。本文采用基于ANSYS的模拟分析计算方法研究曲轴强度,通过比较各种设计方案的结果来得到曲轴设
9、计的最优解。为了获得曲轴动态特性对其应力影响的具体情况,曲轴的应力计算己从静态计算发展到动态计算。2. 基本内容和技术方案基本内容： 本文以东风康明斯发动机有限公司ISDe245增压柴油机曲轴为研究对象,以ANSYS软件为主要研究工具，采用有限元计算法FEA对其进行应力计算,在此基础上利用试验优化技术对曲轴进行优化改进设计,包括对其的运动学和动力学分析，通过试验优化技术找出该曲轴的最优结构方案。最后分析比较原曲轴和优化曲轴的动态特性,对优化曲轴进行更进一步的考核。本文的主要内容包括: (l)对原模型进行试运算,考查边界条件的正确性,在参数化实体建模的基础上分析整体曲轴的强度,并比较了曲轴有限元
10、分析中不同的边界约束条件对结果的影响。得出基本与实际情况相符的原模型的应力分布云图和应变分布云图。(2)在对原曲轴进行分析的基础上,提出改进方案,分析曲轴圆角应力的影响因素，并进行多因素多水平的试验优化设计,从中找出最佳结构方案。(3)对ISDe245柴油机原曲轴和优化处理后曲轴分别进行模态分析,得出他们的各阶模态,分析比较他们的固有频率和振型。技术方案： 通过国内外的曲轴强度研究现状可以发现,当前曲轴轴系研究的重点内容主要集中在轴系的动态特性上。本文按照现有的理论模型和计算方法，从曲轴的运动学及动力学特性着手，主要利用有限元分析软件ANSYS对曲轴进行动态仿真模拟分析。 （1）对曲柄连杆机构
11、进行结构设计，包括轴颈、曲柄臂、平衡重、油道的设计。特别对曲轴疲劳强度进行了分析和校核。 （2）对曲轴进行有限元分析。利用ANSYS软件建立曲轴整体模型，选取单元类型，定义材料的属性，然后对有限元网格进行划分。通过对曲轴的受力分析，确定载荷分布状况和边界条件，其中包括对轴颈分布载荷的计算，曲轴旋转惯性力和重力的分析，曲轴约束条件的处理。并在此基础上，获得曲轴有限元分析的应力及应变状况，进而提出的曲轴强度的检验。 （3）对曲轴进行模态分析。在建立曲轴结构模态分析模型的基础上，获得模态计算结果以及模态振型表现，并对其作出基本分析，对曲轴的设计提出改进方案。3.进度安排周次(时间)工作内容12(1.
12、141.25)确定选题，校内搜集资料和外文翻译资料。3(2.253.1)写出文献检索摘要，撰写开题报告。45(3.43.15)赴外地实习，搜集资料，提交实习日记、实习报告。67(3.183.29)消化资料，整理论文提纲，设计概要，外文翻译译文。810(4.14.19)提交开题报告和外文翻译译文，开始绘图。1113(4.225.10)撰写论文，绘图。14(5.135.17)论文（设计）、图纸审查和打印。1516(5.205.31)提出答辩申请，准备答辩；老师审阅图纸(论文)和答辩资格。17(6.36.7)毕业设计答辩 4.指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 目录摘 要1Abstract21
13、绪论31.1 引言31.2 课题研究的目的及意义31.3 国内外研究现状31.4 本论文的主要工作42 有限元技术及ANSYS软件42.1 有限元技术52.1.1 有限元法的基本概念52.1.2 有限元技术的发展趋势52.2 ANSYS软件52.2.1 ANSYSY特点与主要功能53 曲轴结构设计及强度校核63.1 曲轴的工作条件与设计要求63.2 曲轴的结构类型与材料73.3曲轴的结构设计73.3.1 轴颈的设计83.3.2 曲柄臂的设计83.3.3 平衡重的设计83.3.4 油道的设计93.3.5 曲轴疲劳强度分析与校核94 基于ANSYS的曲轴结构的有限元分析114.1 曲轴整体模型的生成114.2 单元类型的选择124.3 材料属性的定义134.4 有限元网格的划分134.5 载荷分布状况的确定154.6 边界条件的简化及处理154.6.1 力边界条件的处理164.7 曲轴有限元分析的结果184.7.1 应力分析184.7.2 应变分析195 曲轴的模态分析225.1 基于ANSYS的有限元模态分析的基本过程225.2 ISDe245发动机曲轴的模态分析235.3 有限元模型的建立235.3.1 模态结果分析236 曲轴设计的改进方案与优化措施276.1 模
