【正文】 ck Single list of Items 選擇約束的面“要固定的表面” 點(diǎn) OK 出現(xiàn)約束方向定義 選 ALL DOF； VALUE Displacement value=0]。 圖 419 連桿受拉工況下的 Y 軸變形 (3)[DOF SolutionTranslation UZ Def Shape Only Fact Optional Scale Factor =1 Interpolation Nodes 中 選擇 1 Corner Only Eff Nu for Eqv Strain 的框中不填 OK]，如圖 420 所示。 圖 424 受拉工況下的 Z 軸受力分布 (4)[StressTotal Von Mises E。 圖 421 連桿受拉工況下的總變形 變形結(jié)果分析： x 方向最大變形為 ， y方向最大變形為 ， z方向大變形為 ，總方向變形為 。 ANSYS Main MenuSolutionApplyStructuralPressureOn Areas [選受力面；選完點(diǎn) OK Apply Pres On Areas As a=Constant value； Value Load Pres Value=(加載的力的大小 )；下個(gè)空添 1； OK][11]，如圖 416 所示。 (點(diǎn)選 Smart Size 精度設(shè)置在 4～ 6之間 ) (2)[點(diǎn)擊 Set 后：默認(rèn)對 1號零件劃分網(wǎng)格 Element type number=2 SOLID92；Material number=2]。 ANSYS Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Exit/Delete[Library of Element TypesStructuralSolidTet10node 92]，如圖 413 所示。21 m a x 39。本軟件模擬最惡劣的工況進(jìn)行計(jì)算，即把連桿的受力狀態(tài)固定在工況最惡 劣的瞬時(shí)，在連桿的兩個(gè)側(cè)面并無外力作用，化為在靜力作用下的應(yīng)力分析問題來處理 [3]。 。 圖 47 連桿體 建立連桿端蓋 建立連桿端蓋的過程比較簡單，很多過 程與上一部分相似，這里不再贅述。 圖 45 連桿平切口凸臺(tái) 【插入】→【拉伸】命令進(jìn)入。 DTM2 面為基準(zhǔn)，向兩邊使用拉伸命令。 。 那么 連桿螺栓的屈服強(qiáng)度為： M P 3 1 5 5 3 ??? M P ans 4 0 0 0 ??? ?? 則校核合格。 循環(huán)的應(yīng)力幅 a? 和平均應(yīng)力 m? ，在連桿擺動(dòng)平面為 ： M P ax 1a ????? ??? （ ） M P ax 8 12 9 7 02 1m ????? ??? （ ） 在垂直擺動(dòng)平面內(nèi)為 ： MPay 9 2 82 1a ????? ??? （ ） MPay 6 02 9 2 82 1m ????? ??? （ ） 連桿桿身的安全系數(shù)為 ： ma ????????? 1n （ ） 17 式中 ： 1? — 材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限， 21 ~ ??? 2N/mm （ 碳素 鋼），取 21 ??? 2N/mm ； ?? — 材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，取 ?? =； ?? —工藝系數(shù)， ~??? ，取 。 4331 69312 mmh ???? 則 901052 6523???? ?????? ）（）（? 對于一般發(fā)動(dòng)機(jī)，此變形量的許可值應(yīng)小于直徑方向間隙的一半，標(biāo)準(zhǔn)間隙一般為 ~ ，則校核合格。若襯套材料的膨脹系數(shù)比連桿材料的大，則 隨工作時(shí)溫度升高，過盈增大，小頭斷面中的應(yīng)力也增大。為了結(jié)構(gòu)緊湊，軸瓦厚度 δ 2趨于減薄，因此，本處所謂設(shè)計(jì)大頭設(shè)計(jì)， 實(shí)際上是指確定連桿大頭在擺動(dòng)平面內(nèi)某些主要尺寸，連桿大頭剖分形式，定位方式，及大頭蓋得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。若想使連桿在相同載荷作用下，這兩個(gè)平面內(nèi)的穩(wěn)定性相同，則必須 Ix≈4Iy,據(jù)統(tǒng)計(jì) Ix=（ 2～ 3） Iy，這使連桿在垂直擺動(dòng)平面內(nèi)有較大的抗彎能力。在四沖程柴油機(jī)中，為減少小頭軸承的沖擊負(fù)荷，間隙應(yīng)盡量取小些，以不發(fā)生咬合為 原則。 在現(xiàn)代高速內(nèi)燃機(jī)中，連桿長度的下限大約是 l=，即 ? =1/，上限大約是l=4R。柴油機(jī)連桿選用中碳合金優(yōu)質(zhì)鋼，選用中碳合金鋼是因?yàn)樗?jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理之后能夠發(fā)揮良好的機(jī)械性能加進(jìn)少許合金元素是為了再提高其機(jī)械性能在鋼中加入錳元素使鋼具有較高的拉伸強(qiáng)度極限、較高的硬度及較好的韌性；加入少量鉻不但能大幅度提高拉伸強(qiáng)度極限和硬度，還能增加鋼在熱處理時(shí)的穩(wěn)定性；鉬加入鋼中能使鋼具有較大的強(qiáng)度極限 、屈服極限和很好的塑性。