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1、连杆的设计和有限元分析摘 要连杆组由连杆体、连杆大头盖、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓（或螺钉）等组成。连杆组承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复惯性力的作用，这些力的大小和方向都是周期性变化的。因此连杆受到压缩、拉伸等交变载荷作用。连杆必须有足够的疲劳强度和结构刚度。疲劳强度不足，往往会造成连杆体或连杆螺栓断裂，进而产生整机破坏的重大事故。若刚度不足，则会造成杆体弯曲变形及连杆大头的失圆变形，导致活塞、汽缸、轴承和曲柄销等的偏磨。关键词：连杆，强度27AbstractThe link group comprises a connecting rod, the connec
2、ting rod cover, connecting rod bushing, connecting rod bearing and rod bolts (or screws). The connecting rod group under gas force piston pin came and its swing and piston reciprocating inertia forces, the magnitude and direction of these forces are cyclical changes. The connecting rod by compressio
3、n, stretching and alternating load. The connecting rod must have enough fatigue strength and structural stiffness. The fatigue strength is insufficient, often caused by fracture of connecting rod or the connecting rod bolt, resulting in destruction of the major accident. If the lack of rigidity, it
4、will cause deformation of round rod bending deformation and the connecting rod, piston, cylinder, cause partial grinding bearing and crank pin.Key Words: rice thresher threshing; improved design;目 录摘 要IIIAbstractIV目 录V第1章 绪论1第2章 连杆设计方案22.1 连杆工作原理22.2连杆总体设计32.2.1连杆的类型定位52.2.2 连杆的整机结构及选择72.2.3 连杆连杆的工作
5、流程9第3章 连杆结构设计113.1 连杆设计133.2 连杆配件设计14第4章 有限元分析164.1 有限元简介164.1.1 有限元强度分析简介164.1.2 有限元模态分析简介164.2 前处理174.3 网格划分194.4 边界条件设定214.5 强度分析224.6 模态分析23第5章 分析结果245.1 强度分析结论255.2 模态分析结论25结论26参考文献27致 谢28第1章 绪论连杆体由三部分构成，与活塞销连接的部分称连杆小头；与曲轴连接的部分称连杆大头，连接小头与大头的杆部称连杆杆身。连杆小头多为薄壁圆环形结构，为减少与活塞销之间的磨损，在小头孔内压入薄壁青铜衬套。在小头和衬
6、套上钻孔或铣槽，以使飞溅的油沫进入润滑衬套与活塞销的配合表面。连杆杆身是一个长杆件，在工作中受力也较大，为防止其弯曲变形，杆身必须要具有足够的刚度。为此，车用发动机的连杆杆身大都采用形断面， 形断面可以在刚度与强度都足够的情况下使质量最小，高强化发动机有采用H形断面的。有的发动机采用连杆小头喷射机油冷却活塞，须在杆身纵向钻通孔。为避免应力集中，连杆杆身与小头、大头连接处均采用大圆弧光滑过渡。为降低发动机的振动，必须把各缸连杆的质量差限制在最小范围内，在工厂装配发动机时，一般都以克为计量单位按连杆的大、小头质量分组，同一台发动机选用同一组连杆。V型发动机上，其左、右两列的相应气缸共用一个曲柄销，
7、连杆有并列连杆、叉形连杆及主副连杆三种型式。第2章 连杆设计方案2.1 连杆工作原理连杆机构中的构件有杆状、块状、偏心轮、偏心轴和曲轴等型式。当构件上两转动副轴线间距较大时，一般做成杆状。 带两个转动副的双副杆结构： 带三个转动副的三副杆结构： 杆状结构的构件应尽量做成直杆。有时为了避免构件之间的运动干涉，也可将杆状构件做成其他结构。 带三个转动副的三副杆的结构设计较为灵活，与三个转动副的相对位置和构件加工工艺有关，下图为8种典型结构形式： 2.2连杆连杆总体设计 连杆集团连杆身体，连杆大头盖骨，连杆小头布什、连杆大脑袋衬套和杆螺栓（或螺栓）等。连杆组忍受活塞销的天然气的作用力本身隔活塞组往返
8、惯性力的作用下，这些能力的大小和方向是周期性变化。所以链接压缩，拉伸等变动荷载作用。链接必须有足够的疲劳强度和结构刚性。疲劳强度不足，往往连杆身体和杆螺栓断裂，并且机械全部破坏的重大事故发生。如果刚性不足，杆身体弯曲变形与连杆大脑袋的失败圆变形，活塞，汽缸，轴承和曲轴销等偏磨。2.2.1连杆的类型定位连杆小头多为薄壁圆环形结构，为减少与活塞销之间的磨损，在小头孔内压入薄壁青铜衬套。在小头和衬套上钻孔或铣槽，以使飞溅的油沫进入润滑衬套与活塞销的配合表面。连杆杆身是一个长杆件，在工作中受力也较大，为防止其弯曲变形，杆身必须要具有足够的刚度。为此，车用发动机的连杆杆身大都采用形断面， 形断面可以在刚
