機械電子工程畢業(yè)論文-內燃機連桿計算機輔助設計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　內燃機連桿計算機輔助設計</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導教師的指導下獨立完

2、成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設計任務書</b></p><p>　　設計題目： 內燃機連桿計算機輔助設計 &l

3、t;/p><p><b>　　1．課題意義及目標</b></p><p>　　連桿是內燃機的重要傳動件之一，其作用是把活塞和曲軸連接起來，使活塞的直線往復運動變?yōu)榍S的回轉運動以輸出動力。通過本次畢業(yè)設計，要求學生在深入了解內燃機連桿零件的結構特點、功用和工作原理的基礎上，綜合運用所學過的基礎理論知識，完成連桿零件的計算機輔助設計，為學生在畢業(yè)后從事機械方面的工作打好基礎

4、。</p><p><b>　　2．主要任務</b></p><p>　?。?）建立連桿零件參數(shù)化模型；</p><p>　?。?）零件疲勞計算模塊的建立；</p><p>　?。?）繪制連桿零件圖；</p><p>　?。?）編寫設計說明書。</p><p><b&

5、gt;　　3．主要參考資料</b></p><p>　　[1] 李惠珍.內燃機現(xiàn)代設計方法的進展[J].內燃機學報,1992,10(1): 2-5.</p><p>　　[2] 符正偉等.內燃機計算機輔助設計系統(tǒng)的研究[J].內燃機工程,1993(3).</p><p>　　[3] 葉明.內燃機連桿斷裂失效分析[J].熱處理,2002,17(1):46-

6、 48.</p><p><b>　　4．進度安排</b></p><p>　　審核人： 年 月 日 </p><p>　　內燃機連桿計算機輔助設計</p><p>　　摘 要：連桿是內燃機的重要傳動件之一，長期以來連桿工作的可靠性問題一直是人們研究的熱點課題。用CAD技

7、術對連桿進行輔助設計會使連桿的設計周期大大縮短，數(shù)據(jù)也更加精確，有效地減少了運算的繁雜過程。本文運用PRO/E三維建模軟件建立連桿零件的參數(shù)化模型，運用ANSYS軟件對連桿進行有限元分析以及利用AutoCAD繪制出連桿零件圖，整個設計過程都使用計算機一體完成，每一個環(huán)節(jié)都能有效的聯(lián)系在一起，大大地提高了連桿設計的工作效率。</p><p>　　關鍵詞：連桿，有限元分析，參數(shù)化模型，Pro/E</p>

8、<p>　　Computer Aided Design For Engine Connecting Rod</p><p>　　Abstract：Connecting rod is one of the most important parts of the internal combustion engine. The reliability of connecting rod has been a

9、 hot research topic for a long time. Using CAD technology to design the connecting rod, the design of the connecting rod can shorten the design period of the connecting rod greatly, and the data is more accurate, and it

10、can reduce the complicated process of operation. Using 3D modeling software Pro / E parametric modeling of the connecting parts, using the ANS</p><p>　　Keywords: Connecting rod, Finite element analysis, Para

11、metric model, Pro/E</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1 課題研究的目的及意義1</p><p>　　1.2 國內外研究現(xiàn)狀和進展趨勢2</p><p>　　2 連桿

12、結構設計3</p><p>　　2.1 連桿材料選擇3</p><p>　　2.2 連桿工作情況3</p><p>　　2.3 連桿結構型式及選擇5</p><p>　　2.4 連桿主要尺寸設計5</p><p>　　2.4.1 連桿小頭主要尺寸6</p><p>　　2.4.2 連

13、桿桿身主要尺寸7</p><p>　　2.4.3 連桿大頭主要尺寸8</p><p>　　2.5 本章小結10</p><p>　　3 連桿參數(shù)化建模11</p><p>　　3.1 Pro/Engineer軟件介紹11</p><p>　　3.2 連桿零件三維建模12</p><p&g

14、t;　　3.3 連桿零件參數(shù)化編輯17</p><p>　　3.4 本章小結20</p><p>　　4 連桿的有限元分析20</p><p>　　4.1 ANSYS軟件概述20</p><p>　　4.2 連桿的網(wǎng)格劃分21</p><p>　　4.3 施加約束及施加載荷25</p><

15、;p>　　4.4 求解與結果輸出27</p><p>　　4.5 連桿強度校核31</p><p>　　4.5.1 連桿小頭強度計算31</p><p>　　4.5.2 連桿桿身強度計算32</p><p>　　4.5.3 連桿大頭蓋強度計算33</p><p>　　4.6 本章小結34</p&

16、gt;<p>　　5 連桿零件圖35</p><p>　　5.1 AutoCAD2010軟件概述35</p><p>　　5.2 零件圖導入36</p><p>　　5.3 零件圖修正36</p><p>　　5.4 本章小結38</p><p><b>　　6 結 論39<

17、/b></p><p><b>　　參考文獻40</b></p><p><b>　　致 謝41</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1 課題研究的目的及意義</p><p>　　連桿是內燃機的主

18、要傳動件之一，按類型來說擁有整體式連桿，也就是連桿沒有連桿蓋做成一個整體，也有做成分開式連桿，一般來說連桿做成分開式更加的方便后續(xù)的安裝和更換，分開式連桿與桿身切開的一半稱為連桿蓋，二者靠連桿螺栓鏈接為一體。連桿軸瓦安裝在連桿大頭孔座中，與曲軸上的連桿軸頸裝和在一起，是發(fā)動機中最重要的配合副之一。常用的減磨合金主要有白合金、銅鉛合金和鋁基合金。</p><p>　　連桿在工作環(huán)境中承受著各種復雜的外載荷并且呈現(xiàn)了

