发动机连杆设计及强度校核(附件)【字数：16324】
摘 要摘 要 连杆组由杆身、连杆大头、连杆小头组成,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。所以对连杆的强度分析在当前的生产环境下显得尤为重要。随着计算机技术在当前生产生活中的普遍应用，有限元技术分析在发动机零部件设计分析的过程中也占有了越来越重要的地位。 本文根据柴油机设计手册确定L20柴油机连杆的结构和基本尺寸，利用三维机械模具设计软件soildwork建立连杆的三维模型，并将连杆模型导入有限元分析软件ANSYS Workbench15.0中，对它施加固定约束和载荷，进行三维有限元的分析。得到连杆在最大拉压状态下的应力云图和位移云图，并通过计算连杆各部分的安全系数，与其许用值进行对比，结果表明该连杆各结构强度在符合标定工况下的要求。关键词柴油机；有限元；连杆；强度
目录
第一章 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2 国内外的的研究现状及存在的问题 2
1.2.1 连杆研究在国内外的现状及存在的问题 2
1.2.2连杆有限元分析研究 3
1.3论文的研究内容 5
第二章 连杆的尺寸确定及模型建立 6
2.1连杆的尺寸确定 6
2.2 Solidworks的软件介绍 7
2.3 solidworks建模的一般过程及装配方法 8
2.3.1 solidworks建模的一般过程 8
2.3.2 Solidworks的建模过程一般如下： 9
第三章 ANSYS软件概述 16
3.1 ANSYS的软件介绍 16
3.2有限元法的优缺点 16
3.2.1有限元法的优点 16
3.2.2 有限元法的缺点 17
3.3 有限元法的分析步骤 17
3.4 本 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
章小结 18
第四章 连杆受力计算及有限元分析计算 19
4.1 曲轴连杆参数 19
4.2连杆受力计算 19
4.2.1连杆受最大拉力工况 20
4.22连杆受最大压力工况 20
4.3有限元模型的预处理 21
4.3.1文件模型导入ANSYS workbench15.0的方法 21
4.3.2网格划分与材料的选择 21
4.4连杆的ANSYS边界条件的确定 24
4.5应力云图的添加和生成结果 25
4.6结果分析 26
4.7本章小结 27
结 论 28
致谢 29
参考文献 30
绪论
1.1研究背景与意义
自从柴油机被发明至今，因其热效率高、操作简便和适用于多方面领域等优点，被广泛应用于生产生活中的各个领域。L20柴油机是一款较为知名的柴油机，各方面性能都比较优秀，用户也比较多，在国内也占有一定的保有量。
然而近几年来由于化石燃料的大量使用，在国内乃至全球环境问题的突出，人们的环境保护意识也愈发强烈，国家也制定了相应的有关环境保护的政策。在这种大环境下，提高柴油机的潘方要求，降低更多的有害气体的排放尤为重要，否则将面临被市场淘汰的风险。因为基本设备比较差，为了有合理效利用资源，新机器的主要零部件要更多的选用原有的设备，这无疑增大了开发的难度[1]。
作为柴油机的核心转动部分—柴油机连杆组，柴油机的运行可靠性直接取决于其力学性能的优劣。高速与轻质是现代柴油机的发展目标，由于越来越严格的工况需要，连杆的的性能指标也被严格要求，在保证排放要求的同时也要保证能配合及其完成工作。
发动机气缸的爆发压力是通过连杆来进行传递的，它是发动机中的核心传动力的部件，连杆在柴油机中的主要作用是把活塞上由于气体膨胀产生的压力传递给曲轴部分，与此同时在曲轴驱动力的作用下使活塞做着压缩气缸中气体的往复运动，因此连杆的设计在发动机领域有着剧组轻重的地位[9]。连杆在工作状态的情况下，不仅仅承受气缸爆发所产生的压力，还受到因为做往复运动所受到的惯性力。因为连杆作为发动机的核心部件，在受到不同载荷的作用下（如拉伸、压缩等），如果连杆不具备满足要求的疲劳强度、刚度，会引起连杆局部断裂情况的发生，连杆杆身断裂、连杆螺栓断裂或松脱都包含于这种情况中，因此连杆的寿命应作为连杆设计的过程中主要考虑的对象，使设计出来的连杆在一定的使用寿命期间能够正常的使用避免以外的发生。如今发动机在当今生产环境中被越来越多的厂家所使用，这就需要我们设计出可靠性、工作性更强的连杆来投入生产，因此高强度的连杆开发技术需要进一步被相关的从 业人员发现探索出来。
