【正文】 CATIA是法國達索飛機公司開發(fā)的CAD/CAM軟件，其強大的曲面設計在飛機、汽車、輪船等領域有很高的知名度，它的曲面造型功能體現(xiàn)在提供了豐富的造型工具來支持用戶的造型需求，能滿足特殊行業(yè)對曲面光滑性的苛刻要求。本設計將采用CATIA V5R20進行三維模型的創(chuàng)建和有限元分析。連桿是內燃機的主要運動件之一，主要實現(xiàn)力和功率的傳遞。當前工業(yè)發(fā)展要求內燃機在有足夠的強化程度上，轉速和功率有較大提高，可以預見各部件特別是連桿的工作壞境將變得更加惡劣。在追求利益最大化、產品結構最優(yōu)化的今天，連桿面臨的最大問題是結構和穩(wěn)定性的問題，本課題的研究方向在于采用CATIA軟件對連桿進行有限元分析，得出如應力分布、最大應力點等連桿工況的信息，對其進行力學分析，從而進一步完成優(yōu)化設計。 本章小結本章內容為緒論內容，對連桿、課題意義和有限元軟件CATIA等內容進行了簡單介紹，為連桿參數(shù)的設計做鋪墊，并指明了本課題大致內容。缸徑行程（mm)108125活塞總排量（L）壓縮比:1標定功率/轉速（kw/r/min)92/2200外形尺寸（長寬高）（mm)11398001334 表21 6108型柴油機基本參數(shù) 材料選擇及強化處理 連桿材料的選擇 由于連桿的工作環(huán)境惡劣，連桿材料的選擇就是在保證結構輕巧的條件下有較高強度和疲勞強度，有足夠的剛性和韌性。本設計發(fā)動機為中小功率發(fā)動機，結合實際情況，連桿材料采用45鋼即符合要求。為了提高連桿的疲勞強度，不經機械加工的表面應經過噴丸處理。另外連桿還必須進行磁力探傷檢驗，以求工作可靠。曲柄連桿比一般較大，這樣可以使柴油機機體高度降低，質量減小，而且越大意味著連桿長度越小，可以節(jié)約材料，降低成本。參照原機為直列式內燃機，查《柴油機設計手冊》表，的高速機推薦，本設計選擇曲柄連桿比為，已知活塞沖程，所以行程，取 查《柴油機設計手冊》表81，連桿主要參數(shù)比例值如表21所示。連桿小頭的結構形式取決于活塞銷的尺寸及其固定形式，一般情況下浮式活塞銷應用最廣泛，連桿小頭多為薄壁圓環(huán)結構，其形狀簡單，重量輕，受力后應力分布比較均勻，多用于小型高速柴油機上，本次設計即采用此種結構，并用空心銷固定。 實踐表明，連桿小頭到桿身的過渡部分是薄弱部位，該處的應力集中較大。查《柴油機設計手冊》，時，（D表示氣缸缸徑，d表示襯套內徑），取；（為連桿小頭襯套厚度），取小頭襯套厚度；則小頭內徑d+2，取；（表示小頭外徑），?。?，取小頭寬度連桿小頭設計參數(shù)如表22所示。 圖21 連桿小頭形式 連桿襯套設計為了耐磨，在小頭孔內壓入襯套，襯套材料一般有錫青銅、鉛青銅等，本次設計襯套材料采用中小型柴油機廣泛應用的耐磨材料錫青銅。襯套與小頭孔為過盈配合，襯套與活塞銷的間隙應盡量小，以不發(fā)生咬合為原則，青銅襯套與活塞銷的配合間隙，取。參數(shù)襯套內徑襯套厚度間隙量數(shù)值（mm） 表23 襯套設計參數(shù) 連桿桿身設計 連桿桿身采用的是常用的“工”字形截面，當=，查《柴油機設計手冊》，取為 ，取為， 取為連桿桿身參數(shù)設計如表24所示。 圖22 連桿桿身截面尺寸 連桿大頭設計連桿大頭與曲柄銷的配合是內燃機中最重要的配合之一，通過壓入軸瓦實現(xiàn)，而軸瓦的工作性能直接影響發(fā)動機壽命和可靠性，因此連桿大頭的設計主要是保證有足夠的剛度。平切口大頭形式具有以下特點：①連桿易于加工，大頭剛性好；②連桿螺栓不受剪切作用；③大頭橫向尺寸較大，曲柄銷直徑加大受限制；④在桿身與大頭圓弧過渡區(qū)需制成螺栓頭的支承面，對該處強度有影響。平切口大頭定位形式采用螺栓定位。為方便安裝，大頭外徑根據(jù)實際情況，設計。參數(shù)大頭寬度曲柄銷直徑大頭內徑大頭外徑大頭高度軸承直徑數(shù)值（mm） 表25 連桿大頭設計參數(shù) 連桿螺栓設計 連桿螺栓的作用是連接連桿蓋和連桿大頭，由于連桿在工作中受到周期性的氣體壓力和橫向、縱向慣性力，沖擊力較大。