《某型单缸柴油机连杆的有限元校核与改进设计》-公开DOC·毕业论文

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1、四川理工学院毕业设计（论文） 某型单缸柴油机连杆的有限元校核与改进设计学 生：李 斌学 号：07011030410专 业：机械设计制造及其自动化班 级：车辆工程07.1班指导教师：刘晓叙 四川理工学院机械工程学院二O一一年六月四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 某型单缸柴油机连杆的有限元校核与改进设计 学院： 机械工程 专业： 机械设计与制造 班级：车辆071 学号: 0711030410 学生：李 斌 指导教师： 刘晓叙 接受任务时间 2011年2月28日 系主任 （签名）院长 （签名）1 毕业设计（论文）的主要内容及基本要求（1） 基本设计参数：柴油机为四冲程，

2、卧式，水冷，自然吸气，直喷式燃烧室；柴油机最高转速2400r/min，最大功率：5.8 kW; 柴油机最大爆发压强; 柴油机气缸直径85mm;活塞与活塞销的质量：750g. （2）主要内容及基本要求按现有连杆零件图纸完成柴油机连杆的三维实体造型,用计算机辅助分析软件进行有限元应力分析,根据应力分析的结果,对原设计进行改进设计,按改进尺寸对连杆实体造型进行修改,并进行有限元校核.最后完成连杆零件图的改进设计.编写分析计算设计说明书。 2指定查阅的主要参考文献及说明ANASYS8.2机械设计高级应用实例 胡仁喜 等编著 机械工业出版社 2006年内燃机 活塞式及复合式发动机的结构设计及强度计算 苏

3、 奥林.克鲁戈罗夫 机械工业出版社 1989内燃机学 周龙保 机械工业出版社 2002年3进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1查阅资料，学习与设计产品及软件有关的基本知识2月28日3月25日2完成柴油机连杆的三维实体造型和有限元应力分析3月26日5月10日3进行图纸的改进设计与校核5月11日5月20日4完成设计计算说明书的编写5月21日5月28日5设计图纸与说明书的校对5月29日6月1日摘 要连杆工作的可靠性问题一直是人们在柴油机研究和改进过程中关注的热点问题，具有足够强度的连杆对现代柴油机设计有着举足轻重的作用。本设计按照给定的设计参数，参照相关的参考文献要求，以Pro/ENGIN

4、EER5.0为建模工具，以Pro/MECHANICA为分析平台，对柴油机连杆强度进行分析，对柴油机连杆在实际工作过程中所受到的最大爆发压力和最大拉力进行研究。通过分析计算，确定了连杆在两种工况下的应力应变分布，并进行了强度校核和改进设计，改进后的连杆强度能够满足发动机在各种工况下运行要求。关键词：连杆；强度；有限元；分析；改进ABSTRACTThe reliability of the connecting rod has been long concerned during the process of diesel engine research and improvement. The

5、intensity is the core element for modern diesel engine design. The provided design, whose modeling tools is based on Pro/ENGINEER5.0, analysis platform on Pro/MECHANICA, is in accordance with the given parameters and references, and shows the analysis on the connecting rod intensity and researches o

6、n the maximum bursting pressure and pull when the connecting rod of the diesel engine is in operation. Through analysis and calculation, stress-strain distribution of the connection rod has been confirmed, intensity check and improvement have also been undertaken. Intensity of the improved connectin

7、g rod could meet various demands of an engine functioning in different circumstances. Keywords: connecting rod, intensity, finite element analysis, improvement. 目 录（三号，黑体，居中）设计说明书或论文中所有英文字体为Times New Roman摘要（宋体，小四号，加粗）宋体,五号,加粗ABSTRACT（Times New Roman，小四号，加粗）第一章 绪论（宋体，小四号，加粗）11.1 工程XXX1 1.1.1 XXX1 1.

8、1.2 XXX2宋体,五号1.2 XXX3 1.2.1 XXX3 1.2.26第二章 正文章标题（宋体，小四号，加粗）92.1 工程XXX9 2.1.1 XXX10 2.1.2 XXX102.2 工程XXX9 2.2.1 XXX10 2.2.2 XXX10第6章 结论526.1 XXX52参考文献（宋体，小四号，加粗）54致谢（宋体，小四号，加粗）59附录A：XXX（宋体，小四号，加粗）60附录B：XXX66第一章 绪 论1.1 课题的意义及主要工作1.1.1 课题的背景和意义1893年2月23日，世界上第一台柴油发动机问世至今，柴油机进过了一百多年的发展，已经成为一种用途极为广的动力机械。与