9、度与强度都足够的情况下使质量最小，高强化发动机有采用H形断面的。有的发动机采用连杆小头喷射机油冷却活塞，须在杆身纵向钻通孔。为避免应力集中，连杆杆身与小头、大头连接处均采用大圆弧光滑过渡。为降低发动机的振动，必须把各缸连杆的质量差限制在最小范围内，在工厂装配发动机时，一般都以克为计量单位按连杆的大、小头质量分组，同一台发动机选用同一组连杆。V型发动机上，其左、右两列的相应气缸共用一个曲柄销，连杆有并列连杆、叉形连杆及主副连杆三种型式。2.2.2 连杆的整机结构及选择连杆组件由连杆轴，连杆盖，小轴套，大轴瓦，螺丝等组成，如上图所示2.2.3 连杆连杆的工作流程 链接的主要损伤的形式是疲劳断裂和过
10、剩变形。通常疲劳断裂部位连接上的3个区域的高应力。链接的工作条件链接的高强度和抗疲劳性能；另外要求很充分的钢性和韧性。传统的链接的加工过程中其材料通常45钢，40 Cr和40 MnB等调质钢、硬度高，所以德国汽车企业的新型连杆材料，例如C 70 S6高碳微合金非调质钢，SPLITASCO系列锻造钢，FRACTIM锻造钢锻钢等S 53 CV - FS（以上都是德国din标准）。合金钢非常高强度，对应力集中敏感的。所以，连杆外形，过度的公亩等必要严格要求，应该注意的表面加工提高质量疲劳强度，否则高强度合金钢的应用预期效果不能达到。第3章 连杆设计3.1 连杆原理 连杆体由三部分构成，与活塞销连接的
11、部分称连杆小头；与曲轴连接的部分称连杆大头，连接小头与大头的杆部称连杆杆身。连杆小头多为薄壁圆环形结构，为减少与活塞销之间的磨损，在小头孔内压入薄壁青铜衬套。在小头和衬套上钻孔或铣槽，以使飞溅的油沫进入润滑衬套与活塞销的配合表面。连杆杆身是一个长杆件，在工作中受力也较大，为防止其弯曲变形，杆身必须要具有足够的刚度。为此，车用发动机的连杆杆身大都采用形断面， 形断面可以在刚度与强度都足够的情况下使质量最小，高强化发动机有采用H形断面的。有的发动机采用连杆小头喷射机油冷却活塞，须在杆身纵向钻通孔。为避免应力集中，连杆杆身与小头、大头连接处均采用大圆弧光滑过渡。为降低发动机的振动，必须把各缸连杆的质
12、量差限制在最小范围内，在工厂装配发动机时，一般都以克为计量单位按连杆的大、小头质量分组，同一台发动机选用同一组连杆。V型发动机上，其左、右两列的相应气缸共用一个曲柄销，连杆有并列连杆、叉形连杆及主副连杆三种型式。3.2 连杆配件设计连杆盖设计如上图所示连杆轴套设计如上图所示第4章 有限元分析4.1 有限元简介4.1.1 有限元强度分析简介 数学，有限要素法（FEM，Finite Element）是一种求解微分方程边值问题近似解的数值技术。解的时候全体的问题区域分解，各地区简单的部分，这个简单的部分就和有限的。这是，变分法，误差函数最小值生成稳定解。类比连接多级微小直线近似日元的思想，有限要素法
13、在内的所有可能的方法很多，这些方法称为有限元的小领域上的简单方程相连，其更大的地域，推定上的复杂的方程式。那是解域和许多被称为有限元的小的相互连接子区组成，每单元的假设一个合适的（比较简单的）近似解解，然后推导这个地区的总的条件（如结构的平衡条件），其结果问题解。这是正确理解解，而是近似解，实际问题是比较简单的问题。大部分的实际问题，正确理解难以得到有限元，计算精度高，它不仅能适应各种复杂形状，有效的手段工程分析。位移模式选择有限单元法，选择节点移位作为基本的未知量被称为位移法；选择节点力作为基本未知量称为力法；部分节点力和一部分的节点移位作为基本的未知量被称为混合法。位移法容易实现计算自动化
14、，所以，有限单元法最宽的应用范围位移法。位移法录用的时候，物体或构造物离散化后，单位总的物理量等的位移，应变应力等节点位的一部分表示。这个时候单位位移分布收割迫近原函数的近似函数说明。通常，有限要素法我们位移坐标变量的简单的函数。这个函数被称为位移模式和位移函数。分析单元的力学的性质单元的材料的性质不同，形状，尺寸、节点的数量，位置和意义等标题，单元节点力和节点移位的关系式，组合分析的关键的一步。这个时候应用弹性力学的几何学的方程式和物理的方程式建立力和位移方程式引导，从而单元刚性矩阵，这是有限要素法的基本步骤之一。4.1.2 有限元模态分析简介 模态分析研究结构动力特性的一种现代方法，系统的
15、辨别方法是工程的振动的领域的应用。模态机械结构的固有振动特性，每一个模式是特定的固有频率，阻尼比模态振型。这些模态参数计算和考试从分析，取得的计算和考试分析过程被称为模态分析。如果这个分析过程有限元计算方法取了，计算模态分析称；如果考试通过采集系统输入和输出信号参数获得识别模态参数，称为考试模态分析。通常，模态分析，考试模态分析。振动模式的弹性的结构的固有的，全体的特性。模态分析的方法，通过清醒的构造物的容易被影响的频率范围内的各主要模式的特性，那个对应预言结构内外部或内部各种：的作用下发生的实际的振动响应。所以，模态分析结构设计及设备故障诊断动态的重要方法。机械、建筑、航天飞机，船舶、汽车等实际的振动模式各自不同。模态分析提供了各类振动特性研究的有效途径。首先，构造物静止状态人为加振，通过测定加振力和响应双通道快速傅立叶变换（FFT）的分析，任意两点之间的机械导纳函数（传递函数）。模态分析理论考试导纳函数拟合的曲线，认识构造物模态参数，建立从而构造物模态模型。模态叠加原理，已知的各种载荷时间过程的场合，预言结构物的实际的振动的
