连杆的设计和有限元分析

号()院 与电气工程专 制造及其自动化班级11 自x班姓名指导老师2015 年 3 月 31 日1要连杆组由连杆体、 连杆大头盖、 连杆小头衬套、 连杆大头轴瓦和连杆螺栓 （或螺钉等组成。连杆组承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复惯性力的作用，这些力的大小和方向都是周期性变化的。 因此连杆受到压缩、 拉伸等交变载荷作用。连杆必须有足够的疲劳强度和结构刚度。疲劳强度不足，往往会造成连杆体或连杆螺栓IIAbstractThelinkgroupcomprisesaconnectingrod,theconnectingrodcover,connectingrodbushing,connectingrodbearingandrodbolts(orscrews).Theconnectingrodgroupundergasforcepistonpincameanditsswingandpistonreciprocatinginertiaforces,themagnitudeanddirectionoftheseforcesarechanges.Theconnectingrodbystretchingandalternatingload.Theconnectingrodmusthaveenoughfatiguestrengthandstructuralstiffness.Thefatiguestrengthisinsufficient,oftencausedbyfractureofconnectingrodortheconnectingrodbolt,resultingindestructionofthemajoraccident.Ifthelackofitwillcausedeformationofroundrodbendingdeformationandtheconnectingrod,piston,causepartialgrindingbearingandcrankpin.KeyWords:ricethresherthreshing;improveddesign;III目 录162666连杆的类型定位 5连杆的整机结构及选择 7连杆连杆的工作流程 934介 有限元强度分析简介 112有限元模态分析简介 1124.2 前处...................................................................................1错误！未定义书签。网格划19边界条定 强度22模态235果 强度模态IV25参考文献 26致 谢 27V1 连杆体由三部分构成，与活塞销连接的部分称连杆小头；与曲轴连接的部分称连杆大头，连接小头与大头的杆部称连杆杆身。青铜衬套。在小头和衬套上钻孔或铣槽，以使飞溅的油沫进入润滑衬套与活塞销的配合具有足够的刚度。为此，车用发动机的连杆杆身大都采用Ⅰ形断面， Ⅰ形断面可以刚度与强度都足够的情况下使质量最小，高强化发动机有采用 H采用连杆小头喷射机油冷却活塞，须在杆身纵向钻通孔。为避免应力集中，连杆杆身与小头、大头连接处均采用大圆弧光滑过渡。为降低发动机的振动，必须把各缸连杆的质量差限制在最小范围内，在工厂装配发动机时，一般都以克为计量单位按连杆的大、小头质量分组，同一台发动机选用同一组连杆。V型发动机上，其左、右两列的相应气缸共用一个曲柄销，连杆有并列连杆、叉形连杆及主副连杆三种型式。2 2.1 作原理连杆机构中的构件有杆状、块状、偏心轮、偏心轴和曲轴等型式。当构件上两转动副轴线间距较大时，一般做成杆状。6杆状结构的构件应尽量做成直杆。有时为了避免构件之间的运动干涉，也可将杆状构件做成其他结构。 下图为 8种典型结构形式：22连杆集团连杆身体，连杆大头盖骨，连杆小头布什、连杆大脑袋衬套和杆螺栓（或螺栓）等。连杆组忍受活塞销的天然气的作用力本身隔活塞组往返惯性力的作用下，这活塞，汽缸，轴承和曲轴销等偏磨。221青铜衬套。在小头和衬套上钻孔或铣槽，以使飞溅的油沫进入润滑衬套与活塞销的配合具有足够的刚度。