某四缸发动机曲轴的强度校核(附件)【字数：11932】
曲轴是发动机的重要组成部件之一，是曲柄连杆机构中的中心环节，其承受的载荷极其复杂，它的尺寸参数在很大程度上不仅影响发动机的整体尺寸和重量，而且也在很大程度上影响着发动机的可靠性与寿命。随着内燃机的发展与强化，使得曲轴的工作条件越来越苛刻，曲轴的应力集中现象也相当严重，容易发生疲劳断裂，因此，发动机曲轴的强度校核就显得尤为重要。曲轴强度的计算分析与研究一直是人们不断探讨与钻研的话题。该课题主要以4L68型发动机曲轴为主要的研究对象，对曲柄连杆机构进行运动学与动力学分析，分析曲轴所承受的复杂载荷，其中主要计算曲轴曲柄销所承受的径向力和法向力，对曲轴进行疲劳强度的校核计算。根据图纸利用Pro/E软件对曲轴进行三维实体建模，并应用ANSYS软件对曲轴的有限元模型进行网格的划分，载荷的分析处理以及约束条件与载荷的施加，通过分析进行求解，得到相应的应力云图，分析了曲轴的整体变形和应力状态。关键词曲轴，有限元，疲劳强度，应力
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究的目的和意义 1
1.2 国内外发展现状 2
1.2.1国内发展现状 3
1.2.2国外发展现状 4
1.2.3曲轴强度研究面临的主要问题 6
1.3 主要研究内容 7
第二章 软件及有限元分析法介绍 8
2.1 Pro/E 5.0和ANSYS 14.5软件介绍 8
2.2 ANSYS软件的构成 8
2.3 有限元与CAE分析介绍 9
第三章 曲轴受力分析与强度校核 11
3.1曲柄连杆机构的运动学分析 11
3.2曲柄连杆机构中的作用力 12
3.2.1气缸内气体力的作用力 12
3.2.2曲柄连杆机构的惯性力 13
3.3曲轴曲柄销和轴颈的负荷 14
第四章 曲轴的建模及有限元分析 17
4.1 曲轴的建模 17
4.2 曲轴载荷的分析处理 29
4.3 曲轴载荷的施加 32
4.4 曲轴载荷的求解 33
结论 38
致谢 39
参考文献 40
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
第一章 绪论
1.1 研究的目的和意义
自工业革命开始至今，工业化越来越成为人类生活制造的主流产业，它替代了传统的人力劳动，大大的增强了工作效率，改善了人类的生活条件。现如今，对于机械制造产业来说，它已经成为支柱产业支撑着我国的国民经济。它无时无刻不在改变着人们的生产以及生活方式，除此之外，它对经营管理的模式也有着一定的影响，甚至对社会组织的结构以及文化也存在着潜移默化的影响。由于近几十年我国各行各业飞速的发展，世界的制造业的也正在逐步向着中国的方向发展，中国正在向着成为世界制造大国的方向前进着。我国在家电等很多产品的产量现已位居世界第一位。但是在自主知识产权的创新设计、先进制造工艺和装备等方面仍然存在很大差距。
社会对发动机单机功率的要求随着时代的快速发展也越来越严格，对于曲轴的强度，科学家们一直都在不断进行分析计算与研究。目前，我国的差距体现在很多核心的技术方面，而对于机械来说，发动机就是支撑一个大型机械的核心装置，它是体现机械优良性能的一个重要方面。发动机，就是一种能够把其它的能源转化成为机械能的机械[1]。像内燃机就是将化学能转化成了机械能。而要想成功的完成这样一个转化，则需要很多部件之间的相互配合才能完成，其中有活塞、连杆、曲轴等。而曲轴作为发动机中主要的运动部件之一[2]，它的作用是要承受连杆传来的作用力，并将这个作用力转变为转矩之后，再通过曲轴输出来驱动发动机上其他的工作部件进行运作[3]。与此同时，曲轴还会受到离心力、周期作用的气体惯性力以及往复惯性力三者的共同作用，这时曲轴将受到弯曲扭转载荷的作用。除此之外，曲轴的结构尺寸参数也与发动机整体的机构尺寸参数息息相关，所以设计曲轴是还要联系到发动机的运转和使用。因此，曲轴在刚度和强度方面有很大的要求，还要注重设计时的尺寸和运转要求，达到工作均匀、平衡性好[4]。通过查找以及翻阅的资料证明，一般情况下发动机曲轴有所损害的原因都是疲劳损坏。所以我们如何通过计算分析得到准确的数据，以及得到关于应力以及变形方面的参数对于整体式多缸曲轴来讲很重要。与之同时，对今后曲轴在设计和革新方面都具有十分重要的意义。
