【導(dǎo)讀】：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字，合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒。機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用其材料。與我一同工作的同志對本設(shè)計(jì)（研。究）所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。但由于連桿工作情況的惡劣，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)很難兼顧穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性。等方面，缺乏競爭力。本文基于這一實(shí)際情況首先將完成6108型柴油機(jī)連桿各。建立三維和二維模型，完成連桿三維和二維的零件圖和裝配圖。應(yīng)力情況得到更直觀的分析結(jié)果。本設(shè)計(jì)利用CATIA對已建好的三維連桿體模型。力圖等進(jìn)行更準(zhǔn)確的分析，最后提出了優(yōu)化方案。

　　

【正文】 繪制草圖，然后單擊工具欄上的“尺寸標(biāo)注” ，完成尺寸標(biāo)注（如圖 35 所示）。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 連桿三維模型的建立 25 圖 35 小頭草圖繪制 （ 2） 單擊“在對話框中定義的約束”圖標(biāo) ，完成約束定義。單擊工具欄的“旋轉(zhuǎn)體”圖標(biāo) ， 系統(tǒng)會(huì)彈出如圖 36所示的“定義旋轉(zhuǎn)體”對話框，在“限制”列表框選擇“第一 角度”文本框，選擇“ 360deg”，在“軸線”列表框中的“選擇”文本框中輸入“草圖軸線”，單擊 得到小頭草圖，如圖 37所示。 圖 36 定義旋轉(zhuǎn)體對話框 圖 37 連桿小頭旋轉(zhuǎn)體 （ 3）選擇 zx 平面做參考平面，單擊工具欄上的“孔圖標(biāo)” ，系統(tǒng)會(huì)彈 出如圖 38所示的“孔定義”對話框，在“擴(kuò)展”下拉列表框中選擇“直到最后”在“直徑”文本框中輸入小頭內(nèi)徑尺寸“ ”，在深度文本框中輸入“ 42”，單擊右邊的“定位草圖”按鈕 ，進(jìn)入孔的草圖模式狀態(tài)，約束草圖位置，如圖39所示。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 連桿三維模型的建立 26 圖 38 孔定義對話框 圖 39 連桿小頭內(nèi)徑孔 連桿大頭的建立 （ 1） 同連桿小頭旋轉(zhuǎn)體步驟可得出如圖 310 所示的連桿大頭草圖及如圖 311所示的連桿大頭旋轉(zhuǎn)體圖。 圖 310連桿大頭草圖 圖 310 連桿大頭旋轉(zhuǎn)體 （ 2） 同小頭內(nèi)徑孔的建立過程，可得出大頭內(nèi)徑孔，如圖 311 所示。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 連桿三維模型的建立 27 圖 311 大頭內(nèi)徑孔 連桿體邊倒圓角 （ 1） 單擊工具欄上“倒圓角”圖標(biāo) ，系統(tǒng)彈出“倒圓角定義”對話框，輸入大頭與桿身之間倒圓角半徑“ 40”（如圖 312） ，單擊 ，結(jié)果如圖 313所示。 圖 312 倒圓角定義對話框 圖 313 連桿大頭與桿身倒圓角 （ 2） 同上一步，可得連桿小頭與桿身倒圓角“ 10”，如圖 314 所示。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 連桿三維模型的建立 28 圖 314 連桿小頭與桿身倒圓角 創(chuàng)建連桿體凹槽 （ 1）選取 yz 平面為草圖參考面，然后單擊工具欄中的“草圖”圖標(biāo) ， 進(jìn)入草圖繪制模式。利用 “直線” 、“圓” “弧” “快速剪裁” 等命令按鈕繪制草圖，然后單擊工具欄上的“尺寸標(biāo)注” ，完成尺寸標(biāo)注。單擊“在對話框中定義的約束”圖標(biāo) ，完成約束定義。如圖 315所示。 圖 315 桿身凹槽草圖 （ 2） 單擊工具欄“凹槽”圖標(biāo) ，系統(tǒng)彈出如圖 316所示的“凹槽定義”對話框，在“類型”下拉列表框中選擇“尺寸” ，在“深度”文本框中輸入“ ”，單擊 （凹槽效果圖如圖 317 所示）。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 連桿三維模型的建立 29 圖 316 凹槽定義對話框 圖 317 凹槽效果 細(xì)節(jié)處理 （ 1） 創(chuàng)建兩側(cè)凸臺(tái)：參照上面“凸臺(tái)”建立過程，繪制大頭兩側(cè)的凸臺(tái)，效果如圖 318 所示。 