19、周期的變化，機械的負荷比較嚴重，工作條件也比較惡劣。因為存在這些問題，所以連桿的可靠性一直都是人們在內燃機研究和改進過程中所關注的重點問題。在對連桿進行分析它的應力和應變是，應該考慮這些外力和復雜的運動的因素，只有在考慮這些問題所研究出來的結果才能更加的符合實際的結果，這樣才能對連桿的可靠性的結構進行優(yōu)化設計提供了準確的論理依據(jù)和準確的數(shù)據(jù)。</p><p>　　連桿零件是內燃機中的重要構件以及主要的運動件，因為

20、連桿的可靠性以及壽命有一定程度上影響著內燃機的好壞，所以連桿的結構形狀和受載荷情況都很復雜。如果所設計的連桿結構不合理，那就是出現(xiàn)在使用時局部的強度、剛度不足或者是應力集中，這樣的問題會導致連桿桿身發(fā)生變形，使得連桿失效，程度輕的會影響曲柄連桿機構的正常運作，機械效率下降；程度重的就是破壞活塞的密封性能，造成內燃機無法正常工作，甚至報廢。</p><p>　　不難看出，連桿對于內燃機來說是不可或缺并且起到關鍵性作

21、用的零件。所以本課題的研究對于設計出優(yōu)秀耐用的連桿起到至關重要的作用。同時對內燃機的安全性也起到關鍵作用。</p><p>　　1.2 國內外研究現(xiàn)狀和進展趨勢</p><p>　　“十一五”期間，國內企業(yè)普遍采取裂解連桿體和連桿蓋分界面技術，這樣可以大幅度地減少機械加工的工序，由此開發(fā)了高強度低韌性的高碳非調質鋼和粉末冶金鍛件，以滿足工藝的需要。目前中國國內在調質鋼應用方面與國外差距不大

22、，但在鍛造技術方面與國外比還是有一些差距。</p><p>　　國外對連桿毛坯的加熱大多采用電加熱或感應加熱，加熱時間短，加熱溫度控制穩(wěn)定，采用輥鍛制坯，液壓模鍛成形，鍛件尺寸精度高，避免了鍛件表面的脫碳。國內多數(shù)連桿生產廠家還是采用空氣錘制坯，蒸汽錘成形，連桿鍛件普遍存在的問題是尺寸精度差、鍛件表面狀態(tài)不好、鍛件表面脫碳嚴重等。</p><p>　　國內發(fā)動機連桿制造企業(yè)在鍛造加熱和鍛后

23、控制方面近年已經取得長足的進步，具備了應用非調質鋼生產連桿的條件。</p><p>　　國內燒結鍛造技術還很落后，專用的粉末冶金壓機及燒結爐的應用還不普遍。金屬粉末的品種少，質量差且不穩(wěn)定。另外，燒結保護氣體還需進一步地研究改進，這些都影響著國內超高度粉末冶金零件的發(fā)展。</p><p>　　近幾十年來，隨著各方面技術的不斷發(fā)展和研究設計人員的不懈努力，到目前國內外內燃機連桿的強度和剛度以

24、及結構設計研究已取得了較大的進展，尤其是在連桿的應力計算研究方面。當然，由于連桿結構固有的復雜性，連桿的強度和剛度設計還沒有得到很好完善，所以還有許多問題需要繼續(xù)研究。</p><p><b>　　2 連桿結構設計</b></p><p>　　2.1 連桿材料選擇</p><p>　　連桿是內燃機的必不可少部件之一，其質量對提高內燃機的可靠性和

25、動力性起到至關重要的作用，所以要求不但要有很高的抗拉、壓強度和疲勞強度，而且要有足夠的剛性、韌性。</p><p>　　連桿常用的選擇材料有以下幾種：45號鋼（中碳鋼）、40Cr、42Cr（中碳合金鋼）、GGG70（球墨鑄鐵）等，中碳鋼廣泛用于機械零件的制造方面因為它具有熱加工及切削性能良好，強度和硬度都比低碳鋼高，淬火和回火后具有良好的綜合力學性能，中碳鋼主要用于制造較高強度的運動零件，如泵的活塞，重型機械的軸

26、、等，表面耐磨的零件，曲軸、連桿、滾筒、等；合金鋼應用于強化程度高的中高速機車、航空發(fā)動機上，具有優(yōu)異的綜合機械性能，但是對缺口的敏感性很強，對熱處理、機械加工要求相當嚴格；球墨鑄鐵的機械性能和使用性能比其他多種鑄鐵都要好許多，而且經正火處理后機械性能良好，球墨鑄鐵還具高度的耐磨性，吸振能力強，缺口敏感性低，疲勞強度高等優(yōu)點。</p><p>　　通過對比，本次設計連桿的材料選用45號鋼。</p>

27、<p>　　2.2 連桿工作情況</p><p>　　連桿在內燃機中的工作環(huán)境：</p><p>　　連桿是內燃機的重要傳動件之一，其作用是把活塞和曲軸連接起來，使活塞的直線往復運動變?yōu)榍S的回轉運動以輸出動力，所以在這種極端的環(huán)境之下連桿的運動受到的作用力是一種交變載荷，因為這種載荷使得連桿產生了很大的交變應力，所以需要連桿擁有很高的強度要求；而且連桿在擺動平面和垂直于擺動平面

28、內可能會產生彎曲，增加了連桿所受的工作應力，還有連桿大頭和連桿小頭發(fā)現(xiàn)變形還會造成連桿軸承的工作不正常、軸頸偏磨損。因此連桿需要足夠的剛度要求；在連桿的強度和剛度增加了并不能代表連桿就能夠依賴增大連桿的尺寸來增加連桿的可靠性，因為連桿的質量也會隨之增大，慣性力也變大，這樣會對內燃機的強度、剛度、軸承載荷、平衡以及震動等方面帶來了不良后果，同時也會限制了內燃機轉速的提高。所以在強度和剛度提高的同時也需要結構合理，在設計時就要求了連桿需要擁

