曲柄连杆机构毕业设计说明书Word文档下载推荐.doc

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ABSTRACT

ThisarticlereferstobytheJeetaEA113gasolineengine’srelatedparameterachievement,ithascarriedonthestructuraldesigncomputionformainpartsofthecranklinkmechanisminthegasolineenginewithfourcylinders,themaincomponentsofandbyusingANSYSfiniteelementanalysiswascarriedoutonthepistoncomponentanalysisofthethermodynamics.

Firstofall,ofthepiston,connectingrodandcrankshaftparametricstructuredesignindetail,andthestructuralstrengthandrigiditycheck.Then,usingSolidworkssoftwaretoestablishtheentitymodelofpiston,andimportitintoANSYSsoftwareoftemperaturefieldanalysisandprocessing,theanalysisofthepistonwithinthecylinderheating,adeepunderstandingofthesimplifiedmethodofmodelintheory,applyingtheappropriateboundaryconditionsandconstraints,calculatethepistontemperaturedistributionundertheconditionoftemperatureload.Thesimulationresultsshowthatthesimulationresultswiththeactualworkingcondition,engineinthispaperthesimulationmethodfortypeselection,optimumdesignofcrankconnectingrodmechanismprovidesanewwayofthinking.

Keywords:

Engine；

Crankshaft-ConnectingRodMechanism；

AnalysisofForce；

ModelingofSimulation；

FEM；

目录

摘　　要 I

ABSTRACT II

目录 III

第1章绪　　论 1

1.1选题的目的和意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3设计研究的主要内容 2

第2章连杆组的设计 4

2.1连杆的设计 4

2.1.1连杆的工作情况、设计要求和材料选用 4

2.1.2连杆长度的确定 4

2.1.3连杆小头的结构设计与强度、刚度计算 4

2.1.4连杆杆身的结构设计与强度计算 7

2.1.5连杆大头的结构设计与强度、刚度计算 10

2.2连杆螺栓的设计 12

2.2.1连杆螺栓的工作负荷与预紧力 12

2.2.2连杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算 12

2.3本章小结 13

第3章曲轴的设计 14

3.1曲轴的结构型式和材料的选择 14

2.1.1曲轴的工作条件和设计要求 14

3.1.2曲轴的结构型式 14

3.1.3曲轴的材料 15

3.2曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计 15

3.2.1曲柄销的直径和长度 15

3.2.2主轴颈的直径和长度 16

3.2.3曲柄 16

3.2.4平衡重 16

3.2.5油孔的位置和尺寸 17

3.2.6曲轴两端的结构 17

3.2.7曲轴的止推 18

3.3曲轴的疲劳强度校核 18

3.3.1作用于单元曲拐上的力和力矩 18

3.3.2名义应力的计算 22

3.4本章小结 24

第4章活塞组的设计 25

4.1活塞的设计 25

4.1.1活塞的工作条件和设计要求 25

4.1.2活塞的材料 26

4.1.3活塞头部的设计 26

4.1.4活塞裙部的设计 30

4.2活塞销的设计 32

4.2.1活塞销的结构、材料 32

4.2.2活塞销强度和刚度计算 33

4.3活塞销座 34

4.3.1活塞销座结构设计 34

4.3.2验算比压力 34

4.4活塞环设计及计算 34

4.4.1活塞环形状及主要尺寸设计 34

4.4.2活塞环强度校核 35

4.5本章小结 36

第5章活塞的温度场分析 37

5.1活塞的热负荷和相关参数 37

5.2活塞热分析边界条件的确定 37

5.2.1燃气对活塞顶部的换热系数和燃气平均温度的确定 38

5.2.2火力岸、活塞环区和裙部换热系数的确定 38

5.2.3内腔换热系数的确定 39

5.2.4冷却油腔换热系数的确定 39

5.3　活塞温度场模拟分析和结果 40

5.4本章小结 47

结　　论 48

参考文献 49

致　　谢 50

IV

第1章绪　　论

1.1选题的目的和意义

曲柄连杆机构是发动机的传递运动和动力的机构，通过它把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。

因此，曲柄连杆机构是发动机中主要的受力部件，其工作可靠性就决定了发动机工作的可靠性。

随着发动机强化指标的不断提高，机构的工作条件更加复杂。

在多种周期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证机构具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为曲柄连杆机构设计的关键性问题[1]。

通过设计，确定发动机曲柄连杆机构的总体结构和零部件结构，包括必要的结构尺寸确定、运动学和动力学分析、材料的选取等，以满足实际生产的需要。

在传统的设计模式中，为了满足设计的需要须进行大量的数值计算，同时为了满足产品的使用性能，须进行强度、刚度、稳定性及可靠性等方面的设计和校核计算，同时要满足校核计算，还需要对曲柄连杆机构进行动力学分析。