桿身彎曲會(huì)使活塞相對于氣缸、軸承相對于軸頸發(fā)生歪斜；也的失圓會(huì)使軸承失去正常配合。若在垂直于擺動(dòng)平面內(nèi)發(fā)生彎曲，則危害更大，造成軸承不均勻磨損，甚至燒瓦 。經(jīng)過這三個(gè)環(huán)節(jié)，就完成了基于 ANSYS 的連桿強(qiáng)度分析。鍛造毛坯的精度及剛性差、孔加工的精度低、連續(xù)帶狀切屑的斷屑、平面加工的毛刺、因夾壓和內(nèi)應(yīng)力的重新分布而產(chǎn)生的幾何變形等，是加工工藝長期以來需要研究和解決的主要技術(shù)問題。 目前，碳素鋼和合金鋼連桿、非調(diào)質(zhì)鋼連桿、粉末冶金連桿、鈦合金連桿等都有很廣泛的應(yīng)用，但在力學(xué)性能、生產(chǎn)成本等各個(gè)方面又各有優(yōu)劣。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 20xx年國內(nèi)柴油市場達(dá)到 190 萬臺(tái)規(guī)模。 20xx 年中國進(jìn)口了 億噸原油和 4000 萬噸成品油，共花了 420 億美元，以后將會(huì)逐年增加。當(dāng)前柴油發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)重點(diǎn)角逐的市場是輕型載貨車柴油機(jī)市場和客、轎車柴油機(jī)市場。有限元方法是近似求解一般連續(xù)問題的數(shù)值方法，它最先應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析，很快就廣泛應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等連續(xù)問題。連桿小端工作時(shí)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，大端作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，桿身作復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)，因此連桿的受力情況十分復(fù)雜。 本科學(xué)生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 4110 柴油機(jī)連桿設(shè)計(jì)及有限元分析 系部名稱 ： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級： 車輛工程 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 講 師 附件：畢業(yè)論文排版示例 項(xiàng)目 名華文中宋 四號字， 填 加文字楷體_GB2312小三號居下劃線中 宋體三號字，字間加一個(gè)空格，居中加黑，日期不加黑 論文封面示例，同前 The Graduation Design for Bachelor39。 連桿是內(nèi)燃機(jī)中的重要的傳動(dòng)零件之一，其作用是連接活塞與曲軸，將作用在活塞上的力傳給曲軸，使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對外輸出做功。目前，有限元法已日趨成熟實(shí)用，所應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣并發(fā)揮著越來越重要的作用。車用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)市場按其配套車型可分為貨車柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)市場和客、轎車用柴油機(jī)市場兩大類。 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 隨著國家經(jīng)濟(jì)長期穩(wěn)定發(fā)展，汽車工業(yè)也得到飛速提高，國內(nèi)近幾年汽車產(chǎn)量和銷量如下表： 表 汽車產(chǎn)銷量表 年度 總產(chǎn)量 總銷量 乘用車 商用車 產(chǎn)量 銷量 產(chǎn)量 銷量 07 年 570． 77 08 年 09 年 汽車產(chǎn)量 和保有量的迅速增長導(dǎo)致了石油能源需求的矛盾加劇，使中國成為了石油進(jìn)口大國，每年需進(jìn)口石油總產(chǎn)量的百分之三十。目前重車基本應(yīng)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，而輕型車配柴油機(jī)只占 33﹪。 隨著汽車工業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展，對于發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能及可靠性要求越來越高，而連桿的強(qiáng)度、剛度對提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性及可靠性至關(guān)重要，因此國內(nèi)外各大發(fā)動(dòng)機(jī)研制公司對發(fā)動(dòng)機(jī)連桿用材料及制造技術(shù)的研究都非常重視。 