圖 318 繪制連桿體兩側(cè)凸臺(tái) （ 2） 在兩側(cè)凸臺(tái)打孔：參照上面“孔”的建立過程（草圖如圖 319 所示），在定義孔對話框“直徑”選擇“ 14”，然后 單擊工具欄“內(nèi)螺紋 /外螺紋”圖標(biāo) ，系統(tǒng)彈出“定義內(nèi)螺紋 /外螺紋”對話框，選擇“外螺紋”，在“外螺紋描述”中選擇“ M14” ，在“外螺紋深度”中選擇“ 35mm”，選擇“右旋螺紋”，單擊如圖 320 所示。得到的螺紋孔效果圖如圖 321 所示。 圖 319 建立螺紋孔 圖 320 定義外螺紋 /內(nèi)螺紋對話框 圖 321 螺紋孔效果 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 連桿三維模型的建立 30 （ 3）在連桿 小頭上開油孔：參照“孔”建立過程，在小頭上開有直徑為“ 4”的油孔，草圖如圖 322所示。 圖 322 小頭油孔草圖 （ 4） 在大頭上建立定位槽：參照“凹槽”建立過程，在大頭凸臺(tái)上建立軸瓦的定位槽，草圖如圖 323 所示，得到的定位槽效果圖如圖 324所示。 圖 323 定位槽草圖 圖 324 定位槽 效果圖 （ 6）完成對大頭外徑倒圓角等細(xì)節(jié)處理，最后可得出連桿體的三維模型，如圖325 所示。 圖 325 連桿體三維圖 連桿襯套、連桿大頭蓋、螺栓、軸瓦 連桿襯套、大頭蓋、螺栓、軸瓦的繪制過程很多部分和連桿體相似，都是通過草圖 拉伸 修改元素的過程。建成的分別如圖 32 32 32 329 所示。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 連桿三維模型的建立 31 圖 326 襯套建立 圖 327 大頭蓋建立 圖 328 螺栓建立 圖 329 軸瓦建立 連桿裝配思路 連桿的裝配較簡單，按照連桿體裝配→連桿襯套裝配→連桿軸瓦裝配→第二塊軸瓦裝配→連桿大頭蓋裝配→連桿螺栓裝配的順序進(jìn)行。 連桿的裝配 （ 1） 雙擊 圖標(biāo)，進(jìn)入 CATIA 軟件，選擇“開始”→“機(jī)械設(shè)計(jì)”→“裝配設(shè)計(jì)”命令，進(jìn)入裝配件設(shè)計(jì)模塊。 （ 2） 利用右鍵菜單中的“屬性”命令將特征樹上 的產(chǎn)品名稱由“ Product1”改為“ lianganzhuangpei”，單擊 。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 連桿三維模型的建立 32 （ 3） 單擊“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)”工具欄中的“具有定位的現(xiàn)有組件”圖標(biāo) ，然后單擊特征樹上的裝配件產(chǎn)品“ lianganzhuangpei”，系統(tǒng)會(huì)彈出“文件選擇”對話框，選擇“ lianganti”。然后單擊【打開】按鈕。 （ 4） 系統(tǒng)會(huì)彈出如圖 330所示的“智能移動(dòng)”對話框，在對話框的圖形窗口中顯示所插組件的預(yù)覽圖。選中“自動(dòng)約束創(chuàng)建”，單擊 ，完成組件插入，并在組件上生成一個(gè)固定組件約束，如圖 331所示。 圖 330 智能移動(dòng)對話框 圖 331 操作系數(shù)對話框 （ 5）單擊“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)”工具欄中的“現(xiàn)有組件”圖標(biāo) ，單擊特征樹上的裝配產(chǎn)品“ lianganzhuangpei”，在彈出的“文件選擇”對話框中選擇“ chentao”，導(dǎo)入襯套組件。 （ 6）單擊“移動(dòng)”工具欄中的“操作”圖標(biāo) ，會(huì)彈出如圖 332 所示的“操作系數(shù)”對話框。在利用圖標(biāo)“沿 x 軸拖動(dòng)” 、“沿 y 軸拖動(dòng)” 、“沿任意軸拖動(dòng)” 將襯套移動(dòng)到合適位置。 （ 7）單擊約束工具欄中的“相合約束”圖標(biāo) ，分別選擇小頭軸線和襯套軸線，創(chuàng)建相合約束將襯套約束到合適位置，完成襯套和連桿的裝配。 （ 8）按照上述步驟分別完成軸瓦、大頭蓋、螺栓的裝配，即可完成連桿的裝配，得到的連桿裝配圖如圖 332 所示。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 連桿三維模型的建立 33 圖 332 連桿裝配 本章小結(jié) 本章主要就上一章的設(shè) 計(jì)計(jì)算結(jié)果完成了連桿三維模型的創(chuàng)建，為下一章連桿的有限元分析提供了依據(jù)。 因?yàn)樵谟邢拊治鲋?