在满足发动机高功率设计的同时，必须要考虑发动机的温度和强度方面的要求。

发动机是一切动力装置的新章，而作为发动机关键部件的活塞又是重中之重，活塞热负荷和热强度问题的解决常常是提高征集技术水平的关键，直接影响内燃机工作可靠性和耐久性。

为了减少发动机的整机重量和提高功率，中小型柴油机几乎都采用铝合金作为材料，为了减少活塞的传热和热负荷，人们正尝试使用陶瓷作为活塞的材料。

有限元法是当今工程分析中应用最广泛的数值计算方法。

由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视。

它不但可以解决工程中的结构分析问题，也成功地解决了传热学，流体力学，电磁学和声学等领域的问题。

有限元计算结果可以作为各类工业产品设计和想能分析的可靠依据。

使用有限元方法分析活塞模型，可以很直接的分析活塞零部件的就够强度问题。

热负荷问题，而研究分析的结果与试验箱就和将验证试验进行的有效性。

鉴于此，采用有限元技术，应用ANSYS软件，对某发动机活塞进行了温度场的数值模拟,进而了解了活塞的热负荷状态和热应力分布情况,为降低热负荷,改善热应力分布和改进设计,提高内燃机的性能与可靠性提供必要的理论依据,具有十分重要的意义。

1.2国内外研究现状

目前国内外对发动机曲柄连杆机构的动力学分析的方法很多，而且已经完善和成熟。

其中机构运动学分析是研究两个或两个以上物体间的相对运动，即位移、速度和加速度的变化关系：

动力学则是研究产生运动的力。

发动机曲柄连杆机构的动力学分析主要包括气体力、惯性力、轴承力和曲轴转矩等的分析，传统的内燃机工作机构动力学、运动学分析方法主要有图解法和解析法[5]。

通过对机构运动学、动力学的分析，我们可以清楚了解内燃机工作机构的运动性能、运动规律等，从而可以更好地对机构进行性能分析和产品设计。

但是过去由于手段的原因，大部分复杂的机械运动尽管能够给出解析表达式，却难以计算出供工程设计使用的结果，不得不用粗糙近似的图解法求得数据。

近年来随着计算机的发展，可以利用复杂的计算表达式来精确求解各种运动过程和动态过程，从而形成了机械性能分析和产品设计的现代理论和方法。

对活塞的研究主要有传力、传热、导向、密封、减轻重量和耐磨六个方面，实际上会絮叨一定相互矛盾的问题。

有些问题如密封效果，磨损熟虑等着很难计算。

活塞的设计在很大程度上依赖于又有的大量专门的试验研究的成果和经验。

在活塞传热、温度场、应力场研究上，无论在理论分析方面还是在试验方法方面目前都已比较成熟[2]。

八十年代国外有关研究有：

利用有限元法对策研究活塞进行了数值分析，他详细论述了有限元方法在柴油机活塞设计中的应用，给出了温度场、热变形、机械变形以及应力场，反映了一般柴油机活塞在这方面的变化趋势。

国内八十年代初对内燃机受热件的瞬态温度场进行了一位老外计算和有限元差分计算，对对一额吸纳工作和边界条件都十分复杂的活塞，一维数学模型就显得太粗糙，应用有很大的局限性。

九十年代，按照热疲劳和高温低周活塞寿命和安全性进行评定。

根据缸内温度和压力呈现三角波形变化的态度，采用ANSYS有限元程序对策研究性三维温度场的分析。

利用Galerkin法原理，建立了轴对称热冲击问题的有限元方程，对策研究活塞进行了数值分析，研究活塞的热冲击和热损伤机理[3]。

1.3设计研究的主要内容

对内燃机运行过程中曲柄连杆机构受力分析进行深入研究，其主要的研究内容有：

（1）分析曲柄连杆机构中主要零部件如活塞，曲轴，连杆等的工作条件和设计要求，进行合理选材，确定出主要的结构尺寸，并进行相应的尺寸检验校核，以符合零件实际加工的要求；

（2）应用solidworks软件将零件模型图转化为相应的工程图，并结合使用AutoCAD软件，系统地反应工程图上的各类信息，以便实现对机构的进一步精确设计和检验。

（3）使用solidworks三维作图软件建立了活塞的实体模型，并将其导入ANSYS软件进行温度场的分析和处理，得到了内容丰富的结果数据。

（4）依据发动机的实测示功图，按照公式，用积分方法得到了活塞顶部燃气对活塞的换热系数和环境温度。

从理论上深入了解模型的简