毕业论文-内燃机连杆计算机辅助设计

1、毕业设计内燃机连杆计算机辅助设计三三机械工程系学生姓名： 学号： 机械工程系机械电子工程系 部： 机械电子工程专 业： 指导教师： 二零一五年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 内燃机连杆计算机辅助设计 系部： 机械工程系 专业： 机械电子工程 学 学生： 指导教师（含职称）： （副教授） 1课题意义及目标连杆是内燃机的重要传动件之一，其作用是把活塞和曲轴连接起来，使活塞的直线往复运动变为曲轴的回转运动以输出动力。通过本次毕业设计，要求学生在深入了解内

2、燃机连杆零件的结构特点、功用和工作原理的基础上，综合运用所学过的基础理论知识，完成连杆零件的计算机辅助设计，为学生在毕业后从事机械方面的工作打好基础。2主要任务（1）建立连杆零件参数化模型；（2）零件疲劳计算模块的建立；（3）绘制连杆零件图；（4）编写设计说明书。3主要参考资料1 李惠珍.内燃机现代设计方法的进展J.内燃机学报,1992,10(1): 2-5.2 符正伟等.内燃机计算机辅助设计系统的研究J.内燃机工程,1993(3).3 叶明.内燃机连杆断裂失效分析J.热处理,2002,17(1):46- 48.4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅相关文献资料，完成开题报告2014.1

3、2.10至2014.12.302立连杆零件的参数化模型2014.12.31至2015.03.313完成疲劳计算模块2015.04.01至2015.05.104编写设计说明书2015.05.11至2015.05.315提交及修改设计说明书，答辩2015.06.01至2015.06.25审核人： 年 月 日 内燃机连杆计算机辅助设计摘 要：连杆是内燃机的重要传动件之一，长期以来连杆工作的可靠性问题一直是人们研究的热点课题。用CAD技术对连杆进行辅助设计会使连杆的设计周期大大缩短，数据也更加精确，有效地减少了运算的繁杂过程。本文运用PRO/E三维建模软件建立连杆零件的参数化模型，运用ANSYS软件对

4、连杆进行有限元分析以及利用AutoCAD绘制出连杆零件图，整个设计过程都使用计算机一体完成，每一个环节都能有效的联系在一起，大大地提高了连杆设计的工作效率。关键词：连杆，有限元分析，参数化模型，Pro/EComputer Aided Design For Engine Connecting RodAbstract：Connecting rod is one of the most important parts of the internal combustion engine. The reliability of connecting rod has been a hot research

5、 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 can reduce the complicated process of operation. Using 3D modeling software Pro / E parametri

6、c modeling of the connecting parts, using the ANSYS software of the connecting rod of finite element analysis and use AutoCAD to draw the connecting rod parts of the map, the entire design process are done on the computer integrated, each link can effectively link together, greatly improves the conn

7、ecting rod design work efficiency.Keywords: Connecting rod, Finite element analysis, Parametric model, Pro/E目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc421207552 1 前言 PAGEREF _Toc421207552 h 1 HYPERLINK l _Toc421207553 1.1 课题研究的目的及意义 PAGEREF _Toc421207553 h 1 HYPERLINK l _Toc421207554 1.2 国内外研究现状和进展趋势 PAGEREF

8、_Toc421207554 h 2 HYPERLINK l _Toc421207555 2 连杆结构设计 PAGEREF _Toc421207555 h 3 HYPERLINK l _Toc421207556 2.1 连杆材料选择 PAGEREF _Toc421207556 h 3 HYPERLINK l _Toc421207557 2.2 连杆工作情况 PAGEREF _Toc421207557 h 3 HYPERLINK l _Toc421207558 2.3 连杆结构型式及选择 PAGEREF _Toc421207558 h 5 HYPERLINK l _Toc421207559 2.4

9、 连杆主要尺寸设计 PAGEREF _Toc421207559 h 5 HYPERLINK l _Toc421207560 2.4.1 连杆小头主要尺寸 PAGEREF _Toc421207560 h 6 HYPERLINK l _Toc421207561 2.4.2 连杆杆身主要尺寸 PAGEREF _Toc421207561 h 7 HYPERLINK l _Toc421207562 2.4.3 连杆大头主要尺寸 PAGEREF _Toc421207562 h 8 HYPERLINK l _Toc421207563 2.5 本章小结 PAGEREF _Toc421207563 h 10 H