而本此次课题我们通过查阅相关曲轴设计以及结构发展，对传统和现在需求的曲轴产品从设计模式到相关数值计算及数据进行大量的对比。从而选择和计算出能够满足所需求的在耐用性、刚度、强度以及可靠性等方面都满足的曲轴参数及构造模型。在这方面，我们运用了校核计算、数据对比，同时还对机构记性计算和模拟建模。用有限元分析软件对有限元对结构的刚度和强度进行有效的分析以及判定其影响程度[5]。
1.2 国内外发展现状及存在问题
在当前国内机械发动机市场当中，发动机种类使用较多的是内燃机，其主要有直列发动机、V型发动机、W型发动机、水平对置发动机、转子发动机以及VR发动机这几种类型。
在广泛使用的各种动力装置中，柴油发动机是目前热销路、能量利用率以及节能方面都是最好的机型。从发动机的使用开始，随着科技的进步以及一百多年来世界各国的大量研究。现阶段高效率的柴油机的升功率已经可以到达30KWh到50KWh了，它的扭矩储备系数的提高也已经达到了0.35以上了。曾经柴油机只被局限的使用在一些常见的领域，而现如今柴油机已经被广泛的使用在了各行各业当中，从船舶动力到发电装置，从农田植被的灌溉到车辆动力，在车用动力方面使用尤其广泛。在国外，无论是重型汽车还是商用车以至于轿车，其中有很大一部分都使用的是柴油发动机，其中重型汽车更是使用率高达百分之一百。据相关数据表明，在未来的十年到二十年的发展中，柴油发动机将逐步成为整个汽车行业的主流。
而在发动机飞速发展的同时，人们得到了越来越优质的工业产品以及汽车工具，但是相应的二氧化碳排放量却也随之飞速的增加着。无论是数据的显示还是现实生活中的温室效应，海平面升高都无一不告诉着我们碳排放量的过高已经开始慢慢侵蚀着我们生存环境。因此改良发动机的碳排放量，减少环境污染已经是迫在眉睫。另外从效率来讲，改良提高利用效率就能同比减少碳的使用以及排放量。这些方面的改良都对发动机的曲轴部件有了更高承压的需求，因此曲轴的设计革新也需要相应的创新。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究的目的和意义 1
1.2 国内外发展现状 2
1.2.1国内发展现状 3
1.2.2国外发展现状 4
1.2.3曲轴强度研究面临的主要问题 6
1.3 主要研究内容 7
第二章 软件及有限元分析法介绍 8
2.1 Pro/E 5.0和ANSYS 14.5软件介绍 8
2.2 ANSYS软件的构成 8
2.3 有限元与CAE分析介绍 9
第三章 曲轴受力分析与强度校核 11
3.1曲柄连杆机构的运动学分析 11
3.2曲柄连杆机构中的作用力 12
3.2.1气缸内气体力的作用力 12
3.2.2曲柄连杆机构的惯性力 13
3.3曲轴曲柄销和轴颈的负荷 14
第四章 曲轴的建模及有限元分析 17
4.1 曲轴的建模 17
4.2 曲轴载荷的分析处理 29
4.3 曲轴载荷的施加 32
4.4 曲轴载荷的求解 33
结论 38
致谢 39
参考文献 40
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
第一章 绪论
1.1 研究的目的和意义