9、普通汽油机相比较，柴油机可以节约用油达到15到30；同时，它也具有良好的环保性能，能够满足我国严格的排放法规的要求。单就温室效应气体排放量而言，如果考虑到原油的加工、燃料的运输、使用等所有的环节，柴油机的温室效应气体的排放量可以降低45。经过技术的不断发展，现代柴油机已经完全改变了过去的噪音大，污染严重等形象，它不仅具有高效、经济、有益环保及面向未来的特点，同时在高速性能、加速性能、操纵性能、乘坐舒适性和噪音方面已经完全可以与现代汽油机相匹敌。柴油机因其功率范围大、效率高、能耗低等优点，并且受到油价的影响，现在在乘用车市场，柴油机开始渐渐显示出其独特魅力。但是由于受到各种因素的影响，我国的柴油

10、机研究生产仍然落后于世界先进水平。经过这些年的市场实践，我们已经认识到了核心技术是我国柴油机发展的最关键的因素，我们的柴油机生产企业只有通过引进、消化、吸收的途径，自己掌握核心技术，并不断的改进创新，研发出具有我国自主知识产权的柴油机，企业才会有发展的后劲，我国的柴油机才会得到不断的发展与进步，缩小与世界水平的差距。连杆是柴油机传递动力的最重要零件之一，它由连杆体、连杆盖、连接螺栓等组成连杆组。连杆组的作用是把活塞和曲轴连接起来，将作用在活塞上的燃气爆发压力传递给曲轴，将活塞的往复直线运动变成为曲轴的回转运动，达到输出功率的目的，因此，连杆的加工精度、强度和刚度直接影响到了柴油机的性能。随着汽

11、车等一些工业制造技术的发展，他们对于柴油机的动力性能和可靠性的要求是越来越高，而连杆的强度和刚度对于提高柴油机的动力性能和可靠性又是至关重要的，因此,目前国内外各大柴油机研发公司对于柴油机连杆的材料以及制造技术的研究都是非常重视的。在柴油机工作过程中，连杆的工作条件恶劣，它主要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力；3.连杆高速摆动时所产生的横向惯性力。以上所说的三种作用力的大小和方向，都会随着曲轴转角的的变化而不断变化，他们综合起来使连杆处于一种交变的复杂受力状态。因为连杆为一细长的杆件，当受到压缩或者受到横向惯性力的作用时，如果连杆杆身的刚度不足，则会使连杆

12、产生弯曲变形；如果在垂直与摆动平面之内发生弯曲变形，其危害则会更大，这将会使轴承扭曲，造成轴承的不均匀磨损，最终导致损坏。因此，要求连杆的质量轻并且具有足够的刚度和强度。杆身具有足够刚度，可以预防其工作时发生弯曲变形。连杆的大端和连杆盖有足够的刚度，可以防止大端变形之后是连杆的连接螺栓承受附加的弯曲应力和大端失圆使轴承润滑早到破坏。同时，还要求连杆组具有足够的疲劳强度和冲击韧性，否则连杆螺栓、杆身或者大端盖容易发生疲劳断裂，造成重大的事故。提高连杆的强度和刚度，绝对不能单单从加大截面尺寸来入手，因为加大尺寸之后，连杆的惯性力势必会增大，增大连杆的受力，使连杆的工作条件变的恶化，同时会使曲轴和曲

13、轴轴承所承受的载荷增大，最终会带来一系列不良的后果。因此提高连杆的强度和刚度必须从连杆的结果型式的设计、材料的选用和制造工艺等方面采取相应的措施，以达到连杆具有较轻的质量并且具有足够的刚度和强度的要求。1.1.2 主要工作本次设计的主要工作可以分成三大部分：第一部分为根据现有的连杆零件图纸完成连杆的三维实体造型，并进行三维建模装配；第二部分为用计算机辅助软件对连杆进行有限元应力分析，并根据应力分析的结果，对原设计进行改进设计；第三部分为按照改进过后的尺寸对连杆实体造型进行修改，并进行有限元校核，完成连杆零件图的改进设计。1.1.3 本章小结本章的主要内容主要是为了连杆的建模与分析做铺垫，对连杆

14、的结构特点进行了简要的分析，并简要的介绍了有限单元法的原理和应用。第二章 软件的选用及有限元简介2.1 软件的选用目前，三维CAD/CAM技术在产品的设计、分析、制造和工程数据管理领域已经引起广泛的关注和重视，Pro/E，UG等主流三维CAD/CAM软件在各个企业都得到了大量的应用。在众多的三维CAD/CAM软件中，美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的Pro/E是国内最普遍的软件之一。Pro/E是美国PTC公司旗下的产品Pro/Engineer软件的简称。Pro/E为美国参数技术公司的重要产品。它是一款集CAD/CAM/CAE功能于一体的综合性三维软件，在目前的三维造型软件领域中占有着十分重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一