【正文】 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 。選擇材料后的連桿模型如圖 41所示。 連桿材料的選擇 本設(shè)計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，強化處理后其屈服強度可達到 700MPa，彈性模量為 ）（ 2mm/ ? ，密度為3kg/m7850 ，其屈服強度考慮范圍僅限于線彈性。從而使一個連續(xù)的無限 自由度 問題變成離散的有限自由度問題。 采用較為先進的有限元法來模擬連桿工作時的受力狀況，從而更加直觀的觀察連桿在危險載荷下的應(yīng)力情況，為連桿設(shè)計的優(yōu)化提供理論依據(jù)。而作為連接曲軸和活塞的部件，連桿一旦失效，就會使另外兩個部件隨之破壞，會對柴油機產(chǎn)生嚴重的后果。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 連桿的有限元分析 34 4 連桿的有限元分析 現(xiàn)代柴油機不斷向高速、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，會產(chǎn)生應(yīng)力集中和變形的現(xiàn)象。解決方案是根據(jù)計算時間和精度，所以在連桿建模時 ,三維設(shè)計做了一些簡化。會增大了計算量和計算時間，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。 因為在有限元分析中，所考慮的連桿強度應(yīng)為連桿的應(yīng)力集中點，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，這些部位就會使網(wǎng)格很密集。 （ 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。在利用圖標“沿 x 軸拖動” 、“沿 y 軸拖動” 、“沿任意軸拖動” 將襯套移動到合適位置。 圖 330 智能移動對話框 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 ，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。 （ 4） 系統(tǒng)會彈出如圖 330所示的“智能移動”對話框，在對話框的圖形窗口中顯示所插組件的預(yù)覽圖。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 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 ，然后單擊特征樹上的裝配件產(chǎn)品“ lianganzhuangpei”，系統(tǒng)會彈出“文件選擇”對話框，選擇“ lianganti”。 連桿的裝配 （ 1） 雙擊 圖標，進入 CATIA 軟件，選擇“開始”→“機械設(shè)計”→“裝配設(shè)計”命令，進入裝配件設(shè)計模塊。建成的分別如圖 32 32 32 329 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節(jié)處理，最后可得出連桿體的三維模型，如圖325 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 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 318 繪制連桿體兩側(cè)凸臺 （ 2） 在兩側(cè)凸臺打孔：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 ，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。 圖 315 桿身凹槽草圖 （ 2） 單擊工具欄“凹槽”圖標 ，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）。單擊“在對話框中定義的約束”圖標 ，完成約束定義。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 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 ， 進入草圖繪制模式。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 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 ，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。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 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。單擊工具欄的“旋轉(zhuǎn)體”圖標 ， 系統(tǒng)會彈出如圖 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。利用 “直線” 、“圓” 、 “點” 、“輪廓” 、 “快速剪裁” 等命令按鈕繪制草圖，然后單擊工具欄上的“尺寸標注” ，完成尺寸標注（如圖 35 所示）。 