cz380型柴油机连杆优化设计【字数：12026】
连杆作为柴油机众多部件中不可或缺的一部分，人们对于它们的要求是强度大、质量要轻并且成本还要低，柴油机对于连杆的优化设计要求更为复杂。此次设计首先从了解连杆的结构、连杆的材料选取和连杆设计优化的目的和意义开始，通过学习国内外连杆的发展趋势并加以借鉴进行优化设计，设计之前熟悉了连杆的工作机理和了解影响连杆优化的因素，从而确定设计思路，进行CZ380柴油机连杆优化的设计，包括连杆小头、连杆大头、连杆杆身、连杆螺栓等结构的设计，同时运用CATIA三维软件进行连杆的建模工作并将三维模型进行ANSYS优化，对优化设计后的连杆进行相应的有限元分析，完成连杆疲劳强度校核，并对结构参数进行优化，最终进行连杆各构件的装配。
目录
1．绪论 1
1.1课题的研究的背景和意义 1
1.2有限元分析法在课题设计中的应用 1
1.3课题的主要工作 1
2．连杆结构特点及设计要求 3
2.1柴油机的特点及现状 3
2.2 连杆设计制造的特点和现状 3
2.3连杆的结构特点分析 4
2.3.1连杆的运动分析 4
2.3.2连杆的受力分析 4
2.3.3连杆的结构分析 4
2.4连杆的工作条件和设计要点 5
2.5连杆的材料性能及特点 6
2.6本章小结 7
3．连杆的基本设计方案确定 8
3.1连杆结构和长度的确定 8
3.2连杆小头的设计 9
3.2.1小头结构型式的确定 9
3.2.2小头结构尺寸 9
3.2.3连杆衬套 9
3.3连杆杆身设计 10
3.4连杆大头设计 11
3.4.1大头结构型式的确定 11
3.4.2大头尺寸 11
3.4.3大头定位方法的确定 12
3.5连杆螺栓 12
3.6本章小结 13
4．连杆的优化 14
4.1连杆三维模型以及材料选取 14
4.2连杆的优化分析 15
4.2.1连杆网格的划分 15
4.2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
2 施加载荷以及边界条件的设置 15
4.2.3 连杆分析结果 16
4.2.4 连杆的优化设计 18
4.3疲劳强度计算 21
4.3.1 连杆小头 21
4.3.2 连杆杆身 23
4.3.3连杆大头 24
4.4本章小结 25
5．总结 26
参考文献 27
致谢 28
1．绪论
1.1课题的研究的背景和意义
在汽车制造工业飞速发展的时代里，现代发动机对于连杆的要求是必须具有良好的动力性能和可靠性能，要想提高动力性能和可靠性能那么必须在连杆的强度和刚度上想办法，做出结构优化的设计，目前来说，大部分的公司都会从改变连杆的材料和制造工艺来优化连杆，从而最后使连杆体积更小，功率变大以及油耗变低。
本课题的研究方向在于借助CATIA软件，对连杆进行有限元分析，得出应力分布，最大应力点等连杆工况的信息，然后对其进行力学分析，从而进一步完成优化设计。优化设计的意义在于满足连杆基本的强度和刚度的基础上，对其进行优化改良，从而使连杆的可靠性、经济性等方面获得一定的提升，使其自身质量更小，工作更加高效，满足工业发展的日益需求。
1.2有限元分析法在课题设计中的应用
有限元分析法利用数学近似的方法对于连杆的各项工况进行模拟，利用简单而又相互作用的元素，就可以有限数量的未知量去确定连杆实际工况下的条件因素。本质上有限元方法就是将问题简单化，他需要将你的三维模型进行网格划分的工作，然后对你划分的每一个网格进行求解，求到的都是一个近似解，然后通过这一个个的近似解求出总的计算结果，比如在连杆优化设计当中，就可以通过有限元方法求出连杆的应力分布以及进行结构分析，从而得出哪里需要优化。对于为什么运用有限元分析方法对连杆进行优化设计，因为有限元方法它计算的准确性很高，各种复杂的构件他都能够适应并且通过电脑导入，此设计在后面对连杆的网格划分、应力分析、拓扑优化都会用到有限元分析法，得出连杆的应力图和结构优化图，从而对连杆进行正确的优化设计。