29、有合理的結構要求。</p><p>　　根據(jù)工作的環(huán)境要求，在連桿設計時考慮的因素更加多了，在結構的設計過程中成為了參考的重要依據(jù)。</p><p>　　連桿工作時承受的作用力有：</p><p>　　(1) 氣缸的氣體壓力Pg和氣缸的活塞組進行往復運動所產生的慣性力 Pjn的合力Pe分解在連桿軸上的分量， 即為連桿所受到的力P1，如圖2-1所示。P1由于氣體壓力和

30、往復運動質量慣性力隨活塞位置的不同，連桿力的大小和方向也隨之而改變。</p><p>　　(2) 連桿本身運動質量的慣性力。連桿各部分的質量在運動中產生的狀態(tài)不同， 慣性力也隨之不同。連桿本身的運動質量慣性力, 使連桿承受附加的力和力矩。</p><p>　　(3) 連桿在擺動平面內，由于連桿力矩會引起橫向彎曲載荷。還有就是在裝配時由于壓入連桿襯套，擰緊連桿螺栓，以及壓緊連桿軸瓦等所產生的

31、靜載荷。</p><p>　　(4) 還有一點就是連桿零件在加工時由于加工不準確，承壓面對連桿軸線不相對稱等加工問題以前的附加彎曲載荷。</p><p><b>　　圖2-1</b></p><p>　　2.3 連桿結構型式及選擇</p><p>　　連桿的主要組成為：連桿由連桿小頭、 連桿大頭、 連桿桿身組成。其中連桿

32、小頭由連桿體的小頭部分和連桿襯套所組成。連桿大頭則由連桿體的大頭部分、 連桿螺栓、連桿軸瓦所組成。</p><p>　　按照連桿大頭的切口形式可以將連桿分為，平切口式連桿和斜切口式連桿。這兩種切口形式的選擇主要是取決于連桿大頭的尺寸與氣缸孔直徑之間的相對大小，在內燃機的爆發(fā)力相對較低時，連桿所受的力相對就較小，連桿大頭的尺寸就會相對小一些，因此最好采用連桿大頭為平切口；如果內燃機的爆發(fā)力相對較大，那么受到的力也很

33、大，連桿大頭尺寸也相對較大，當平切口的尺寸大于氣缸孔值徑是就需要采用斜切口的形式[11]。 </p><p>　　根據(jù)零件的設計用途及應用廣泛性，在本次畢業(yè)設計中采用了平切口式的連桿，連桿的樣式和組成結構如圖2-2所示。</p><p><b>　　圖2-2</b></p><p>　　2.4 連桿主要尺寸設計</p><p

34、>　　選定了連桿所用的材料，了解連桿的工作情況、連桿的在內燃機中的工作環(huán)境、連桿的結構型式等設計的要求之后，我們開始要確定連桿的主要基本的尺寸和結構細節(jié)，在連桿的基本尺寸中，連桿大頭孔和連桿小頭孔之間的距離稱為中心距L，L的大小關系著連桿的長度，連桿長度的偏差直接影響內燃機的壓縮比和裝配關系。</p><p>　　查詢《內燃機設計手冊》[2]可得：</p><p>　　連桿桿體長度L

35、（即連桿大小頭孔中心距）和結構參數(shù)（R為曲柄半徑）有關。連桿桿體長度越長，即越小，則可以升高發(fā)動機的高度，加重運動件的重量和整機的重量，對高速化不利，所以連桿桿體L越短則對結構有利，而且一旦大則會使二級反復慣性力氣缸壓力增大，并且增加曲軸平衡塊與活塞、氣缸套相碰的可能性。</p><p>　　連桿的設計要有足夠的疲勞強度與剛度，連桿大頭和連桿小頭要有良好的抗拉、抗壓能力，同時連桿桿身也要做到應力分布盡量均勻、應力

36、集中小。所以本次畢業(yè)設計針對連桿小頭、連桿大頭、連桿桿身進行尺寸設計。</p><p>　　2.4.1 連桿小頭主要尺寸</p><p>　　連桿小頭在運動的過程中相對于活塞銷進行往復擺動。為了使連桿小頭更加耐磨，在銷頭孔內壓入耐磨青銅襯套。連桿小頭為薄壁環(huán)形的結構，頂端兩側有油孔，這是為了使?jié)櫥徒浶】诐櫥B桿小頭軸承和活塞銷。</p><p>　　連桿小頭軸承受

37、到的比壓大，所以潤滑速度低，一般不可能造成理想在液體潤滑。因此本設計中連桿小頭采用飛濺潤滑，因為載荷的交變性引起活塞銷相對連桿上下移動，所以在連桿小頭合襯套上設有油孔或油槽。連桿小頭到桿身的過渡部分是相對薄弱的部位，此處的應力集中比較大。為了解決緩和應力集中，可采用二段或三段圓弧過渡的設計。</p><p>　　本次畢業(yè)設計連桿小頭的設計采用浮式活塞銷，如圖2-3所示。根據(jù)以上的相關設計的要求以及圖2-6中的參數(shù)

38、，可確定小頭主要尺寸與中心距L的尺寸關系式如下：</p><p><b>　　連桿小頭外徑：</b></p><p>　　A=0.28L （2-1）</p><p><b>　　連桿小頭內徑：</b></p><p>　　B=0.20L

39、 （2-2）</p><p><b>　　連桿小頭厚度：</b></p><p>　　K=0.19L （2-3）</p><p><b>　　連桿桿身小頭處寬：</b></p><p

40、>　　H=0.18L （2-4）</p><p><b>　　圖2-3</b></p><p>　　2.4.2 連桿桿身主要尺寸</p><p>　　連桿桿身也承受著交變載荷，可能造成疲勞破壞和變形，連桿在高速擺動時所產生的橫向慣性力也會讓連桿桿身彎曲變形。所以連桿桿身必須有足