圖 32 桿身草圖 （ 4） 單擊工具欄中“凸臺”圖標 ，系統(tǒng)會彈出如圖 33所示的“凸臺定義”對話框，在“類型”下拉列表框中選擇“尺寸”，在“長度”文本框中輸入“ ”，單擊 按鈕，然后可得到桿身三維草圖拉伸結(jié)果如圖 34所示。 圖 31 新建零件 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 連桿三維模型的建立 24 （ 2）選取 xy 平面為草圖參考面，然后單擊工具欄中的“草圖”圖標 ， 進入草圖繪制模式。 連桿的建模過程 連桿體的建立 桿身的建立 （ 1）在桌面雙擊 圖標，進入 CATIA 軟件，選擇“開始”→“機械設(shè)計”→“零件設(shè)計”命令，在彈出的 菜單中輸入零部件名稱“ lianganti”，單擊按鈕，進入零部件設(shè)計模塊。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 連桿三維模型的建立 23 3 連桿三維模型的建立 連桿的建模思路 連桿由連桿體和連桿蓋組成，所以可以對連桿體和連桿蓋分別建模，完成后進行裝配。 綜上所述，螺栓設(shè)計安全。39。39。 ????? ???a MPa M P m i n39。m a x39。39。? ??20d4F? ? ??? 6 式中： 0d — 螺紋內(nèi)徑， 0d mm12? （ 2）最小拉應(yīng)力 min39。1 ??????? ）（j? 式中 : x — 基本負荷系數(shù)， ? （ 4）螺栓桿身的最大拉應(yīng)力 max? ?? ????? 22Mm a x 144 40 . 0 1 F 6?? ? （ 5）螺栓桿身的最小拉應(yīng)力 min? M P 0 9d40 . 0 1 F22M1m i n6 ??????? ?? 螺紋所受拉應(yīng)力 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 連桿參數(shù)設(shè)計及校核 21 （ 1）最大拉應(yīng)力 max39。 ???? 式中 i — 螺栓數(shù)， i 2? （ 2）螺栓應(yīng)加的 預(yù)緊力 1F 據(jù)奧爾林所著《內(nèi)燃機》第二卷推薦： 11 F4~2F ? ，取 N61 7 6 3 4 33F3F ????? （ 3）每只螺栓所受的拉力 ?F 6 3 4 6m a x39。 連桿螺栓的強度計算 連桿螺栓的受力 （ 1）每只螺栓所受的慣性力 連桿為平切口， Nj 8 7 6 3 4 32 1 2 6 8 71Pi1F m a x39。b JJE lj??? ?????? ??? 5673 1 2 6 8 ）（ b ????，所以滿足強度要求 。31m a x39。 )1(02 FFJJZl? ?????????????????????????????6276953109402 26 87）（）（ ? ? ? M P a200~60??? ?? ，所以設(shè)計安全。1j m a x39。 通常將螺栓凸臺起始處作固定截面，并取 ??400? 時，公式可簡化為： ???????????????? 39。F — 軸承中央截面面積， 39。J — 軸承中央截面的慣性矩， 39。39。039。實際計算結(jié)果表明， 3m 與 2m ，1m 相比很小，為簡化受力分析，常用集中在連桿小頭和大頭的 2個質(zhì)量 2m ， 1m近似代替連桿，從動力學(xué)等效的頭兩個條件（即忽略轉(zhuǎn)動慣量守恒）可得1m = l llml )( ?? ， 2m = llml? 式中， lm 是連桿組質(zhì)量； l? 是連桿組質(zhì)心到小頭孔中心的距離。G ? G — 連桿往復(fù)部分質(zhì)量 G ? l llmmmm lcc )(2 ?????? cm 為曲拐幾集中在曲柄銷中心的當量質(zhì)量；且 cm = iirmr?1 ， im 是曲拐各單元的質(zhì)量； ir 是各單元的旋轉(zhuǎn)半徑。 )1(P ??? 式中： 39。j m a x39。 圖 27 連桿大頭計算簡圖 連桿大頭蓋受力 （ 1）大頭蓋受慣性力拉伸負荷 連桿大頭蓋在進氣沖程開始即當活塞在上止 點時承受往復(fù)運動質(zhì)量和連桿大頭的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力。 連桿大頭的強度計算 強度計算假設(shè) 目前還沒有比較合理的驗算連桿大頭強度的公式，對連桿大頭的計算作如下假 設(shè)： （ 1）連桿大頭與大頭蓋作為一個整體； （ 2）作用力所引起的單位長度載荷是按余弦規(guī)律沿大頭蓋分布的； （ 3）軸瓦和大頭蓋變形是相同的； 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 連桿參數(shù)設(shè)計及校核 18 （ 4）大頭蓋的斷面假定是不變的，且其大小與中間斷面的一致；大頭的曲率 半徑假定等于螺栓中心距的一半。 （ 3）應(yīng)力幅和平均應(yīng)力 在擺動平面內(nèi)： ??? 2 j1a ??? ??2 ??? 2 j1m ??? ??2 在垂直于擺動平面內(nèi)： ??? 2 j2a ??? ??2 ??? 2 j2m ??? ??2 （ 4）安全系數(shù) 連桿身安全系數(shù)為 ma1Kn??????? ?? ? ，則， 在擺動平面內(nèi)， 1n ? ???? 0 2 0 0 在垂直于擺動平面內(nèi)， 2n ? ???? 200 連桿安全系數(shù) n 的范圍為 3~ ，均滿足，故設(shè)計安全。mc12 4JLCAP 2 cP