1.3课题的主要工作
（1）了解连杆的结构、连杆的材料选取和连杆设计优化的目的和意义
（2）了解国内外连杆的发展趋势并加以借鉴进行优化设计
（3）设计之前熟悉连杆的工作机理和了解影响连杆优化的因素
（4）确定设计目标，进行CZ380柴油机连杆优化的设计
（5）熟悉掌握CATIA三维设计软件并进行连杆的优化设计并且能够通过ANSYS软件对优化设计后的连杆进行相应的有限元分析，然后进行校核连杆各个部件的强度，如果发现强度不满足后还要继续进行优化设计。
（6）连杆各构件的装配
2．连杆结构特点及设计要求
2.1柴油机的特点及现状
众所周知，柴油机因为其过大的压缩比而深受大型机器的喜爱，过大的压缩比可以使发动机的热效率利用率更高，并且在经济性能和排放性能方面它也优于某些汽油机。按照常用的分类方法，车用柴油机可以分为单缸柴油机、双缸柴油机、六缸柴油机等。由于柴油发动机热效率和经济型较好，因此广泛用于大型、专业的商用车上。随着重型货车、重型客车等细分市场的快速增长，车用柴油机也迎来大量市场需求。
2.2 连杆设计制造的特点和现状
随着连杆设计不断发展和进步，越来越多的公司注重于短连杆的设计，因为短连杆最直接的特点就是可以让连杆更加的轻，从而节省成本。现在在高速的内燃机中，l/λ值已经小到3.15。在国外的一些公司，他们对于连杆小头的设计一般采用楔形的结构，这种结构在加工过程中比较复杂，并且成本相对于小头其他结构形式来说也是非常的高，但是这样也有它的有点，比如说可以让大小头的端面宽度一样大。这种情况下，连杆大头一般采取平切口。无论是何种连杆，在设计的时候，一定要考虑连杆的疲劳强度以及结构强度，因为连杆的疲劳强度达不到某种发动机要求的时候，就有可能会造成连杆杆身发生断裂，对于整个发动机来说，一个零件的损坏毋庸置疑会造成整个发动机的损坏。另一方面，连杆的刚度如若没有达到要求，连杆的各个构件的磨损就会变大，对于连杆螺栓的符负荷就会变大。所以对于连杆来说，疲劳强度和结构强度缺一不可。另外，连杆作为一个构件，大头作旋转运动，小头作往复运动，必须尽量减轻连杆的重量。综上所述，连杆的优化设计必须综合的去考虑，包括材料选取、结构计划设想和选择哪种制造工艺，这都是需要在制定完整设计前需要考虑的。
目录
1．绪论 1
1.1课题的研究的背景和意义 1
1.2有限元分析法在课题设计中的应用 1
1.3课题的主要工作 1
2．连杆结构特点及设计要求 3
2.1柴油机的特点及现状 3
2.2 连杆设计制造的特点和现状 3
2.3连杆的结构特点分析 4
2.3.1连杆的运动分析 4
2.3.2连杆的受力分析 4
2.3.3连杆的结构分析 4
2.4连杆的工作条件和设计要点 5
2.5连杆的材料性能及特点 6
2.6本章小结 7
3．连杆的基本设计方案确定 8
3.1连杆结构和长度的确定 8
3.2连杆小头的设计 9
3.2.1小头结构型式的确定 9
3.2.2小头结构尺寸 9
3.2.3连杆衬套 9
3.3连杆杆身设计 10
3.4连杆大头设计 11
3.4.1大头结构型式的确定 11
3.4.2大头尺寸 11
3.4.3大头定位方法的确定 12
3.5连杆螺栓 12
3.6本章小结 13
4．连杆的优化 14
4.1连杆三维模型以及材料选取 14
4.2连杆的优化分析 15
4.2.1连杆网格的划分 15
4.2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
2 施加载荷以及边界条件的设置 15
4.2.3 连杆分析结果 16
4.2.4 连杆的优化设计 18
4.3疲劳强度计算 21
4.3.1 连杆小头 21
4.3.2 连杆杆身 23
4.3.3连杆大头 24
4.4本章小结 25
5．总结 26
参考文献 27
致谢 28
1．绪论
1.1课题的研究的背景和意义