41、夠的斷面積，才能消除產生應力的集中。</p><p>　　連桿桿身的斷面采用“I”字形結構類型，這樣就能在足夠高強度和剛度下獲得最小的桿身質量。連桿桿身斷面從連桿小頭到連桿大頭逐漸增大，這是由桿身的受力情況所決定的，桿身兩頭分別與小頭、大頭作圓滑的過渡，這樣既可避免應力集中，又能將力傳達均勻了[12]。</p><p>　　根據(jù)以上的相關設計要求，本次畢業(yè)設計連桿桿身采用“I”字形結構類型

42、，如圖2-4所示。并參考圖2-6中參數(shù)，確定連桿桿身的主要尺寸與中心距L的尺寸關系式如下：</p><p><b>　　連桿中間厚度：</b></p><p>　　E=0.025L （2-5）</p><p><b>　　連桿中間寬度：</b></p>

43、<p>　　N=0.19L （2-6）</p><p><b>　　圖2-4</b></p><p>　　2.4.3 連桿大頭主要尺寸</p><p>　　連桿大頭所連接的是連桿和曲軸，這里要求有足夠高的強度和剛度，不然將會影響薄壁軸瓦，甚至影響整機工作可靠性。同時為了

44、維修方便，連桿必須能從氣缸中取出，所以需要連桿大頭在擺動平面內的總寬必須小于氣缸的直徑。在設計連桿大頭時，應在保證強度、剛度條件下，尺寸盡量小，重量盡量輕。</p><p>　　連桿大頭的形式分為兩種，一種是整體式連桿大頭，另一種是分開式連桿大頭。由于內燃機普遍采用分開式連桿，在維護和安裝以及更換等方面使用方便。</p><p>　　根據(jù)以上相關設計要求，本次畢業(yè)設計連桿大頭的設計選用分開

45、式連桿大頭而且是平切口的型式如圖2-5。并參考圖2-6中參數(shù)，確定連桿大頭的主要尺寸與中心距L的尺寸關系式如下：</p><p><b>　　連桿大頭內徑：</b></p><p>　　D=0.38L （2-7）</p><p><b>　　大頭螺栓孔間距：</b&g

46、t;</p><p>　　Z=0.45L （2-8）</p><p><b>　　連桿大頭寬度： </b></p><p>　　F=0.55L （2-9）</p><p><b>　　連桿

47、大頭厚度：</b></p><p>　　J=0.23L （2-10）</p><p><b>　　圖2-5</b></p><p><b>　　圖2-6</b></p><p><b>　　2.5 本章小結</

48、b></p><p>　　通過查詢《柴油機設計手冊》中的連桿組的設計等資料，充分的了解了連桿的組成、結構、和工作原理。和連桿在內燃機環(huán)境中的工作環(huán)境，然后對連桿的材料、結構要求、主要基本尺寸關系等進行了確定，根據(jù)已經確定的條件，對連桿進行結構的分析和對連桿的組件進行三維建模做準備。</p><p><b>　　3 連桿參數(shù)化建模</b></p>&

49、lt;p>　　3.1 Pro/Engineer軟件介紹</p><p>　　在本次設計中使用PRO/E的版本是野火5.0，隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，PRO/E在當今的三維造型領域中已占有舉重輕重的地位，特別是在國內的產品設計中占據(jù)著重要位置。PRO/E軟件以參數(shù)化著稱，第一個提出參數(shù)化設計的概念，而且采用單一的數(shù)據(jù)庫以便解決特征的相關性問題。</p><p>　　PRO/E軟件使產品快

50、速走向市場，按傳統(tǒng)的設計方法，不但設計周期長，而且精度難以保證。而當今產品開發(fā)的一個主要方面就是開發(fā)新的產品外形與結構，特別是由各種自由曲線、曲面組成的流線型外形，傳統(tǒng)的設計已無法滿足要求。為了適應市場需求，機械CAD/CAM系統(tǒng)PRO/E軟件，成功的應用于產品設計中，并取得良好的經濟效益[7]。</p><p>　　PRO/E軟件的主操作窗口如圖3-1所示。</p><p><b&

51、gt;　　圖3-1</b></p><p>　　參數(shù)化設計是PRO/E重點強調的設計理念，而參數(shù)又是參數(shù)化設計的核心概念。在一個模型中，參數(shù)的形式是通過“尺寸”來體現(xiàn)的，參數(shù)化設計的突出優(yōu)點是設計人員可以通過變更模型的參數(shù)來修改設計意圖，有效的提高了設計效率。關系式是參數(shù)化設計中另一項主要內容，它能夠體現(xiàn)參數(shù)間相互制約的“父子”關系。PRO/E是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，設計人員可以采用具有智能性的基

52、于特征的功能來生成各類模型，如殼、圓角及倒角等，還可以隨意更改草圖，輕易的改變模型。這個功能特性可給工程設計人員提供在設計中從未有過的靈活和簡易。PRO/E建立在統(tǒng)一基層數(shù)據(jù)庫上，在設計過程當中更改任何一處就可以反應在整個設計的相關環(huán)節(jié)中。這樣的數(shù)據(jù)結構與工程設計完整結合，使設計更加優(yōu)化，成品的質量也更加高，產品市場更加廣闊。</p><p>　　3.2 連桿零件三維建模</p><p>

53、　　根據(jù)前邊連桿設計章節(jié)中的相關設計要求，確定的關系式可以得出連桿的主要尺寸為：</p><p>　　連桿大小頭孔中心距：</p><p><b>　　L=128mm</b></p><p><b>　　連桿小頭外徑：</b></p><p>　　A=35.3mm

54、 </p><p><b>　　連桿小頭內徑：</b></p><p>　　B=25mm </p><p><b>　　連桿大頭內徑：</b></p><p>　　D=48mm

55、 </p><p><b>　　大頭螺栓孔間距：</b></p><p>　　Z=57.5mm </p><p><b>　　連桿中間厚度：</b></p><p>　　E=7mm <

56、;/p><p><b>　　連桿大頭寬度：</b></p><p>　　F=70mm </p><p><b>　　連桿大頭厚度：</b></p><p>　　J=26mm </p&g