为此，车用发动机的连杆杆身大都采用Ⅰ形断面， Ⅰ形断面可以刚度与强度都足够的情况下使质量最小，高强化发动机有采用 H机采用连杆小头喷射机油冷却活塞，须在杆身纵向钻通孔。为避免应力集中，连杆杆身与小头、大头连接处均采用大圆弧光滑过渡。7为降低发动机的振动，必须把各缸连杆的质量差限制在最小范围内，在工厂装配发动机时，一般都以克为计量单位按连杆的大、小头质量分组，同一台发动机选用同一组连杆。V型发动机上，其左、右两列的相应气缸共用一个曲柄销，连杆有并列连杆、叉形连杆及主副连杆三种型式。222 8上图所示9.2.3 作流程链接的主要损伤的形式是疲劳断裂和过剩变形。通常疲劳断裂部位连接上的 3个域的高应力。链接的工作条件链接的高强度和抗疲劳性能；另外要求很充分的钢性和韧性。传统的链接的加工过程中其材料通常 45钢， 40Cr和40MnB等调质钢、硬度高，所以德国汽车企业的新型连杆材料，例如 C70S6高碳微合金非调质钢， SPLITASCO列锻造钢， FRACTIM锻造钢锻钢等 S-国 常高强度，对应力集中敏感的。所以，连杆外形，过度的公亩等必要严格要求，应该注意的表面加工提高质量疲劳强度，否则高强度合金钢的应用预期效果不能达到。第3 章设计.1 原理连杆体由三部分构成，与活塞销连接的部分称连杆小头；与曲轴连接的部分称连杆大头，连接小头与大头的杆部称连杆杆身。青铜衬套。在小头和衬套上钻孔或铣槽，以使飞溅的油沫进入润滑衬套与活塞销的配合表面。连杆杆身是一个长杆件，在工作中受力也较大，为防止其弯曲变形，杆身必须要具有足够的刚度。为此，车用发动机的连杆杆身大都采用Ⅰ形断面， Ⅰ形断面可以刚度与强度都足够的情况下使质量最小，高强化发动机有采用 H采用连杆小头喷射机油冷却活塞，须在杆身纵向钻通孔。为避免应力集中，连杆杆身与小头、大头连接处均采用大圆弧光滑过渡。为降低发动机的振动，必须把各缸连杆的质量差限制在最小范围内，在工厂装配发动机时，一般都以克为计量单位按连杆的大、小头质量分组，同一台发动机选用同一组。 V叉102 第4 章有限元分析11.1 介4.1.1 强度分析介数学，有限要素法（FEMFiniteElement）是一种求解微分方程边值问题近似解的数值技术。解的时候全体的问题区域分解，各地区简单的部分，这个简单的部分就计算精度高，它不仅能适应各种复杂形状，有效的手段工程分析。位移模式选择未知量称为力法；部分节点力和一部分的节点移位作为基本的未知量被称为混合法。位移法容易实现计算自动化，所以，有限单元法最宽的应用范围位移法。位移法录用的时候，物体或构造物离散化后，单位总的物理量等的位移，应变应力。 。 分析单元的力学的性质力和节点移位的关系式，组合分析的关键的一步。这个时候应用弹性力学的几何学的方基本步骤之一。412 介模态分析研究结构动力特性的一种现代方法，系统的辨别方法是工程的振动的领域的应用。模态机械结构的固有振动特性，每一个模式是特定的固有频率，阻尼比模。 ， 。12析。振动模式的弹性的结构的固有的，全体的特性。模态分析的方法，通过清醒的构造， 种：的作用下发生的实际的振动响应。所以，模态分析结构设计及设备故障诊断动态的重要方法。各类振动特性研究的有效途径。首先，构造物静止状态人为加振，通过测定加振力和响应双通道快速傅立叶变换（ 模态分析理论考试导纳函数拟合的曲线，认识构造物模态参数，建立从而构造物模态模型。模态叠加原理，已知的各种载荷时间过程的场合，预言结构物的实际的振动的反应过程和反应谱。术 FFT等的技术的发展，得到考试模态分析的迅速的发展的影响，机械、电气、建筑、水利、航空、 航天等众多产业部门的重视。 已经多种等级， 各种原理的模态分析硬件和软件登场。4.2 前处理打开 s软件，界面如图所示13点击 Geometry功能选项，将其拖入 界面，如上图所示在击 StaticStructural功能选项，将其拖入到Geometry旋向框上面，如图所示，自动生成分析选项界面。导入模型以后，需要对模型赋予材质。本结构中，零部件材质设定为14结构钢杨氏模量为 2.1e13pa泊松比为 0.3如下图所示，分别对每个零部件进行材料设定43 区分网格前，用户首先需要对模型中将使用单位设定。单元的属性主梁的惯性等。材料的属性包括：弹性模量、泊松分布，密度，热膨胀系数等。