在汽车制造工业飞速发展的时代里，现代发动机对于连杆的要求是必须具有良好的动力性能和可靠性能，要想提高动力性能和可靠性能那么必须在连杆的强度和刚度上想办法，做出结构优化的设计，目前来说，大部分的公司都会从改变连杆的材料和制造工艺来优化连杆，从而最后使连杆体积更小，功率变大以及油耗变低。
本课题的研究方向在于借助CATIA软件，对连杆进行有限元分析，得出应力分布，最大应力点等连杆工况的信息，然后对其进行力学分析，从而进一步完成优化设计。优化设计的意义在于满足连杆基本的强度和刚度的基础上，对其进行优化改良，从而使连杆的可靠性、经济性等方面获得一定的提升，使其自身质量更小，工作更加高效，满足工业发展的日益需求。
1.2有限元分析法在课题设计中的应用
有限元分析法利用数学近似的方法对于连杆的各项工况进行模拟，利用简单而又相互作用的元素，就可以有限数量的未知量去确定连杆实际工况下的条件因素。本质上有限元方法就是将问题简单化，他需要将你的三维模型进行网格划分的工作，然后对你划分的每一个网格进行求解，求到的都是一个近似解，然后通过这一个个的近似解求出总的计算结果，比如在连杆优化设计当中，就可以通过有限元方法求出连杆的应力分布以及进行结构分析，从而得出哪里需要优化。对于为什么运用有限元分析方法对连杆进行优化设计，因为有限元方法它计算的准确性很高，各种复杂的构件他都能够适应并且通过电脑导入，此设计在后面对连杆的网格划分、应力分析、拓扑优化都会用到有限元分析法，得出连杆的应力图和结构优化图，从而对连杆进行正确的优化设计。
1.3课题的主要工作
（1）了解连杆的结构、连杆的材料选取和连杆设计优化的目的和意义
（2）了解国内外连杆的发展趋势并加以借鉴进行优化设计
（3）设计之前熟悉连杆的工作机理和了解影响连杆优化的因素
（4）确定设计目标，进行CZ380柴油机连杆优化的设计
（5）熟悉掌握CATIA三维设计软件并进行连杆的优化设计并且能够通过ANSYS软件对优化设计后的连杆进行相应的有限元分析，然后进行校核连杆各个部件的强度，如果发现强度不满足后还要继续进行优化设计。
（6）连杆各构件的装配
2．连杆结构特点及设计要求
2.1柴油机的特点及现状
众所周知，柴油机因为其过大的压缩比而深受大型机器的喜爱，过大的压缩比可以使发动机的热效率利用率更高，并且在经济性能和排放性能方面它也优于某些汽油机。按照常用的分类方法，车用柴油机可以分为单缸柴油机、双缸柴油机、六缸柴油机等。由于柴油发动机热效率和经济型较好，因此广泛用于大型、专业的商用车上。随着重型货车、重型客车等细分市场的快速增长，车用柴油机也迎来大量市场需求。
2.2 连杆设计制造的特点和现状
随着连杆设计不断发展和进步，越来越多的公司注重于短连杆的设计，因为短连杆最直接的特点就是可以让连杆更加的轻，从而节省成本。现在在高速的内燃机中，l/λ值已经小到3.15。在国外的一些公司，他们对于连杆小头的设计一般采用楔形的结构，这种结构在加工过程中比较复杂，并且成本相对于小头其他结构形式来说也是非常的高，但是这样也有它的有点，比如说可以让大小头的端面宽度一样大。这种情况下，连杆大头一般采取平切口。无论是何种连杆，在设计的时候，一定要考虑连杆的疲劳强度以及结构强度，因为连杆的疲劳强度达不到某种发动机要求的时候，就有可能会造成连杆杆身发生断裂，对于整个发动机来说，一个零件的损坏毋庸置疑会造成整个发动机的损坏。另一方面，连杆的刚度如若没有达到要求，连杆的各个构件的磨损就会变大，对于连杆螺栓的符负荷就会变大。所以对于连杆来说，疲劳强度和结构强度缺一不可。另外，连杆作为一个构件，大头作旋转运动，小头作往复运动，必须尽量减轻连杆的重量。综上所述，连杆的优化设计必须综合的去考虑，包括材料选取、结构计划设想和选择哪种制造工艺，这都是需要在制定完整设计前需要考虑的。
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