57、t;<p><b>　　連桿小頭厚度：</b></p><p>　　K=24mm </p><p><b>　　連桿中間寬度：</b></p><p><b>　　N=24mm</b></p><p><

58、;b>　　連桿桿身小頭處寬：</b></p><p>　　H=23mm </p><p>　　連桿各個零件圖建模基本步驟:</p><p>　?。?）打開PRO/E，點擊新建命令，創(chuàng)建實體，輸入實體文件名字0510030，取消缺省尺寸選擇公制mm為單位，進行實體建模。</p>

59、<p>　?。?）選擇拉伸命令，選擇基準平面進行繪制草繪圖，如果在建模過程數(shù)值輸入錯誤，可通過右擊模型及編輯定義進行修改。</p><p>　　（3）以中心距為基準，畫出連桿的主軸體部分如圖3-2。</p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　?。?）繪制完連桿的主軸體之后，還以中心距為基準畫出連桿的配套零件，

60、連桿蓋如圖3-3。</p><p><b>　　圖3-3</b></p><p>　?。?）在繪制完連桿的主體之后，接著畫出連桿的配套零件，小頭襯套如圖3-4和連桿軸瓦3-5。</p><p><b>　　圖3-4</b></p><p><b>　　圖3-5</b></

61、p><p>　?。?）然后再將配套用的連桿螺栓畫出來（如圖3-6所示）：</p><p><b>　　圖3-6</b></p><p>　?。?）最后將所有主件和配套零件在PRO/E中進行組合，得到一個完整的連桿的模型，如圖3-7（1）、3-7（2）</p><p><b>　　圖3-7（1）</b>&

62、lt;/p><p><b>　　圖3-7（2）</b></p><p>　　3.3 連桿零件參數(shù)化編輯</p><p>　　利用PRO/E里的參數(shù)化設計可以對已經畫好的三維零件模型進行參數(shù)編輯，然后就可通過更改模型參數(shù)來達到自動建模的效果。</p><p>　　打開已經畫好的連桿零件模型，點擊工具里面的參數(shù)，打開參數(shù)添加對話

63、框進行連桿主體參數(shù)的添加。填入?yún)?shù)的名稱，選擇數(shù)字的類型為實數(shù)，輸入主體模型的初始數(shù)據(jù)，參數(shù)添加完成后點擊確定即可。由于不是一個模型而是幾個不同的模型組合而成的連桿，所以需要以一個中心參數(shù)為基準進行參數(shù)化編輯，本設計使用連桿的大小頭孔中心距為基準，進行參數(shù)化編輯。連桿主體參數(shù)編輯對話框（如圖3.8所示）：</p><p><b>　　圖3-8</b></p><p>

64、　　圖中參數(shù)字母分別表示：連桿大小頭孔中心距：L、連桿小頭外徑：A、連桿小頭內徑：B、 連桿大頭內徑：D、大頭螺栓孔間距：Z、連桿中間厚度：E、連桿大頭寬度：F </p><p>　　參數(shù)添加完成后接下來進行尺寸關系的編輯，為使更好的編輯尺寸間的關系式，先點擊信息里的轉換尺寸，將連桿模型的各個尺寸轉化為序號的形式。然后點擊工具里的關系，打開關系編輯的對話框，首先編輯參數(shù)和連桿主體模型上的尺寸，使之對應起來，接下

65、來輸入尺寸的關系式，將第二章連桿設計中的尺寸關系輸入到對話框的編輯位置。在關系式的輸入過程中尤其要注意格式，例如A=0.28*L如果輸入為A=0.28L系統(tǒng)就會提示錯誤，關系式間的符號是不可省略的。而且由于連桿主體結構復雜尺寸較多，在輸入尺寸關系時需要認真校對，以免導致關系式對應關系錯誤，從而不能自動建立出正確的三維模型。尺寸關系編輯（如圖3.9所示）完成后點擊確定即可，此時可以看到參數(shù)對話框中的參數(shù)都已經被鎖定，除了可輸入的指定參數(shù)外

66、其他參數(shù)不能隨意更改，它們會根據(jù)關系式中的關系自動變化。</p><p><b>　　圖3-9</b></p><p>　　建立新的模型時打開工具中的參數(shù)對話框，輸入新的連桿大小孔中心距（如輸入135），點擊確定然后再點擊界面工具命令欄里的再生命令，模型就會自動建立新的模型。此時可以看到連桿主體模型發(fā)生變化（如圖3.10所示），打開參數(shù)對話框也可以發(fā)現(xiàn)里面的參數(shù)都自動

67、變?yōu)榱诵碌膮?shù)（如圖3.11所示）。</p><p><b>　　圖3-10</b></p><p><b>　　圖3-11</b></p><p><b>　　3.4 本章小結</b></p><p>　　通過學習PRO/E三維軟件相關知識與操作，并根據(jù)連桿的組件零件結構設計

68、得出的主要參數(shù)繪制連桿組件零件結構的三維模型，然后再對連桿組件進行尺寸的參數(shù)化編輯，建立連桿組件的參數(shù)化模型，最后將確定好的組件進行在PRO/E中進行組合得到我們想要的連桿結構。使之可以通過更改連桿組件的參數(shù)達到軟件自動建模的效果，提高了連桿設計的效率。</p><p>　　4 連桿的有限元分析</p><p>　　4.1 ANSYS軟件概述</p><p>　　隨

69、著現(xiàn)代計算機的不斷發(fā)展，許多的有限元分析軟件也得到了廣泛應用。ANSYSY軟件是一款大型通用的有限元分析軟件，它可以和大多數(shù)計算機輔助設計軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與交換。ANSYS可以用來求解流體、結構、電力、碰撞以及電磁場等一系列問題[14]。ANSYS的主操作窗口和隱藏的信息輸出窗口如圖4-1和圖4-2所示。</p><p><b>　　圖4-1</b></p><p&