雖然連桿加工本身所包括的工藝內(nèi)容并不復(fù)雜，但由于材質(zhì)、外形尺寸以及要求的加工精度，經(jīng)常給加工帶來不少困難。 CAD、 Pro/E 軟件對連桿進(jìn)行了三維幾何建模，在利用 ANSYS 軟件進(jìn)行連桿的前處理過 程中，包括實(shí)體建模、定義材料屬性、定義單元類型、網(wǎng)格劃分；求解過程，包括施加約束、施加載荷、進(jìn)行求解計(jì)算；后處理過程，包括結(jié)果的觀察、分析和檢驗(yàn)。 由于連桿為一細(xì)長桿件，當(dāng)受壓縮和橫向慣性力作用時(shí)，若連桿桿身剛度不足，則會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。在力的作用下，桿身應(yīng)該不致被顯著壓彎，連桿大小頭也應(yīng)該不致顯著失圓。 目前用于連桿的材料多為中碳鋼，而對大功率柴油機(jī)連桿則多采用高強(qiáng)度合金鋼。連桿長度越短，即 ? 越大，則可降低發(fā)動(dòng)機(jī)高度，減輕運(yùn)動(dòng)件重量和整機(jī)重量，對高 8 速化有利，但 ? 大，使二級往復(fù)慣性力及氣缸側(cè)壓力增大，并增加曲軸平衡塊與活塞、氣缸相碰的可能性。 圖 22 連桿小頭結(jié)構(gòu)型式 連桿襯套 襯套與連桿小頭孔為過盈配合，青銅襯套與活塞銷的配合間隙 ? 大致在（ ～） d 的范圍內(nèi)，在采用粉末冶金襯套時(shí)，由于襯套壓入后，內(nèi)徑會(huì)縮小，因此配合間隙應(yīng)適當(dāng)放大，一般 ? 大致在（ ～ ） d。連桿桿身采用工字形截面，其長軸位于連桿擺動(dòng)平面，這種截面對材料利用得最為合理，這是由于連桿在擺動(dòng)平面內(nèi)上下兩端的連接相當(dāng)于鉸支，而在垂直連桿擺動(dòng)平面的方向，其上下兩頭的連接則相當(dāng)于兩端固定的壓桿，故后者穩(wěn)定性好，允許的失穩(wěn)臨界力大。其中 D B2是根據(jù)曲軸強(qiáng)度、剛度和軸承的承壓能力，在曲軸設(shè)計(jì)中確定。 12 第 3 章 連桿的 強(qiáng)度、剛度計(jì)算 連桿小頭的強(qiáng)度校核 以過盈壓入連桿小頭的襯套，使小頭斷面承受拉伸壓力。 連桿小頭的剛度計(jì)算 當(dāng)采用浮動(dòng)式活塞銷時(shí)，必須計(jì)算連桿小頭在水平方向由于往復(fù) 慣性力而引起的直徑變形，其經(jīng)驗(yàn)公式為 : 6233j m a x10 )90(P ? ???EId m ?? （ ） 式中 ： ? — 連桿小頭直徑變形量， mm ； md — 連桿小頭的 平均直徑， mm ； I — 連桿小頭斷面積的慣性矩 。 連桿桿身所受的是非對稱的交變循環(huán)載荷，把 x? 或 y? 看作循環(huán)中的最大應(yīng)力，看作是循環(huán)中的最小應(yīng)力，即可求得桿身的疲勞安全系數(shù)。 19 連桿螺栓的屈服強(qiáng)度校核和疲勞計(jì)算 連桿螺栓預(yù)緊力不足不能保證連接的可靠性，但預(yù)緊力過大則可能引起材料超出屈服極限，則應(yīng)校核屈服強(qiáng)度，滿足 ： nFP s?? ?? min （ ） 式中 ： minF — 螺栓最小截面積， 222m i n mmdF M ???? ??； P — 螺栓的總預(yù)緊力， NPPP 1 5 5 1 5 2 33021 ????? ； n — 安全系數(shù)， ~?n ，取 ； s? — 材料的屈服極限，一般在 600MPa 以上[16]。 ，繪制基本曲線，運(yùn) 用直線、圓、倒角、剪切等命令按照設(shè)計(jì)的尺寸繪制出輪廓曲線。 圖 42 連桿主體 建立連桿大頭和小頭 DTM2 面，輸入 。 建立連桿大頭部位凸臺(tái) ，如圖 45所示。 ，如圖 47 所示 。 (2)使用螺旋命令，建立螺紋。 25 圖 412 連桿圖 連桿工況選擇與載荷計(jì)算 計(jì)算工況的選擇 在內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，連桿作復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)，它受到的力是周期變化的。39。對于操作過程，只簡述三個(gè)，其余具體操作不再贅述。 (1)[點(diǎn)擊 Set 后：默認(rèn)對 1號零件劃分網(wǎng)格 Element type number=1 SOLID187；Material number=1]。 圖 415 連桿約束網(wǎng)格圖 連桿應(yīng)力分析 連桿拉伸工況下的應(yīng)力分析 運(yùn)用 ANSYS 對連桿拉伸工況進(jìn)行應(yīng)力分析，如圖 416 至圖 425所示。 圖 420 連桿受拉工況下的 Z 軸變形 32 (4)[DOF SolutionTranslation USUM Def Shape Only Fact Optional Scale Factor =1 Interpolation Nodes 中 選擇 1 Corner Only Eff Nu for Eqv Strain的框中不填 OK][19]，如圖 421