在连杆的设计中，我们还需要对疲劳强度以及结构强度特别的关注。如果说连杆的疲劳强度达不到的话，往往会造成连杆的螺栓或者连杆的杆身发生断裂，严重时会造成整机破坏事故的发生。因此，在连杆设计的时候一定要注重连杆强度的校核，保证发动机的正常稳定运行运行和避免事故的发生。
本文先利用机械模具设计软件soildworks建立了L20柴油机连杆的三维模型，适当的做简化处理，然后再将其导入ANYSY Workbench15.0中，先做划分网格处理，再确定并计算出连杆的边界条件及约束，最后分析计算出相应的应力载荷，得出连杆在各工况下的变形和应力云图，得出连杆在正常环境下的强度是否符合要求的结论。
1.2 国内外的的研究现状及存在的问题
1.2.1 连杆研究在国内外的现状及存在的问题
发动机连杆材料的发展趋势总体倾向于三个方面，它们分别是强度、质量与成本，解决它们三个之间矛盾的问题是如今连杆研究的总体趋势。国内发动机连杆的锻造技术在连杆强度方面与国外无异，但是制造出的连杆在轻量化方面比较于国外还是非常的落后。为了能设计出有着正常工作状态下疲劳强度的连杆，需要进行连杆设计的材料有着较为优秀的力学性能，碳素调制钢与合金调制钢被我们应用于以往的发动机连杆设计中，上个世纪七十年代由于石油危机对世界生产领域的严重影响，为了节约能源，欧美和日本开始对非调制钢在连杆设计方面进行了大量开发使用并取得重大性突破进展[16]。随着科技的不断创新工业技术不断地完善，在生产方面对于发动机的动力性能和可靠性能的要求逐日提高，发动机连杆的强度指标也越来越受到有关生产部门的重视，因此国内的各大公司都投入了大量的人力财力在发动机连杆研究开发方面和连杆的材料研究方面。从近期看来，由于机械工业部门技术逐渐成熟，有关发动机零部件方面的设计及与开发过程的高品质、低时间、低成本、低耗能、成为了相关产业提高竞争力的唯一途径。以往传统的发动机零部件设计开发的手段已经不能满足现在的生产需要，必须在传统的方法上进行革新方能顺应发展的要求。但目前在技术与成本的层面上存在着较大的矛盾，所以在连杆设计和连杆材料选择方面还有着较多空间等待着我们的探索。
目录
第一章 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2 国内外的的研究现状及存在的问题 2
1.2.1 连杆研究在国内外的现状及存在的问题 2
1.2.2连杆有限元分析研究 3
1.3论文的研究内容 5
第二章 连杆的尺寸确定及模型建立 6
2.1连杆的尺寸确定 6
2.2 Solidworks的软件介绍 7
2.3 solidworks建模的一般过程及装配方法 8
2.3.1 solidworks建模的一般过程 8
2.3.2 Solidworks的建模过程一般如下： 9
第三章 ANSYS软件概述 16
3.1 ANSYS的软件介绍 16
3.2有限元法的优缺点 16
3.2.1有限元法的优点 16
3.2.2 有限元法的缺点 17
3.3 有限元法的分析步骤 17
3.4 本 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
章小结 18
第四章 连杆受力计算及有限元分析计算 19
4.1 曲轴连杆参数 19
4.2连杆受力计算 19
4.2.1连杆受最大拉力工况 20
4.22连杆受最大压力工况 20
4.3有限元模型的预处理 21
4.3.1文件模型导入ANSYS workbench15.0的方法 21
4.3.2网格划分与材料的选择 21
4.4连杆的ANSYS边界条件的确定 24
4.5应力云图的添加和生成结果 25
4.6结果分析 26
4.7本章小结 27
结 论 28
致谢 29
参考文献 30
绪论
1.1研究背景与意义