70、gt;<b>　　圖4-2</b></p><p>　　ANSYS有限單元法的基本思路是將問題的求解域都劃分為一系列的單元，單元之間僅僅靠節(jié)點來連接。單元內的點的待求量可以由單元節(jié)點量通過選定的函數(shù)關系的插值求得。由于單元形狀比較簡單，易于由能量關系或者平衡關系建立節(jié)點量間的方程式，然后就可將各個單元方程“組集”在一塊而形成總體的代數(shù)方程組，輸入邊界條件后即可對方程組進行求解。當然單元劃分越

71、細，計算的結果就越精確。</p><p>　　4.2 連桿的網(wǎng)格劃分</p><p>　　首先將組合連桿模型做一些簡化，以便減小有限元分析計算的規(guī)模，提高效率。然后將簡化好的連桿三維模型保存為IGES格式，再導入到ANSYS軟件當中，接下來定義連桿零件模型單元類型。GUI途徑為（如圖4-3所示）：</p><p>　　Main Menu>Prepro

72、cessor>Element Type>Add/Edit/Delete>Structural Mass>solid185.</p><p><b>　　圖4-3</b></p><p>　　定義剛性梁單元類型，GUI途徑為（如圖4-4所示）：</p><p>　　Main Menu>Prepro

73、cessor>Element Type>Add/Edit/Delete>constraint>M184</p><p><b>　　圖4-4</b></p><p>　　設定184單元類型的K1值為Rigid Beam。</p><p>　　定義連桿模型的材料屬性彈性模量及泊松比，GUI途徑為（圖4-5所示）：

74、</p><p>　　Main Menu>Material props > Material models > Structrual > Linear > Elastic > Isotropic.</p><p><b>　　圖4-5</b></p><p>　　定義連桿模型的材料的密度，GUI途徑為（圖4-

75、6所示）： </p><p>　　Main Menu>Material props > Material models > Structrual >Density.</p><p><b>　　圖4-6</b></p><p>　　由于連桿模型的結構比較復雜，可網(wǎng)格劃分方式為選擇自由劃分，GUI途徑為（如圖4-7所示）：

76、</p><p>　　Main Menu> Preprocessor>Meshing>Mesh Tool>Volumes>free>Mesh>Pick all.</p><p><b>　　圖4-7</b></p><p>　　完成連桿模型劃分網(wǎng)格后，得到連桿模型的網(wǎng)格劃分圖（如圖4-8所示）：<

77、/p><p><b>　　圖4-8</b></p><p>　　4.3 施加約束及施加載荷</p><p>　　對連桿零件模型進行施加約束，GUI途徑（如圖4-9所示）：</p><p>　　Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Dis

78、placement>On Area.</p><p>　　直接點擊連桿模型連桿的中央位置截取約束的面，點擊OK。</p><p><b>　　圖4-9</b></p><p>　　將約束施加在連桿零件的軸中央，這樣可以使連桿在受力時可以更清晰的看出形狀變化的效果圖，施加約束（如圖4-10所示）：</p><p>&

79、lt;b>　　圖4-10</b></p><p>　　對連桿的大頭上端半圓截面和小頭下端半圓截面施加載荷，GUI途徑（如圖4-11所示）為：</p><p>　　Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Area</p><p>　　

80、直接點擊連桿模型上需要施加載荷的面和輸入定義載荷，點擊OK。</p><p><b>　　圖4-11</b></p><p>　　在施加完約束之后就進行施加載荷，在連桿運動的時候主要受到的力有大頭上端半圓截面和小頭下端半圓截面的拉力，以及大頭上端半圓截面和小頭下端半圓截面的壓力，在本次設計中為了不存在分析的重復，這里只研究了拉力存在的情況，就是在大頭上端半圓截面和小頭

81、下端半圓截面上施加載荷，（如圖4-12所示）：</p><p><b>　　圖4-12</b></p><p>　　4.4 求解與結果輸出</p><p>　　在連桿模型相關載荷全部施加完成后，即可對連桿模型進行求解分析。GUI（如圖4-13所示）途徑為：</p><p>　　Main Menu>Solution&

82、gt;Current Ls.</p><p><b>　　圖4-13</b></p><p>　　連桿模型求解應力圖與形變量圖，GUI途徑（如圖4.-14所示）為：</p><p>　　Main Menu>General Postproc>Plot Result>Contour Plot>Nodal Solu/Eleme

83、nt Solu.</p><p><b>　　圖4-14</b></p><p><b>　　形變前后對比圖：</b></p><p><b>　　X軸方向形變：</b></p><p><b>　　Y軸方向形變：</b></p><p

84、><b>　　Z軸方向形變：</b></p><p><b>　　應力圖：</b></p><p>　　4.5 連桿強度校核</p><p>　　4.5.1 連桿小頭強度計算</p><p>　　由于連桿小頭壓配襯套和溫度過盈而產生的溫度過盈量為</p><p><

85、;b>　　=dt()</b></p><p>　　公式中: d-連桿小頭內徑 d=25mm；t—連桿小頭溫升,取t=110°C</p><p>　　--襯套錫青銅線膨脹系數(shù) =1.8(1/°C)</p><p>　　--小頭鋼材料的線膨脹系數(shù) =1(1/°C)</p><p>　　

86、=25110(1.8-1)=0.02816毫米</p><p>　　連桿小頭襯套與連桿小頭配合面上由總的過盈量所產生的單位壓力為P</p><p>　　P= </p><p>　　公式中: --襯套壓配時的最大過盈量 =0.052mm</p><p>　　D--小頭外徑 D=35mm；d--小頭內徑 d

87、=25mm</p><p>　　--襯套內徑 =23mm；--泊桑系數(shù) 45號鋼取0.3</p><p>　　E--連桿剛材料的抗拉彈性模數(shù)，E=1.6kg/cm</p><p>　　--錫青銅抗拉彈性模數(shù)， =1.15 kg/cm</p><p><b>　　=348kg/cm</b></p>&l