10、YPERLINK l _Toc421207564 3 连杆参数化建模 PAGEREF _Toc421207564 h 11 HYPERLINK l _Toc421207565 3.1 Pro/Engineer软件介绍 PAGEREF _Toc421207565 h 11 HYPERLINK l _Toc421207566 3.2 连杆零件三维建模 PAGEREF _Toc421207566 h 12 HYPERLINK l _Toc421207567 3.3 连杆零件参数化编辑 PAGEREF _Toc421207567 h 17 HYPERLINK l _Toc421207568 3.4 本

11、章小结 PAGEREF _Toc421207568 h 20 HYPERLINK l _Toc421207569 4 连杆的有限元分析 PAGEREF _Toc421207569 h 20 HYPERLINK l _Toc421207570 4.1 ANSYS软件概述 PAGEREF _Toc421207570 h 20 HYPERLINK l _Toc421207571 4.2 连杆的网格划分 PAGEREF _Toc421207571 h 21 HYPERLINK l _Toc421207572 4.3 施加约束及施加载荷 PAGEREF _Toc421207572 h 25 HYPERL

12、INK l _Toc421207573 4.4 求解与结果输出 PAGEREF _Toc421207573 h 27 HYPERLINK l _Toc421207574 4.5 连杆强度校核 PAGEREF _Toc421207574 h 31 HYPERLINK l _Toc421207575 4.5.1 连杆小头强度计算 PAGEREF _Toc421207575 h 31 HYPERLINK l _Toc421207576 4.5.2 连杆杆身强度计算 PAGEREF _Toc421207576 h 32 HYPERLINK l _Toc421207577 4.5.3 连杆大头盖强度计算

13、 PAGEREF _Toc421207577 h 33 HYPERLINK l _Toc421207578 4.6 本章小结 PAGEREF _Toc421207578 h 34 HYPERLINK l _Toc421207579 5 连杆零件图 PAGEREF _Toc421207579 h 35 HYPERLINK l _Toc421207580 5.1 AutoCAD2010软件概述 PAGEREF _Toc421207580 h 35 HYPERLINK l _Toc421207581 5.2 零件图导入 PAGEREF _Toc421207581 h 36 HYPERLINK l _

14、Toc421207582 5.3 零件图修正 PAGEREF _Toc421207582 h 36 HYPERLINK l _Toc421207583 5.4 本章小结 PAGEREF _Toc421207583 h 38 HYPERLINK l _Toc421207584 6 结 论 PAGEREF _Toc421207584 h 39 HYPERLINK l _Toc421207585 参考文献 PAGEREF _Toc421207585 h 40 HYPERLINK l _Toc421207586 致 谢 PAGEREF _Toc421207586 h 41太原工业学院毕业设计1 前言1

15、.1 课题研究的目的及意义连杆是内燃机的主要传动件之一，按类型来说拥有整体式连杆，也就是连杆没有连杆盖做成一个整体，也有做成分开式连杆，一般来说连杆做成分开式更加的方便后续的安装和更换，分开式连杆与杆身切开的一半称为连杆盖，二者靠连杆螺栓链接为一体。连杆轴瓦安装在连杆大头孔座中，与曲轴上的连杆轴颈装和在一起，是发动机中最重要的配合副之一。常用的减磨合金主要有白合金、铜铅合金和铝基合金。连杆在工作环境中承受着各种复杂的外载荷并且呈现了周期的变化，机械的负荷比较严重，工作条件也比较恶劣。因为存在这些问题，所以连杆的可靠性一直都是人们在内燃机研究和改进过程中所关注的重点问题。在对连杆进行分析它的应力

16、和应变是，应该考虑这些外力和复杂的运动的因素，只有在考虑这些问题所研究出来的结果才能更加的符合实际的结果，这样才能对连杆的可靠性的结构进行优化设计提供了准确的论理依据和准确的数据。连杆零件是内燃机中的重要构件以及主要的运动件，因为连杆的可靠性以及寿命有一定程度上影响着内燃机的好坏，所以连杆的结构形状和受载荷情况都很复杂。如果所设计的连杆结构不合理，那就是出现在使用时局部的强度、刚度不足或者是应力集中，这样的问题会导致连杆杆身发生变形，使得连杆失效，程度轻的会影响曲柄连杆机构的正常运作，机械效率下降；程度重的就是破坏活塞的密封性能，造成内燃机无法正常工作，甚至报废。不难看出，连杆对于内燃机来说是