自工业革命开始至今，工业化越来越成为人类生活制造的主流产业，它替代了传统的人力劳动，大大的增强了工作效率，改善了人类的生活条件。现如今，对于机械制造产业来说，它已经成为支柱产业支撑着我国的国民经济。它无时无刻不在改变着人们的生产以及生活方式，除此之外，它对经营管理的模式也有着一定的影响，甚至对社会组织的结构以及文化也存在着潜移默化的影响。由于近几十年我国各行各业飞速的发展，世界的制造业的也正在逐步向着中国的方向发展，中国正在向着成为世界制造大国的方向前进着。我国在家电等很多产品的产量现已位居世界第一位。但是在自主知识产权的创新设计、先进制造工艺和装备等方面仍然存在很大差距。
社会对发动机单机功率的要求随着时代的快速发展也越来越严格，对于曲轴的强度，科学家们一直都在不断进行分析计算与研究。目前，我国的差距体现在很多核心的技术方面，而对于机械来说，发动机就是支撑一个大型机械的核心装置，它是体现机械优良性能的一个重要方面。发动机，就是一种能够把其它的能源转化成为机械能的机械[1]。像内燃机就是将化学能转化成了机械能。而要想成功的完成这样一个转化，则需要很多部件之间的相互配合才能完成，其中有活塞、连杆、曲轴等。而曲轴作为发动机中主要的运动部件之一[2]，它的作用是要承受连杆传来的作用力，并将这个作用力转变为转矩之后，再通过曲轴输出来驱动发动机上其他的工作部件进行运作[3]。与此同时，曲轴还会受到离心力、周期作用的气体惯性力以及往复惯性力三者的共同作用，这时曲轴将受到弯曲扭转载荷的作用。除此之外，曲轴的结构尺寸参数也与发动机整体的机构尺寸参数息息相关，所以设计曲轴是还要联系到发动机的运转和使用。因此，曲轴在刚度和强度方面有很大的要求，还要注重设计时的尺寸和运转要求，达到工作均匀、平衡性好[4]。通过查找以及翻阅的资料证明，一般情况下发动机曲轴有所损害的原因都是疲劳损坏。所以我们如何通过计算分析得到准确的数据，以及得到关于应力以及变形方面的参数对于整体式多缸曲轴来讲很重要。与之同时，对今后曲轴在设计和革新方面都具有十分重要的意义。
而本此次课题我们通过查阅相关曲轴设计以及结构发展，对传统和现在需求的曲轴产品从设计模式到相关数值计算及数据进行大量的对比。从而选择和计算出能够满足所需求的在耐用性、刚度、强度以及可靠性等方面都满足的曲轴参数及构造模型。在这方面，我们运用了校核计算、数据对比，同时还对机构记性计算和模拟建模。用有限元分析软件对有限元对结构的刚度和强度进行有效的分析以及判定其影响程度[5]。
1.2 国内外发展现状及存在问题
在当前国内机械发动机市场当中，发动机种类使用较多的是内燃机，其主要有直列发动机、V型发动机、W型发动机、水平对置发动机、转子发动机以及VR发动机这几种类型。
在广泛使用的各种动力装置中，柴油发动机是目前热销路、能量利用率以及节能方面都是最好的机型。从发动机的使用开始，随着科技的进步以及一百多年来世界各国的大量研究。现阶段高效率的柴油机的升功率已经可以到达30KWh到50KWh了，它的扭矩储备系数的提高也已经达到了0.35以上了。曾经柴油机只被局限的使用在一些常见的领域，而现如今柴油机已经被广泛的使用在了各行各业当中，从船舶动力到发电装置，从农田植被的灌溉到车辆动力，在车用动力方面使用尤其广泛。在国外，无论是重型汽车还是商用车以至于轿车，其中有很大一部分都使用的是柴油发动机，其中重型汽车更是使用率高达百分之一百。据相关数据表明，在未来的十年到二十年的发展中，柴油发动机将逐步成为整个汽车行业的主流。
而在发动机飞速发展的同时，人们得到了越来越优质的工业产品以及汽车工具，但是相应的二氧化碳排放量却也随之飞速的增加着。无论是数据的显示还是现实生活中的温室效应，海平面升高都无一不告诉着我们碳排放量的过高已经开始慢慢侵蚀着我们生存环境。因此改良发动机的碳排放量，减少环境污染已经是迫在眉睫。另外从效率来讲，改良提高利用效率就能同比减少碳的使用以及排放量。这些方面的改良都对发动机的曲轴部件有了更高承压的需求，因此曲轴的设计革新也需要相应的创新。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/zyyhj/83.html
