【導(dǎo)讀】模運(yùn)用ANSYS進(jìn)行了有限元分析。其次分別對(duì)連桿大頭、連桿桿身以及連桿小頭進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算，再次，應(yīng)用CAD軟件：Pro/E軟件建立了連桿的三。網(wǎng)格劃分、施加約束和載荷，最后進(jìn)行計(jì)算以達(dá)到對(duì)連桿進(jìn)行強(qiáng)度校核的目的。

　　

【正文】 式中 1max,JP ， 2max,JP ， 3P 分別為活塞組、連桿小頭和連桿大頭的慣性力。 小頭內(nèi)孔表面的面積為： 26 39。21 2 2 1 . 7 5 3 8 . 5 2 6 2 9 . 3 6 52A m m?? ? ? ? ? （ ） 大頭內(nèi)孔表面的面積為： 21 2 3 9 . 9 4 8 . 6 2 6 0 9 1 . 4 0 42A m m?? ? ? ? ? （ ） 連桿小頭受到的是活塞組 1M 的最大往復(fù)慣性力，這個(gè) 力在小頭內(nèi)孔表面的面積上產(chǎn)生的壓力為： 1 m a x,39。2m a x 39。214 28 35 9 33 /17 52 .91JJ P NP N m mA m m? ? ? （ ） 連桿大頭則是承受活塞組 1M 和連桿小頭 2M 往復(fù)慣性力及連桿大頭 3M 產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力，這個(gè)力在大頭內(nèi)孔表面的面積上產(chǎn)生的壓力為： 2m a x 22 3 5 0 5 . 5 5 9 2 3 . 8 5 8 8 /6 0 9 1 . 4 0 4JJ P NP N m mA mm? ? ? （ ） 已知?dú)飧變?nèi)最大爆發(fā)壓力為： ? ? 232 6m a x1 3 0 1 0 1 0 1 0 1 3 2 6 6 544zz DP P N?? ???? ? ? ? ? ? （ ） 氣缸內(nèi)氣體最大爆發(fā)壓力的一瞬間，此時(shí)連桿承受最大壓力以及活塞組和連桿體本身的慣性力。這時(shí)連桿小頭載荷為： 1 m a x 1 m a x m a x 1 m a x 1 3 2 6 6 5 1 4 2 8 5 .6 3 5 9 1 1 8 3 7 9 .3 6 4 1K z J z JP P P P P N? ? ? ? ? ? ? （ ） 這個(gè)力在小頭內(nèi)孔表面積上產(chǎn)生的壓力為： 39。39。21 m a x 39。 1 1 8 3 7 9 . 3 6 4 1 4 5 . 0 2 /2 6 2 9 . 3 6 5Kk PP N m mA? ? ? （ ） 連桿大頭上 的載荷為： ? ?2 m a x 1 m a x 2 m a x 3 m a xK z J J z JP P P P P P P? ? ? ? ? ? （ ） 1 3 2 6 6 5 2 3 5 0 5 . 5 5 9 2 1 0 9 1 5 9 . 4 4 1 N? ? ? 這個(gè)力在大頭內(nèi)孔表面的面積上產(chǎn)生的壓力為： 222 m a x 1 0 9 1 5 9 .4 4 1 1 7 .9 2 0 2 /6 0 9 1 .4 0 4KK PP N m mA? ? ? （ ） 27 連桿幾何模型的建立 利用 Pro/E 建立三維立體模型建立準(zhǔn)確、可靠的計(jì) 算模型 ,是應(yīng)用有限元法進(jìn)行分析的重要步驟之一。在進(jìn)行有限元分析時(shí) ,應(yīng)盡量按照實(shí)物來(lái)建立有限元分析模型 ,但對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物體 ,完全按照實(shí)物結(jié)構(gòu)來(lái)建立計(jì)算模型、進(jìn)行有限元分析有時(shí)會(huì)變得非常困難 ,甚至是不可能的 ,因此可進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。一般來(lái)說(shuō) ,因模型帶來(lái)的誤差要比有限元計(jì)算方法本身的誤差大得多。所以 ,有限元計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性在很大程度上取決于計(jì)算模型的準(zhǔn)確性 [8]。 當(dāng)前，有限元分析技術(shù)在發(fā)動(dòng) 機(jī)零部件設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，它不僅縮短了設(shè)計(jì)周期，而且也大大提高了設(shè)計(jì)精度。首先將 Pro/E 建立的三維立體模型導(dǎo)入有限元分析軟件 ANSYS 中，軟件就可進(jìn)行如下處理： (1)零件粘接； (2)定義分析類型：結(jié)構(gòu)分析； (3)定義單元類型； (4)定義材料屬性； (5)網(wǎng)格化分。對(duì)于操作過(guò)程，只簡(jiǎn)述三個(gè)，其余具體操作不再贅述。 ANSYS Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Exit/Delete[Library of Element TypesStructuralSolidTet10node 92]，如圖 413 所示。 圖 413 定義單元類型 (1)[Material Model Number1structuralLinearElasticIsotropic]。 (EX=+11 PRXT= ) (2)點(diǎn)擊 MaterialNew Model... [Define Material ID=2 OK] [Material Model Number1structuralLinearElasticIsotropic]。 (EX=+11 PRXT= ) (3)點(diǎn)擊 MaterialNew Model... [Define Material ID=3 OK] [Material Model Number1structuralLinearElasticIsotropic]。 (EX=+11 PRXT= ) (4)點(diǎn)擊 MaterialNew Model... [Define Material ID=4 OK] [Material Model Number1structuralLinearElasticIsotropic]。 28 (EX=+11 PRXT= ) 表 中碳結(jié)構(gòu)鋼 45 模鍛材料屬性 材料名稱 彈性模量 E (N/m^2) 泊松比 μ ( ) 質(zhì)量密度ρ (kg/m^3) 抗剪模量 (N/m^2) 張力強(qiáng)度 (N/m^2) 屈服強(qiáng)度 (N/m^2) 45 +11 +03 +10 +08 +08 在網(wǎng)格劃分之前，需要定義分析類型，定義單元類型、定義材料屬性等 [9]。這些屬性對(duì)有限元分析來(lái)說(shuō)，非常重要，不僅影響到網(wǎng)格劃分，而且最關(guān)鍵的是，對(duì)求解的精度影響極大 ，如圖 414所示。 (1)[點(diǎn)擊 Set 后：默認(rèn)對(duì) 1號(hào)零件劃分網(wǎng)格 Element type number=1 SOLID187；Material number=1]。 (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(duì) 1號(hào)零件劃分網(wǎng)格 Element type number=2 SOLID92；Material number=2]。 (點(diǎn)選 Smart Size 精度設(shè)置在 4～ 6之間 ) (3)[點(diǎn)擊 Set 后：默認(rèn)對(duì) 1號(hào)零件劃分網(wǎng)格 Element type number=3 SOLID187；Material number=3]。 (點(diǎn)選 Smart Size 精度設(shè)置在 4～ 6之間 ) (4)[點(diǎn)擊 Set 后：默認(rèn)對(duì) 1號(hào)零件劃分網(wǎng)格 Element type number=4 SOLID92；Material number=4]。 (點(diǎn)選 Smart Size 精度設(shè)置在 4～ 6之間 ) 圖 414 連桿有限元網(wǎng)格圖 29 約束條件 假定連桿小頭當(dāng)作剛體固定，連桿受拉工況，在連桿小頭內(nèi)側(cè)圓柱面上施加徑向約束，并在小頭端面一側(cè)上施加除徑向外的其余兩方向上的約束。連桿受壓工況，在連桿小頭內(nèi)側(cè)圓柱面上施加徑向約束，并在小頭端面一側(cè)上施加除徑向外的其余兩方向上的約束 {10}。為了保證計(jì)算模型滿足實(shí)際情況，在連桿寬度方向中剖面上施加對(duì)稱約束，這樣，整個(gè)連桿的約束就完全了 ， 如圖 415所示。 ： ANSYS Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas[Dick 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 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(duì)連桿拉伸工況進(jìn)行應(yīng)力分析，如圖 416 至圖 425所示。 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。 30 圖 416 拉伸工況下的加載 ANSYS Main MenuSolutionSolveCurrent LS； OK。 ANSYS Main MenuGeneral Postproc Plot ResultsDeformed Shape 選 Def undef edge OK 出現(xiàn)變形 ]，如圖 417所示。 圖 417 拉伸工況的變形效果圖 查看變形結(jié)果： General PostProc Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/Dof Solution X 、 Y、 Z 和總變形 [12]。 (1)[DOF SolutionTranslation UX 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 418 所示。 31 圖 418 連桿拉伸工況下的 X 軸變形 (2)[DOF SolutionTranslation UY 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 419 所示。 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 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 所示。 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 。由有限元分析結(jié)果可知無(wú)論是總變形還是某個(gè)方向變形量都很小，所以連桿剛度足夠。 查看受力結(jié)果： General PostProc Plot Results/Contour Plot/Nodal Solution X 、 Y、 Z 和總壓力 [20]。 (1)[StressXDirection SX 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 422 所示。 圖 422 受拉工況下的 X 軸受力分布 (2)[StressXDirection SY 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 423 所示。 33 圖 423 受拉工況下的 Y 軸受力分布 (3)[StressXDirection SZ 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 424 所示。 圖 424 受拉工況下的 Z 軸受力分布 (4)[StressTotal Von Mise