查《柴油機設計手冊》，（螺栓直徑），??；連桿螺栓中心線應盡量靠近軸瓦，一般（為連桿螺栓孔中心距），取，取所以本次設計螺栓采用M14的螺紋螺栓，材料為優(yōu)質合金鋼40Cr。參數(shù)螺栓直徑螺栓中心線距離數(shù)值（mm） 表26 螺栓設計參數(shù) 連桿小頭的強度計算已知參數(shù)如表27所示。（2）由慣性力引起的小頭應力計算簡化如圖23所示： 圖23 連桿小頭受拉時計算簡圖①活塞最大往復慣性力連桿小頭在進氣和排氣沖程中承受活塞組往復慣性力的拉伸，在上止點附近有最大慣性力 式中，—活塞往復運動質量，已知質量為帶入數(shù)據(jù)，求得②各截面的彎矩和法向力進行應力計算時，將小頭簡化為一剛性地固定于它于桿身銜接處的等截面曲梁，其固定角為： 當時，彎矩和法向力可按下列公式求得： 式中，—連桿小頭平均直徑，彎矩為： 法向力 則在固定表面上的應力為：外表面： 式中，—小頭壁厚， K—襯套過盈配合影響的系數(shù)，內表面： 運用上述公式計算連桿小頭在慣性拉伸符合作用下內外表面的應力分布如圖24所示，內表面最大應力發(fā)生在處，外表面最大應力發(fā)生在的固定截面處。（3）由最大壓縮力引起的應力 =+ 式中 —最大燃氣壓力 計算簡圖如圖25 所示。 連桿小頭的疲勞安全系數(shù)連桿小頭應力按不對稱循環(huán)變化，在小頭和桿身過渡處的外表面上安全系數(shù)最小。 連桿小頭橫向直徑減少量 采用浮式活塞銷時，必須計算連桿小頭在水平方向由于往復慣性力引起的直徑變形 式中：—小頭平均直徑， —連桿小頭界面慣性矩，單位 小頭壁 為保證活塞銷與連桿襯套不至于咬死，變形量應小于活塞銷與襯套間隙的一半，即，滿足條件。 連桿桿身的強度計算（1）最大拉伸力 連桿桿身在不對稱的交變載荷下工作，它受到位于計算截面（）以上往復慣性質量力的拉伸及氣體壓力的壓縮（如圖26)，則最大工況的拉伸力： 式中，為截面（）以上小頭質量，為，帶入可求得： 圖26 連桿桿身圖（2）最大壓縮力最大壓縮力 連桿中間截面的應力和安全系數(shù)（1）由引起的拉伸應力 式中：—連桿桿身斷面面積，單位，對于柴油機，=（~） ，為活塞投影面積取=。此時連桿在擺動平面內的彎曲，可以認為連桿兩段為鉸支，長度為L，在垂直擺動平面內的彎曲則可以認為桿身兩端為固定支點，長度為L1在擺動平面內：在垂直于擺動平面內：式中，—系數(shù)，對于鋼，取 —桿身中間截面對其垂直于擺動平面的軸線的慣性矩， —桿身中間截面對其位于擺動平面的的軸線的慣性矩， —連桿長度減去連桿大小頭空半徑之和， 許用值為，滿足要求。 綜上所述，桿身設計安全。計算簡圖如圖27所示。式中：—活塞組的質量， —連桿往復部分質量 為曲拐幾集中在曲柄銷中心的當量質量；且=，是曲拐各單元的質量；是各單元的旋轉半徑。實際計算結果表明，與，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個質量，近似代替連桿，從動力學等效的頭兩個條件（即忽略轉動慣量守恒）可得=，= 式中，是連桿組質量；是連桿組質心到小頭孔中心的距離。 通常將螺栓凸臺起始處作固定截面，并取時，公式可簡化為： ，所以設計安全。 綜上所述，大頭設計滿足強度要求。綜上所述，螺栓設計安全。重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 連桿三維模型的建立 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。 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”→“機械設計”→“零件設計”命令，在彈出的菜單中輸入零部件名稱“l(fā)ianganti”，單擊按鈕，進入零部件設計模塊。 圖31 新建零件（2）選取平面為草圖參考面，然后單擊工具欄中的“草圖”圖標，進入草圖繪制模式。 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果如圖34所示。利用“直線”、“圓”、“點”、“輪廓”、“快速剪裁”