88、t;p>　　由單位壓力P所引起的連桿小頭內外表面應力為：</p><p><b>　　連桿小頭外表面應力</b></p><p>　　==348=723 bar </p><p><b>　　連桿小頭內表面應力</b></p><p>　　=348=11

89、24 bar</p><p>　　連桿小頭外表面應力=723bar=72.3Mpa；連桿小頭內表面應力=112.4Mpa；由圖中數(shù)據(jù)可得，最大處的應力為11.5Mpa＜72.3Mpa＜112.4Mpa，故連桿小頭的設計是安全的。 </p><p>　　4.5.2 連桿桿身強度計算</p><p>　　已知:H=28mm，B=2

90、0mm，h=16mm，b=5mm，=2.8cm2。</p><p>　　連桿桿身斷面對其垂直于擺動平面軸線的慣性矩和應力為：</p><p>　　經過計算，Ix=3.05 σ2=1662bar。</p><p>　　連桿桿身斷面對其位于擺動平面內軸線的慣性矩和應力為：</p><p>　　經過計算，Iy=0.8 σ1=17

91、46bar</p><p>　　公式中為系數(shù)，對于各種鋼材</p><p>　　在垂直于擺動平面內的應力幅和平均應力</p><p>　　連桿桿身中間的截面在擺動平面內的應力幅和平均應力</p><p>　　σa1=974bar=97.4Mpa；σa2=932bar=93.2Mpa；</p><p>　　σm1=772

92、bar=77.2Mpa；σm2=730bar=73.0Mpa；</p><p>　　所算出數(shù)據(jù)均大于11.5Mpa，故連桿桿身的設計是安全的。</p><p>　　4.5.3 連桿大頭蓋強度計算</p><p><b>　　1、大頭蓋受力分析</b></p><p>　　在進氣沖程開始,當活塞在上死點時承受往復運動質量和

93、連桿大頭剖分面以上的旋轉運動質量的慣性力</p><p><b>　　得：</b></p><p>　　Pjp=-862kg</p><p>　　公式中: -活塞組質量；-小頭分配質量；</p><p>　　-大頭分配質量；-大頭蓋質量。</p><p><b>　　2、應力計算公式&

94、lt;/b></p><p>　　公式中: C-兩螺栓孔間距離 C=57.5mm</p><p>　　I和分別為連桿大頭蓋和軸瓦斷面的慣性矩</p><p>　　F和分別為連桿大頭蓋和軸瓦斷面的橫斷截面 </p><p>　　W-連桿大頭蓋計算斷面的抗彎斷面模數(shù)</p><p><b>　　由<

95、;/b></p><p><b>　　=0.685cm</b></p><p><b>　　=0.93cm</b></p><p><b>　　=1.07cm</b></p><p><b>　　=0.62cm</b></p><

96、p><b>　　=0.0021cm</b></p><p>　　將上述數(shù)據(jù)代入應力公式得:</p><p>　　σ=171bar=17.1Mpa，由圖中數(shù)據(jù)可得，最大處的應力為11.5Mpa＜17.5Mpa，故連桿大頭蓋的設計是安全的。</p><p><b>　　4.6 本章小結 </b></p>&

97、lt;p>　　通過對ANSYS有限元熱分析軟件原理、操作步驟、后處理技術等的介紹分析，體現(xiàn)了ANSYS 軟件在處理比較復雜的工程實際問題的簡便性，它可以大大地減少工作量和計算中的誤差,并節(jié)約了開支。但是要想達到更精準的模擬結果，我們就得在前處理的過程中，確定施加約束的位置和載荷施加的方向和位置，并且把網(wǎng)格劃分得更加的精密。然后通過簡單的計算對連桿大頭、連桿桿身以及連桿小頭進行強度校核，然后與圖中數(shù)據(jù)對比，達到驗證圖中數(shù)據(jù)的安全性。

98、</p><p><b>　　5 連桿零件圖</b></p><p>　　5.1 AutoCAD2010軟件概述</p><p>　　AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是Autodesk（歐特克）公司首次于1982年開發(fā)的自動計算機輔助設計軟件，用于二維繪圖、詳細繪制、設計文檔和基本三維設計?，F(xiàn)已經成為國際上

99、廣為流行的繪圖工具。AutoCAD具有良好的用戶界面，通過交互菜單或命令行方式便可以進行各種操作。它的多文檔設計環(huán)境，讓非計算機專業(yè)人員也能很快地學會使用。在不斷實踐的過程中更好地掌握它的各種應用和開發(fā)技巧，從而不斷提高工作效率。AutoCAD具有廣泛的適應性，它可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計算機和工作站上運行[6]，AutoCAD軟件界面如圖5-1所示。</p><p><b>　　圖5-1</

100、b></p><p><b>　　5.2 零件圖導入</b></p><p>　　打開Pro-e中已經建立好的組合的連桿模型，點擊新建，選擇繪圖、模板為空、紙張大小A0，如圖5-2所示。</p><p><b>　　圖5-2</b></p><p>　　然后將文件另存為dwg格式，以便下一步導

101、入AutoCAD中進行零件圖的修改</p><p><b>　　5.3 零件圖修正</b></p><p>　　打開AutoCAD，將前邊Pro-e中導出的零件圖導入到CAD中，然后在圖層屬性中設置圖層，新建細實線、中心線、標注、虛線等圖層，并設定相應的顏色、線寬和線型。找不到的線型可從線型庫里進行添加，定義圖層界面如圖5-3所示。</p><p&

102、gt;<b>　　圖5-3 </b></p><p>　　針對組合而成的連桿零件對導入零件圖進行修改，對于多余的線條進行刪除，截面進行填充剖面線，設定各線條的粗細形式，選擇圖層里的標注圖層，新建標注樣式，設定合適的文字高度、箭頭大小等。尺寸標注時要注意標注完全，標注尺寸應該根據(jù)加工工藝標注。</p><p>　　編輯填寫連桿的生產技術要求，技術要求有：</p&g