17、不可或缺并且起到关键性作用的零件。所以本课题的研究对于设计出优秀耐用的连杆起到至关重要的作用。同时对内燃机的安全性也起到关键作用。1.2 国内外研究现状和进展趋势“十一五”期间，国内企业普遍采取裂解连杆体和连杆盖分界面技术，这样可以大幅度地减少机械加工的工序，由此开发了高强度低韧性的高碳非调质钢和粉末冶金锻件，以满足工艺的需要。目前中国国内在调质钢应用方面与国外差距不大，但在锻造技术方面与国外比还是有一些差距。国外对连杆毛坯的加热大多采用电加热或感应加热，加热时间短，加热温度控制稳定，采用辊锻制坯，液压模锻成形，锻件尺寸精度高，避免了锻件表面的脱碳。国内多数连杆生产厂家还是采用空气锤制坯，蒸汽

18、锤成形，连杆锻件普遍存在的问题是尺寸精度差、锻件表面状态不好、锻件表面脱碳严重等。国内发动机连杆制造企业在锻造加热和锻后控制方面近年已经取得长足的进步，具备了应用非调质钢生产连杆的条件。国内烧结锻造技术还很落后，专用的粉末冶金压机及烧结炉的应用还不普遍。金属粉末的品种少，质量差且不稳定。另外，烧结保护气体还需进一步地研究改进，这些都影响着国内超高度粉末冶金零件的发展。近几十年来，随着各方面技术的不断发展和研究设计人员的不懈努力，到目前国内外内燃机连杆的强度和刚度以及结构设计研究已取得了较大的进展，尤其是在连杆的应力计算研究方面。当然，由于连杆结构固有的复杂性，连杆的强度和刚度设计还没有得到很好

19、完善，所以还有许多问题需要继续研究。2 连杆结构设计2.1 连杆材料选择 HYPERLINK /s?wd=%E8%BF%9E%E6%9D%86&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 连杆是内燃机的必不可少部件之一，其质量对提高内燃机的可靠性和动力性起到至关重要的作用，所以要求不但要有很高的抗拉、压强度和 HYPERLINK /s?wd=%E7%96%B2%E5%8A%B3%E5%BC%BA%E5%BA%A6&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 疲劳强度，而且要有足够的

20、HYPERLINK /s?wd=%E5%88%9A%E6%80%A7&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 刚性、韧性。 HYPERLINK /s?wd=%E8%BF%9E%E6%9D%86&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 连杆常用的选择材料有以下几种： HYPERLINK /s?wd=45%E5%8F%B7%E9%92%A2&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 45号钢（ HYPERLINK /s?w

21、d=%E4%B8%AD%E7%A2%B3%E9%92%A2&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 中碳钢）、 HYPERLINK /s?wd=40Cr&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 40Cr、42Cr（中碳 HYPERLINK /s?wd=%E5%90%88%E9%87%91%E9%92%A2&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 合金钢）、GGG70（ HYPERLINK /s?wd=%E7%90%8

22、3%E5%A2%A8%E9%93%B8%E9%93%81&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 球墨铸铁）等，中碳钢广泛用于机械零件的制造方面因为它具有热加工及切削性能良好，强度和硬度都比低碳钢高，淬火和回火后具有良好的综合力学性能，中碳钢主要用于制造较高强度的运动零件，如泵的活塞，重型机械的轴、等，表面耐磨的零件，曲轴、连杆、滚筒、等；合金钢应用于强化程度高的中高速机车、航空发动机上，具有优异的综合机械性能，但是对缺口的敏感性很强，对热处理、机械加工要求相当严格；球墨铸铁的机械性能和使用性能比其他多种铸铁都要好许多，而且经正火处理

23、后机械性能良好，球墨铸铁还具高度的耐磨性，吸振能力强，缺口敏感性低，疲劳强度高等优点。 通过对比，本次设计连杆的材料选用45号钢。2.2 连杆工作情况连杆在内燃机中的工作环境：连杆是内燃机的重要传动件之一，其作用是把活塞和曲轴连接起来，使活塞的直线往复运动变为曲轴的回转运动以输出动力，所以在这种极端的环境之下连杆的运动受到的作用力是一种交变载荷，因为这种载荷使得连杆产生了很大的交变应力，所以需要连杆拥有很高的强度要求；而且连杆在摆动平面和垂直于摆动平面内可能会产生弯曲，增加了连杆所受的工作应力，还有连杆大头和连杆小头发现变形还会造成连杆轴承的工作不正常、轴颈偏磨损。因此连杆需要足够的刚度要求；