ANSYS为用户提供了两种网格分割类型：自由与映射所谓的“自由”的体现，不特定的标准，单元形状无限制，生成机体不规律，基本上适用于所有的模型。自由网格生成的内部节点位置比较随意，用户无法控制。操作方法是打开 MeshTool工具栏的自由选择。用单元形状于是对面是身体依赖网格区分。对面的自由，只有网格是四角形的组合也尽量三角形单元组成，或两者混合。身体有自由、网格单元限制四面体。映射网格区分要求方面和身体的形状，一定规则，且映射面网格只包15括三角形的单位和四角形的单位，映射身体网格只包括六面体单元，这就是规则生成单元形状形状，适用规则的脸和身体。网格映射分，生成单元尺寸依靠，当前 KESIZE，LESIZE和ASIZE设置。 ， 3或 4条线围起来，腋下相等的单元的分割数必须。如果这方面 3条线围成三条方面的单元的分割数等于是偶数，必须要。对边格数的差别，平等，或网格边数相等，另外的格数的差是偶数，网格区分映射。如果一个方面比4条线围成，那是直接采用映射网格被分为了，但是，总的线数量的减少4，其中的一些线配合（ add）和连接（一种区分网格时的操作）。代替连接操作（concatenation），拾音器方面的3个或四角点面映射网格，分为它简化的方法的两个分映射网格点之间的内部连接线。为了得到映射网格，必须在一旁指定相等的线的分割数（或定义线的分割数对应的接力方式）。不需要所有的线指定分割数，只要采用映射网格，分程序线的分割数 1根边，一边传达传达给所有的旁边的网格方面）区分身体映射网格： 为了一个人分割六面体单位， 必须满足 ・了块形状 、 5面体和四方面的体形•对面和定义的单元的分割数必须等于・如果身体棱柱形和四面的尺寸，三角形方面的单元的分割数是偶数 · 相 对 缘 区 分 的 学 分 ， 必 须 等 于16导入模型以后如上图所示，打开主界面 ,对模型进行网格划分，点击mesh功能旋向，右击插入 mesh方法，选择 定整体网格大小为 1mm。点击 mesh，软件对模型进行网格划分，划分结果如下图所示：可以看到最终网格划分效果，以及网格数量，如下图：17如图所示，网格总数量为 487658，节点数量为 170523网格质量 10044 网格划分完毕需要对整体装置进行边界条件设定，如下图所示，为模型固定条件，即模型中某些零部件进行固定设定。设定轴承外圈上与小棍接触部分为固定。即 fixedsupport18另外设定约束条件，即受力载荷或者位移载荷设定与轴承外圈接触的冷碾辊部分以及外部受力打小为 如上图所示45 点solve，软件对模型进行计算，最终计算结果如下图1920。4.6 模态析在应力分析的基础上继续对模型进行模态分析，分析结果如下图所示分别得到模型的六阶振型连杆轴的一阶振型212223连杆轴的六阶振型24结论一、总结第一部分，文献资料的搜集与整理。通过专利网、文献库和老师给的资料，了解了当前主流的几种机车转向架助推器类型。然后根据文献资料，综合分析每种助推器的优劣，综合比较借鉴，初步确定采用撬棍杠杆式助推方式。第二部分，确定局部和整体方案。进一步分析撬棍式助推器的助推方式，及需要哪些相配合的机构，将助推器分为执行系统、系统和驱动系统三部分。然后先对执行机构， 。 统各部件的具体结构尺寸，确定轴上零件的定位和装配方式，最后选择合适的轴承并对各部件进行校核。二、设计的不足之处这次的设计还只是阶段性的，助推器的结构还可以进行局部优化，中间的系统也有很多不同的方案可以选择，比如选择齿轮代替链传，三、个人体会， 最后一步。需要考察自己大学期间学习的各项专业技能和课程知识，并且要综合运用，对自己也是一次全面的提高。仓促。刚开始做课题使并没有什么头绪，不知道从哪里下手。就像无头的苍蝇，这里做一些，那里做一些，其中受力分析就做了很多遍，事实证明这些都是无用功。后来跟指导老师沟通了很多次，确定下来步骤。先综合分析助推器的总体结构，分成几部分，比如驱动、、执行部分，这样就有了一个大的方向。因此，我体会到初步设计必须确定每一部分的工作，由大到小，先分析结构，再对， 、 ， 这样才能做出完整的设计。25参考文献.[A].HYPERLINK"http://www.easymover.it/en/pusher.