，所考慮的連桿強(qiáng)度應(yīng)為連桿的應(yīng)力集中點(diǎn)，在連桿的三維建模中也要畫出連桿上的油孔，定位銷釘孔等，但是在有限元分析的網(wǎng)格劃分中，這些部位就會(huì)使網(wǎng)格很密集。也就是說會(huì)很大的增多了模型的網(wǎng)格數(shù)量和單元數(shù)量。會(huì)增大了計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間，也增大了誤差，使最后的分析結(jié)果不盡如人意，降低了求解的精度。 根據(jù)形狀特征結(jié)構(gòu)的連桿的有限元計(jì)算的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作。解決方案是根據(jù)計(jì)算時(shí)間和精度，所以在連桿建模時(shí) ,三維設(shè)計(jì)做了一些簡化。參考其他部分的結(jié)構(gòu) 計(jì)算的經(jīng)驗(yàn) ,認(rèn)為小圓角和細(xì)油孔的連桿結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)力學(xué)效應(yīng)是非常小的 ,在建模時(shí)忽略了半徑小于 4毫米的圓角和小于 4毫米直徑的油孔。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 連桿的有限元分析 34 4 連桿的有限元分析 現(xiàn)代柴油機(jī)不斷向高速、重載、輕型、大功率方向發(fā)展，連桿工作條件將愈加惡劣，對連桿的要求愈加苛刻， 長期工作的連桿在各種應(yīng)力狀態(tài)的作用下，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中和變形的現(xiàn)象。導(dǎo)致連桿產(chǎn)生疲勞裂紋，繼而導(dǎo)致連桿斷裂。而作為連接曲軸和活塞的部件，連桿一旦失效，就會(huì)使另外兩個(gè)部件隨之破壞，會(huì)對柴油機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。所以對連桿而言，如何比較準(zhǔn) 確得到危險(xiǎn)載荷下的應(yīng)力分布和變形大小，對連桿結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和內(nèi)燃機(jī)發(fā)展具有重要意義。 采用較為先進(jìn)的有限元法來模擬連桿工作時(shí)的受力狀況，從而更加直觀的觀察連桿在危險(xiǎn)載荷下的應(yīng)力情況，為連桿設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供理論依據(jù)。本次設(shè)計(jì)采用 CATIA進(jìn)行有限元分析，其原理是將連續(xù)的求解域離散為一組單元的組合體，用在每個(gè)單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片的表示求解域上待求的未知場函數(shù)，近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在單元各節(jié)點(diǎn)的數(shù)值插值函數(shù)來表達(dá)。從而使一個(gè)連續(xù)的無限 自由度 問題變成離散的有限自由度問題。 有限元分析思路 分析步驟如下： （ 1） 連桿材料的選擇； （ 2） 網(wǎng)格的劃分； 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 連桿的有限元分析 35 （ 3） 檢查模型； （ 4） 添加連接和設(shè)置邊界條件； （ 5） 指定載荷條件； （ 6） 計(jì)算模型； （ 7） 生成應(yīng)力圖； （ 8） 總結(jié)和優(yōu)化。 連桿材料的選擇 本設(shè)計(jì)不考慮溫度對材料性能的影響，連桿體和連桿蓋材料均為 45鋼，強(qiáng)化處理后其屈服強(qiáng)度可達(dá)到 700MPa，彈性模量為 ）（ 2mm/ ? ，密度為3kg/m7850 ，其屈服強(qiáng)度考慮范圍僅限于線彈性。 在 CATIA結(jié)構(gòu)分析工作臺(tái)中導(dǎo)入三維模型，點(diǎn)擊“ Apply material”應(yīng)用材料圖標(biāo) ，然后可以在系統(tǒng)默認(rèn)的材料庫中選擇材料“ Steel”，給連桿體著色。選擇材料后的連桿模型如圖 41所示。 圖 41 選擇材料后的連桿模型 網(wǎng)格的劃分 CATIA軟件網(wǎng)格是自動(dòng)劃分的，在零件圖上可看到一個(gè)綠色的三角形，表示網(wǎng)格已劃分，如圖 42所示 。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)