24、在连杆的强度和刚度增加了并不能代表连杆就能够依赖增大连杆的尺寸来增加连杆的可靠性，因为连杆的质量也会随之增大，惯性力也变大，这样会对内燃机的强度、刚度、轴承载荷、平衡以及震动等方面带来了不良后果，同时也会限制了内燃机转速的提高。所以在强度和刚度提高的同时也需要结构合理，在设计时就要求了连杆需要拥有合理的结构要求。根据工作的环境要求，在连杆设计时考虑的因素更加多了，在结构的设计过程中成为了参考的重要依据。连杆工作时承受的作用力有：(1) 气缸的气体压力Pg和气缸的活塞组进行往复运动所产生的惯性力 Pjn的合力Pe分解在连杆轴上的分量， 即为连杆所受到的力P1，如图2-1所示。P1由于气体压力和往

25、复运动质量惯性力随活塞位置的不同，连杆力的大小和方向也随之而改变。(2) 连杆本身运动质量的惯性力。连杆各部分的质量在运动中产生的状态不同， 惯性力也随之不同。连杆本身的运动质量惯性力, 使连杆承受附加的力和力矩。(3) 连杆在摆动平面内，由于连杆力矩会引起横向弯曲载荷。还有就是在装配时由于压入连杆衬套，拧紧连杆螺栓，以及压紧连杆轴瓦等所产生的静载荷。(4) 还有一点就是连杆零件在加工时由于加工不准确，承压面对连杆轴线不相对称等加工问题以前的附加弯曲载荷。图2-12.3 连杆结构型式及选择连杆的主要组成为：连杆由连杆小头、 连杆大头、 连杆杆身组成。其中连杆小头由连杆体的小头部分和连杆衬套所组

26、成。连杆大头则由连杆体的大头部分、 连杆螺栓、连杆轴瓦所组成。按照连杆大头的切口形式可以将连杆分为，平切口式连杆和斜切口式连杆。这两种切口形式的选择主要是取决于连杆大头的尺寸与气缸孔直径之间的相对大小，在内燃机的爆发力相对较低时，连杆所受的力相对就较小，连杆大头的尺寸就会相对小一些，因此最好采用连杆大头为平切口；如果内燃机的爆发力相对较大，那么受到的力也很大，连杆大头尺寸也相对较大，当平切口的尺寸大于气缸孔值径是就需要采用斜切口的形式11。 根据零件的设计用途及应用广泛性，在本次毕业设计中采用了平切口式的连杆，连杆的样式和组成结构如图2-2所示。图2-22.4 连杆主要尺寸设计选定了连杆所用的

27、材料，了解连杆的工作情况、连杆的在内燃机中的工作环境、连杆的结构型式等设计的要求之后，我们开始要确定连杆的主要基本的尺寸和结构细节，在连杆的基本尺寸中，连杆大头孔和连杆小头孔之间的距离称为中心距L，L的大小关系着连杆的长度，连杆长度的偏差直接影响内燃机的压缩比和装配关系。查询内燃机设计手册2可得：连杆杆体长度L（即连杆大小头孔中心距）和结构参数（R为曲柄半径）有关。连杆杆体长度越长，即越小，则可以升高发动机的高度，加重运动件的重量和整机的重量，对高速化不利，所以连杆杆体L越短则对结构有利，而且一旦大则会使二级反复惯性力气缸压力增大，并且增加曲轴平衡块与活塞、气缸套相碰的可能性。连杆的设计要有足

28、够的疲劳强度与刚度，连杆大头和连杆小头要有良好的抗拉、抗压能力，同时连杆杆身也要做到应力分布尽量均匀、应力集中小。所以本次毕业设计针对连杆小头、连杆大头、连杆杆身进行尺寸设计。2.4.1 连杆小头主要尺寸连杆小头在运动的过程中相对于活塞销进行往复摆动。为了使连杆小头更加耐磨，在销头孔内压入耐磨青铜衬套。连杆小头为薄壁环形的结构，顶端两侧有油孔，这是为了使润滑油经小孔润滑连杆小头轴承和活塞销。连杆小头轴承受到的比压大，所以润滑速度低，一般不可能造成理想在液体润滑。因此本设计中连杆小头采用飞溅润滑，因为载荷的交变性引起活塞销相对连杆上下移动，所以在连杆小头合衬套上设有油孔或油槽。连杆小头到杆身的过

