毕业设计（论文）-内燃机曲柄连杆机构设计及连杆有限元分析.doc

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内燃机曲柄连杆机构设计及连杆有限元分析
摘要:本文简要介绍了有限元分析在工程中的应用,在对曲柄连杆机构进行运动(学)、动力学分析后,对连杆模型进行适当的必要简化,用PRO/E创建实体模型并导入ANSYS,并对连杆模型进行前处理;根据连杆的受载情况,对连杆进行载荷分析,施加以工作过程中产生的最大载荷,将求解连杆的动力问题化为相应的静力问题;根据分析的结果,对连杆的有限元模型加载并求解,对结果进行了简要的结构强度计算分析。
关键词:连杆;有限元;ANSYS;
Design and Analysis of Crank and Connecting Rods Machanism Based on Finite Element Method
(Oriental Science &Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)
Abstract:This paper briefly introduced the finite element analysis and application in engineering, the crank and connecting rod mechanism kinematics, dynamics analysis, using PRO/E modeling of the to the connecting rod by the situation ,for the connecting rod,how to load on the working process of the analysis on the biggest and load produced for external force,the solution of the problem to motivate connecting to corresponding static problem;According to the result of the analysis of finite element model,connecting load and solving,the result are the brief structure strength analysis.
Key words:connection rod; finite element; ANSYS;
前言
有限元法已成为工程技术领域中不可缺少的一个强有力的计算分析工具,是研究
发动机连杆的应力、应变的应用中最常用的方法,该方法较用传统的材料力学公式计算的结果更为精确。ANSYS软件是一个以有限元分析为基础的大型通用CAE软件,它具有强大而广泛的分析功能、一体化的处理技术。在内燃机领域使用有限元分析方法,可以很直接地分析内燃机零部件的机构问题。有限元的应用提高了内燃机零部件设计的可能性,缩短了设计周期,大大推动了内燃机工业的发展。
连杆是内燃机的主要运动受力部件之一,它在工作中所受的各种外载荷复杂且呈周期性变化,机械负荷严重,工作条件恶劣。因此,连杆的可靠性一直是人们在内燃机研究和改进过程中关注的热点问题。在分析连杆的应力和应变时,考虑这些外力和复杂运动的因素,将得到更符合实际的结果,这样能为进行连杆可靠性的优化设计提供准确的理论依据。连杆是内燃机的重要构件和主要运动件,其结构形状和受载状况均很复杂。连杆的可靠性和寿命在很大程度上影响着内燃机的可靠性和寿命。如果连杆设计得不合理,使用中会出现应力集中现象或者局部强度或刚度不足,使连杆杆身发生形变,导致连杆失效,轻则会影响曲柄连杆机构的正常工作,使机械效率下降;重则会破坏活塞的密封性能,使排放恶化,甚至造成活塞拉缸、拉瓦,使发动机无法正常工作。
本设计主要对4v-105柴油机连杆进行设计以及有限元分析,目的是通过采用现代设计方法及有限元技术,具体是通过PRO/E绘出4V-105连杆的三维实体模型图,将其导入ANSYS软件,选用合适单元完成对模型的有限元网格划分,完成载荷施加及边界条件的处理,得出合理的有限元分析模型,后处理,完成有限元分析计算,输出计算得到的应力、应变、位移云图。由于本人知识水平有限,设计中有很多不足之处,希望老师给予批评指正。
2 曲柄连杆机构的物理分析
运用力学的基本理论进行内燃机曲柄连杆机构的运动学、动力学分析,为课题的研究奠定理论基础[10]。
曲柄连杆机构的运动学分析
4v-105内燃机的工作机构主要采用中心式曲柄连杆机构,其气缸中心线通过曲轴的旋转中心,结构简图