自从柴油机被发明至今，因其热效率高、操作简便和适用于多方面领域等优点，被广泛应用于生产生活中的各个领域。L20柴油机是一款较为知名的柴油机，各方面性能都比较优秀，用户也比较多，在国内也占有一定的保有量。
然而近几年来由于化石燃料的大量使用，在国内乃至全球环境问题的突出，人们的环境保护意识也愈发强烈，国家也制定了相应的有关环境保护的政策。在这种大环境下，提高柴油机的潘方要求，降低更多的有害气体的排放尤为重要，否则将面临被市场淘汰的风险。因为基本设备比较差，为了有合理效利用资源，新机器的主要零部件要更多的选用原有的设备，这无疑增大了开发的难度[1]。
作为柴油机的核心转动部分—柴油机连杆组，柴油机的运行可靠性直接取决于其力学性能的优劣。高速与轻质是现代柴油机的发展目标，由于越来越严格的工况需要，连杆的的性能指标也被严格要求，在保证排放要求的同时也要保证能配合及其完成工作。
发动机气缸的爆发压力是通过连杆来进行传递的，它是发动机中的核心传动力的部件，连杆在柴油机中的主要作用是把活塞上由于气体膨胀产生的压力传递给曲轴部分，与此同时在曲轴驱动力的作用下使活塞做着压缩气缸中气体的往复运动，因此连杆的设计在发动机领域有着剧组轻重的地位[9]。连杆在工作状态的情况下，不仅仅承受气缸爆发所产生的压力，还受到因为做往复运动所受到的惯性力。因为连杆作为发动机的核心部件，在受到不同载荷的作用下（如拉伸、压缩等），如果连杆不具备满足要求的疲劳强度、刚度，会引起连杆局部断裂情况的发生，连杆杆身断裂、连杆螺栓断裂或松脱都包含于这种情况中，因此连杆的寿命应作为连杆设计的过程中主要考虑的对象，使设计出来的连杆在一定的使用寿命期间能够正常的使用避免以外的发生。如今发动机在当今生产环境中被越来越多的厂家所使用，这就需要我们设计出可靠性、工作性更强的连杆来投入生产，因此高强度的连杆开发技术需要进一步被相关的从 业人员发现探索出来。
在连杆的设计中，我们还需要对疲劳强度以及结构强度特别的关注。如果说连杆的疲劳强度达不到的话，往往会造成连杆的螺栓或者连杆的杆身发生断裂，严重时会造成整机破坏事故的发生。因此，在连杆设计的时候一定要注重连杆强度的校核，保证发动机的正常稳定运行运行和避免事故的发生。
本文先利用机械模具设计软件soildworks建立了L20柴油机连杆的三维模型，适当的做简化处理，然后再将其导入ANYSY Workbench15.0中，先做划分网格处理，再确定并计算出连杆的边界条件及约束，最后分析计算出相应的应力载荷，得出连杆在各工况下的变形和应力云图，得出连杆在正常环境下的强度是否符合要求的结论。
1.2 国内外的的研究现状及存在的问题
1.2.1 连杆研究在国内外的现状及存在的问题
发动机连杆材料的发展趋势总体倾向于三个方面，它们分别是强度、质量与成本，解决它们三个之间矛盾的问题是如今连杆研究的总体趋势。国内发动机连杆的锻造技术在连杆强度方面与国外无异，但是制造出的连杆在轻量化方面比较于国外还是非常的落后。为了能设计出有着正常工作状态下疲劳强度的连杆，需要进行连杆设计的材料有着较为优秀的力学性能，碳素调制钢与合金调制钢被我们应用于以往的发动机连杆设计中，上个世纪七十年代由于石油危机对世界生产领域的严重影响，为了节约能源，欧美和日本开始对非调制钢在连杆设计方面进行了大量开发使用并取得重大性突破进展[16]。随着科技的不断创新工业技术不断地完善，在生产方面对于发动机的动力性能和可靠性能的要求逐日提高，发动机连杆的强度指标也越来越受到有关生产部门的重视，因此国内的各大公司都投入了大量的人力财力在发动机连杆研究开发方面和连杆的材料研究方面。从近期看来，由于机械工业部门技术逐渐成熟，有关发动机零部件方面的设计及与开发过程的高品质、低时间、低成本、低耗能、成为了相关产业提高竞争力的唯一途径。以往传统的发动机零部件设计开发的手段已经不能满足现在的生产需要，必须在传统的方法上进行革新方能顺应发展的要求。但目前在技术与成本的层面上存在着较大的矛盾，所以在连杆设计和连杆材料选择方面还有着较多空间等待着我们的探索。
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