29、渡部分是相对薄弱的部位，此处的应力集中比较大。为了解决缓和应力集中，可采用二段或三段圆弧过渡的设计。本次毕业设计连杆小头的设计采用浮式活塞销，如图2-3所示。根据以上的相关设计的要求以及图2-6中的参数，可确定小头主要尺寸与中心距L的尺寸关系式如下：连杆小头外径： A=0.28L （2-1）连杆小头内径： B=0.20L （2-2）连杆小头厚度： K=0.19L （2-3）连杆杆身小头处宽： H=0.18L （2-4）图2-32.4.2 连杆杆身主要尺寸连杆杆身也承受着交变载荷，可能造成疲劳破坏和变形，连杆在高速摆动时所产生的横向惯性力也会让连杆杆身弯曲变形。所以连杆杆身必须有足够的断面积，才

30、能消除产生应力的集中。连杆杆身的断面采用“I”字形结构类型，这样就能在足够高强度和刚度下获得最小的杆身质量。连杆杆身断面从连杆小头到连杆大头逐渐增大，这是由杆身的受力情况所决定的，杆身两头分别与小头、大头作圆滑的过渡，这样既可避免应力集中，又能将力传达均匀了12。根据以上的相关设计要求，本次毕业设计连杆杆身采用“I”字形结构类型，如图2-4所示。并参考图2-6中参数，确定连杆杆身的主要尺寸与中心距L的尺寸关系式如下：连杆中间厚度： E=0.025L （2-5）连杆中间宽度： N=0.19L （2-6）图2-42.4.3 连杆大头主要尺寸连杆大头所连接的是连杆和曲轴，这里要求有足够高的强度和刚度

31、，不然将会影响薄壁轴瓦，甚至影响整机工作可靠性。同时为了维修方便，连杆必须能从气缸中取出，所以需要连杆大头在摆动平面内的总宽必须小于气缸的直径。在设计连杆大头时，应在保证强度、刚度条件下，尺寸尽量小，重量尽量轻。连杆大头的形式分为两种，一种是整体式连杆大头，另一种是分开式连杆大头。由于内燃机普遍采用分开式连杆，在维护和安装以及更换等方面使用方便。根据以上相关设计要求，本次毕业设计连杆大头的设计选用分开式连杆大头而且是平切口的型式如图2-5。并参考图2-6中参数，确定连杆大头的主要尺寸与中心距L的尺寸关系式如下：连杆大头内径： D=0.38L （2-7）大头螺栓孔间距： Z=0.45L （2-8

32、）连杆大头宽度： F=0.55L （2-9）连杆大头厚度： J=0.23L （2-10）图2-5 图2-62.5 本章小结 通过查询柴油机设计手册中的连杆组的设计等资料，充分的了解了连杆的组成、结构、和工作原理。和连杆在内燃机环境中的工作环境，然后对连杆的材料、结构要求、主要基本尺寸关系等进行了确定，根据已经确定的条件，对连杆进行结构的分析和对连杆的组件进行三维建模做准备。3 连杆参数化建模3.1 Pro/Engineer软件介绍在本次设计中使用PRO/E的版本是野火5.0，随着现代科技的不断发展，PRO/E在当今的三维造型领域中已占有举重轻重的地位，特别是在国内的产品设计中占据着重要位置。P

33、RO/E软件以参数化著称，第一个提出参数化设计的概念，而且采用单一的数据库以便解决特征的相关性问题。PRO/E软件使产品快速走向市场，按传统的设计方法，不但设计周期长，而且精度难以保证。而当今产品开发的一个主要方面就是开发新的产品外形与结构，特别是由各种自由曲线、曲面组成的流线型外形，传统的设计已无法满足要求。为了适应市场需求，机械CAD/CAM系统PRO/E软件，成功的应用于产品设计中，并取得良好的经济效益7。PRO/E软件的主操作窗口如图3-1所示。图3-1参数化设计是PRO/E重点强调的设计理念，而参数又是参数化设计的核心概念。在一个模型中，参数的形式是通过“尺寸”来体现的，参数化设计的

34、突出优点是设计人员可以通过变更模型的参数来修改设计意图，有效的提高了设计效率。关系式是参数化设计中另一项主要内容，它能够体现参数间相互制约的“父子”关系。PRO/E是基于特征的实体模型化系统，设计人员可以采用具有智能性的基于特征的功能来生成各类模型，如壳、圆角及倒角等，还可以随意更改草图，轻易的改变模型。这个功能特性可给工程设计人员提供在设计中从未有过的灵活和简易。PRO/E建立在统一基层数据库上，在设计过程当中更改任何一处就可以反应在整个设计的相关环节中。这样的数据结构与工程设计完整结合，使设计更加优化，成品的质量也更加高，产品市场更加广阔。3.2 连杆零件三维建模根据前边连杆设计章节中的相