103、t;<p>　　1.經調質處理,硬度223～280HBS，同一連桿體上的硬度差不大于35HBS；</p><p>　　2.連桿的缺陷不允許焊補來修整；</p><p>　　3.危險截面不允許有縮孔，疏松等內部缺陷；</p><p>　　4.毛坯應經噴丸處理或噴砂處理；</p><p>　　5.未注明鍛造圓角R2～3；</p

104、><p>　　并根據(jù)cad圖紙?zhí)顚懙臉藴蕦⒈砀裉钔暾玫酵暾倪B桿設計的圖紙。如圖5-4所示。</p><p><b>　　圖5-4</b></p><p><b>　　5.4 本章小結</b></p><p>　　通過學習AutoCAD2010軟件的基本知識，掌握了AutoCAD2010界面組成和基

105、本操作方法以及圖形文件管理、命令操作、坐標系等操作知識。將PRO/E的組合連桿零件模型圖導入了CAD中進行對連桿零件圖再次編輯，對不需要的線條進行刪減，對重要的尺寸進行了標注，最后完成了連桿零件CAD圖紙進行了完善。</p><p><b>　　6 結 論</b></p><p>　　完成了本次的畢業(yè)設計主要得到以下結論：</p><p>　

106、　1）查閱各種相關資料，深入的了解連桿的組成、結構、工作原理等一系列有關連桿的一切，并且確定了一系列連桿的主要尺寸。</p><p>　　2） 利用PRO/E對連桿各個組件進行三維的建模，然后組成一個完整的連桿模型，最后通過對各個零件的參數(shù)化，實現(xiàn)了連桿的參數(shù)化功能。</p><p>　　3）將完整的連桿模型導入ANSYS中進行有限元的分析，對連桿進行了網(wǎng)格的化分、施加約束和施加載荷，得出

107、了想要的結果圖；通過結果圖上的數(shù)據(jù)對連桿進行強度的校核，并比較所得結果是否安全。</p><p>　　4）最后利用AutoCAD繪圖軟件，將所得連桿模型導入軟件中，并通過學習軟件的知識對導入的零件圖進行繪制和修改，到得最終完整的連桿模型的零件CAD圖紙。</p><p>　　通過本次畢業(yè)設計，我對內燃機連桿的設計方法和設計思路有了進一步了解，并對內燃機的結構也有了更多的認識。同時學習到PR

108、O/E、ANSYS、AutoCAD軟件的基本操作方法以及一下特色功能的掌握，為以后從事機械專業(yè)相關工作有巨大的幫助。</p><p>　　完成本次設計深有體會在工程和各類產品設計中，計算機可以幫助設計人員進行計算、存儲和繪圖等工作。計算機輔助設計以高速精確的計算能力、大容量存儲能力和數(shù)據(jù)處理能力，極大的簡化了設計過程、加快了設計進程、縮短了設計周期，也就提高了設計的效率和質量，為工業(yè)等各領域發(fā)展帶來了新的革命。&

109、lt;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 袁兆成. 內燃機設計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　[2] 柴油機設計手冊編輯委員會. 柴油機設計手冊[M]. 北京: 中國農業(yè)機械出版社, 1984.</p><p>　　[3] 葉明.內燃機連桿斷裂失效分析[J]

110、. 熱處理, 2002, 17( 1) : 46- 48.</p><p>　　[4] 呂彩琴，張自明.連桿小頭油孔對連桿疲勞壽命的研究[J].內燃機學報，2002，20（2002）：369~371.</p><p>　　[5] 曹巖. PRO/ENGINEER Wildfire 3.0曲面建模實例精解[M]. 北京:北京機械工業(yè)出版社，2007.1.</p><p&g

111、t;　　[6] 馬麟,張淑娟,張愛榮. 畫法幾何與機械制圖[M]. 高等教育出版社. 2011(01)</p><p><b>　　2007.12.</b></p><p>　　[7] 樊旭平. PRO/ENGINEER標準教程[M]. 北京：清華大學出版社，2009.6.</p><p>　　[8] 楊黎明，黃愷，李恩至，陳仕賢.機械零件設計

112、手冊[M].國防工業(yè)出版社，1988.3.</p><p>　　[9] 趙經文，王宏鈺.結構有限元分析[M].北京：科學出版社，2001.</p><p>　　[10] 華大年,華志宏.連桿機構設計與應用創(chuàng)新[M].機械工業(yè)出版社,2008.</p><p>　　[11] 陳國華.內燃機平切口式連桿結構最優(yōu)化設計[J].內燃機學報,1983.</p>

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114、ar P R.Studies on some modelling aspects in the finite </p><p>　　element analysis of small gasoline engine components. Small Engine </p><p>　　Technology Conference Proceedings . 1991.</p>

115、<p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在這次畢業(yè)設計中，有許多同學的幫助，謝謝他們在百忙之中還對我在設計中不懂的地方給我解釋和說明。電腦是做設計的重要工具，讓我加深了對PRO/E的簡單運用以及ANSYS、CAD的基本操作，同時出版社也是應該要感謝的，因為它們出版了如《內燃機設計手冊》《機械工程手冊》、《材料力學》等好書，這些書籍在我做設計時遇到計算，以及遇

116、到在日常中很少用到的公式時給了我很多幫助，相信對我以后的工作也有一定的幫助，讓我學會了更加好的運用工具書。</p><p>　　最后我覺得我們這次畢業(yè)設計能夠這么順利的完成，很大程度上是學校給了我們充分的時間，以及離不開學校的精心安排，讓我們在一邊面對就業(yè)的同時也不耽誤在的畢業(yè)設計。</p><p>　　最后我要感謝的是我們的指導老師王玉玲老師，在指導老師的認真及細心的指導下，我們才能按時