35、关设计要求，确定的关系式可以得出连杆的主要尺寸为：连杆大小头孔中心距： L=128mm连杆小头外径： A=35.3mm 连杆小头内径： B=25mm 连杆大头内径： D=48mm 大头螺栓孔间距： Z=57.5mm 连杆中间厚度： E=7mm 连杆大头宽度： F=70mm 连杆大头厚度： J=26mm 连杆小头厚度： K=24mm 连杆中间宽度： N=24mm连杆杆身小头处宽： H=23mm 连杆各个零件图建模基本步骤:（1）打开PRO/E，点击新建命令，创建实体，输入实体文件名字0510030，取消缺省尺寸选择公制mm为单位，进行实体建模。（2）选择拉伸命令，选择基准平面进行绘制草绘图，如果

36、在建模过程数值输入错误，可通过右击模型及编辑定义进行修改。（3）以中心距为基准，画出连杆的主轴体部分如图3-2。图3-2（4）绘制完连杆的主轴体之后，还以中心距为基准画出连杆的配套零件，连杆盖如图3-3。图3-3（5）在绘制完连杆的主体之后，接着画出连杆的配套零件，小头衬套如图3-4和连杆轴瓦3-5。图3-4图3-5（6）然后再将配套用的连杆螺栓画出来（如图3-6所示）：图3-6（7）最后将所有主件和配套零件在PRO/E中进行组合，得到一个完整的连杆的模型，如图3-7（1）、3-7（2）图3-7（1）图3-7（2）3.3 连杆零件参数化编辑利用PRO/E里的参数化设计可以对已经画好的三维零件模

37、型进行参数编辑，然后就可通过更改模型参数来达到自动建模的效果。打开已经画好的连杆零件模型，点击工具里面的参数，打开参数添加对话框进行连杆主体参数的添加。填入参数的名称，选择数字的类型为实数，输入主体模型的初始数据，参数添加完成后点击确定即可。由于不是一个模型而是几个不同的模型组合而成的连杆，所以需要以一个中心参数为基准进行参数化编辑，本设计使用连杆的大小头孔中心距为基准，进行参数化编辑。连杆主体参数编辑对话框（如图3.8所示）：图3-8图中参数字母分别表示：连杆大小头孔中心距：L、连杆小头外径：A、连杆小头内径：B、 连杆大头内径：D、大头螺栓孔间距：Z、连杆中间厚度：E、连杆大头宽度：F 参

38、数添加完成后接下来进行尺寸关系的编辑，为使更好的编辑尺寸间的关系式，先点击信息里的转换尺寸，将连杆模型的各个尺寸转化为序号的形式。然后点击工具里的关系，打开关系编辑的对话框，首先编辑参数和连杆主体模型上的尺寸，使之对应起来，接下来输入尺寸的关系式，将第二章连杆设计中的尺寸关系输入到对话框的编辑位置。在关系式的输入过程中尤其要注意格式，例如A=0.28*L如果输入为A=0.28L系统就会提示错误，关系式间的符号是不可省略的。而且由于连杆主体结构复杂尺寸较多，在输入尺寸关系时需要认真校对，以免导致关系式对应关系错误，从而不能自动建立出正确的三维模型。尺寸关系编辑（如图3.9所示）完成后点击确定即可

39、，此时可以看到参数对话框中的参数都已经被锁定，除了可输入的指定参数外其他参数不能随意更改，它们会根据关系式中的关系自动变化。图3-9建立新的模型时打开工具中的参数对话框，输入新的连杆大小孔中心距（如输入135），点击确定然后再点击界面工具命令栏里的再生命令，模型就会自动建立新的模型。此时可以看到连杆主体模型发生变化（如图3.10所示），打开参数对话框也可以发现里面的参数都自动变为了新的参数（如图3.11所示）。图3-10图3-113.4 本章小结通过学习PRO/E三维软件相关知识与操作，并根据连杆的组件零件结构设计得出的主要参数绘制连杆组件零件结构的三维模型，然后再对连杆组件进行尺寸的参数化编

40、辑，建立连杆组件的参数化模型，最后将确定好的组件进行在PRO/E中进行组合得到我们想要的连杆结构。使之可以通过更改连杆组件的参数达到软件自动建模的效果，提高了连杆设计的效率。4 连杆的有限元分析4.1 ANSYS软件概述随着现代计算机的不断发展，许多的有限元分析软件也得到了广泛应用。ANSYSY软件是一款大型通用的有限元分析软件，它可以和大多数计算机辅助设计软件接口，实现数据共享与交换。ANSYS可以用来求解流体、结构、电力、碰撞以及电磁场等一系列问题14。ANSYS的主操作窗口和隐藏的信息输出窗口如图4-1和图4-2所示。图4-1图4-2ANSYS有限单元法的基本思路是将问题的求解域都划分为

41、一系列的单元，单元之间仅仅靠节点来连接。单元内的点的待求量可以由单元节点量通过选定的函数关系的插值求得。由于单元形状比较简单，易于由能量关系或者平衡关系建立节点量间的方程式，然后就可将各个单元方程“组集”在一块而形成总体的代数方程组，输入边界条件后即可对方程组进行求解。当然单元划分越细，计算的结果就越精确。4.2 连杆的网格划分首先将组合连杆模型做一些简化，以便减小有限元分析计算的规模，提高效率。然后将简化好的连杆三维模型保存为IGES格式，再导入到ANSYS软件当中，接下来定义连杆零件模型单元类型。GUI途径为（如图4-3所示）：MainMenuPreprocessorElementType

42、Add/Edit/DeleteStructural Masssolid185.图4-3 定义刚性梁单元类型，GUI途径为（如图4-4所示）：MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/DeleteconstraintM184图4-4 设定184单元类型的K1值为Rigid Beam。 定义连杆模型的材料属性弹性模量及泊松比，GUI途径为（图4-5所示）： Main MenuMaterial props Material models Structrual Linear Elastic Isotropic.图4-5 定义连杆模型的材料的密度，GUI途径为（图4

43、-6所示）： Main MenuMaterial props Material models Structrual Density. 图4-6 由于连杆模型的结构比较复杂，可网格划分方式为选择自由划分，GUI途径为（如图4-7所示）： Main Menu PreprocessorMeshingMesh ToolVolumesfreeMeshPick all.图4-7完成连杆模型划分网格后，得到连杆模型的网格划分图（如图4-8所示）：图4-84.3 施加约束及施加载荷 对连杆零件模型进行施加约束，GUI途径（如图4-9所示）： Main MenuSolutionDefine LoadsApply

44、StructuralDisplacementOn Area. 直接点击连杆模型连杆的中央位置截取约束的面，点击OK。图4-9将约束施加在连杆零件的轴中央，这样可以使连杆在受力时可以更清晰的看出形状变化的效果图，施加约束（如图4-10所示）：图4-10对连杆的大头上端半圆截面和小头下端半圆截面施加载荷，GUI途径（如图4-11所示）为：Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Area直接点击连杆模型上需要施加载荷的面和输入定义载荷，点击OK。图4-11在施加完约束之后就进行施加载荷，在连杆运动的时候主要受到的力有大头上端半圆截

45、面和小头下端半圆截面的拉力，以及大头上端半圆截面和小头下端半圆截面的压力，在本次设计中为了不存在分析的重复，这里只研究了拉力存在的情况，就是在大头上端半圆截面和小头下端半圆截面上施加载荷，（如图4-12所示）：图4-124.4 求解与结果输出在连杆模型相关载荷全部施加完成后，即可对连杆模型进行求解分析。GUI（如图4-13所示）途径为：Main MenuSolutionCurrent Ls.图4-13连杆模型求解应力图与形变量图，GUI途径（如图4.-14所示）为：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour PlotNodal Solu/Elemen

46、t Solu.图4-14形变前后对比图：X轴方向形变：Y轴方向形变：Z轴方向形变：应力图：4.5 连杆强度校核4.5.1 连杆小头强度计算由于连杆小头压配衬套和温度过盈而产生的温度过盈量为=dt()公式中: d-连杆小头内径 d=25mm；t连杆小头温升,取t=110C-衬套锡青铜线膨胀系数 =1.8(1/C)-小头钢材料的线膨胀系数 =1(1/C)=25110(1.8-1)=0.02816毫米连杆小头衬套与连杆小头配合面上由总的过盈量所产生的单位压力为PP= 公式中: -衬套压配时的最大过盈量 =0.052mmD-小头外径 D=35mm；d-小头内径 d=25mm-衬套内径 =23mm；-泊

47、桑系数 45号钢取0.3E-连杆刚材料的抗拉弹性模数，E=1.6kg/cm-锡青铜抗拉弹性模数， =1.15 kg/cm=348kg/cm由单位压力P所引起的连杆小头内外表面应力为：连杆小头外表面应力=348=723 bar 连杆小头内表面应力=348=1124 bar连杆小头外表面应力=723bar=72.3Mpa；连杆小头内表面应力=112.4Mpa；由图中数据可得，最大处的应力为11.5Mpa72.3Mpa112.4Mpa，故连杆小头的设计是安全的。 4.5.2 连杆杆身强度计算已知:H=28mm，B=20mm，h=16mm，b=5mm，=2.8cm2。连杆杆身断面对其垂直于摆动平面轴线

48、的惯性矩和应力为：经过计算，Ix=3.05 2=1662bar。连杆杆身断面对其位于摆动平面内轴线的惯性矩和应力为：经过计算，Iy=0.8 1=1746bar公式中为系数，对于各种钢材在垂直于摆动平面内的应力幅和平均应力 连杆杆身中间的截面在摆动平面内的应力幅和平均应力 a1=974bar=97.4Mpa；a2=932bar=93.2Mpa；m1=772bar=77.2Mpa；m2=730bar=73.0Mpa；所算出数据均大于11.5Mpa，故连杆杆身的设计是安全的。4.5.3 连杆大头盖强度计算1、大头盖受力分析在进气冲程开始,当活塞在上死点时承受往复运动质量和连杆大头剖分面以上的旋转运动

49、质量的惯性力得：Pjp=-862公式中: -活塞组质量；-小头分配质量； -大头分配质量；-大头盖质量。2、应力计算公式 公式中: C-两螺栓孔间距离 C=57.5mmI和分别为连杆大头盖和轴瓦断面的惯性矩F和分别为连杆大头盖和轴瓦断面的横断截面 W-连杆大头盖计算断面的抗弯断面模数由=0.685cm=0.93cm=1.07cm=0.62cm=0.0021cm将上述数据代入应力公式得:=171bar=17.1Mpa，由图中数据可得，最大处的应力为11.5Mpa17.5Mpa，故连杆大头盖的设计是安全的。4.6 本章小结 通过对ANSYS有限元热分析软件原理、操作步骤、后处理技术等的介绍分析，体

50、现了ANSYS 软件在处理比较复杂的工程实际问题的简便性，它可以大大地减少工作量和计算中的误差,并节约了开支。但是要想达到更精准的模拟结果，我们就得在前处理的过程中，确定施加约束的位置和载荷施加的方向和位置，并且把网格划分得更加的精密。然后通过简单的计算对连杆大头、连杆杆身以及连杆小头进行强度校核，然后与图中数据对比，达到验证图中数据的安全性。5 连杆零件图5.1 AutoCAD2010软件概述AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是Autodesk（欧特克）公司首次于1982年开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。现已经

51、成为国际上广为流行的绘图工具。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行6，AutoCAD软件界面如图5-1所示。图5-15.2 零件图导入打开Pro-e中已经建立好的组合的连杆模型，点击新建，选择绘图、模板为空、纸张大小A0，如图5-2所示。 图5-2然后将文件另存为dwg格式，以便下一步导入AutoCAD中进行零件图的修改5.3 零件图修正打开

52、AutoCAD，将前边Pro-e中导出的零件图导入到CAD中，然后在图层属性中设置图层，新建细实线、中心线、标注、虚线等图层，并设定相应的颜色、线宽和线型。找不到的线型可从线型库里进行添加，定义图层界面如图5-3所示。 图5-3 针对组合而成的连杆零件对导入零件图进行修改，对于多余的线条进行删除，截面进行填充剖面线，设定各线条的粗细形式，选择图层里的标注图层，新建标注样式，设定合适的文字高度、箭头大小等。尺寸标注时要注意标注完全，标注尺寸应该根据加工工艺标注。编辑填写连杆的生产技术要求，技术要求有：1.经调质处理,硬度223280HBS，同一连杆体上的硬度差不大于35HBS；2.连杆的缺陷不允许焊补来修整；3.危险截面不允许有缩孔，疏松等内部缺陷；4.毛坯应经喷丸处理或喷砂处理；5.未注明锻造圆角R23；并根据cad图纸填写的标准将表格填完整，得到完整的连杆设计的图纸。如图5-4所示。图5-45.4 本章小结通过学习AutoCAD2010软件的基本知识，掌握了AutoCAD2010界面组成和基本操作方法以及图形文件管理、命令操作、坐标系等操作知识。将PRO/E的组合连杆零件模型图导入了CAD中进行对连杆零件图再次编辑，对不需要的线条进行删减，对重要的尺寸进行了标注，最后完成了连杆零件CAD图纸进行了完善。6 结 论完成了本次的毕业设