机械期末大作业1.docx

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机械期末大作业1

连杆建模与强度分析

一、平面几何资料及材料参数

1.CAD平面图

图1CAD二维连杆杆身设计图

图2CAD二维连杆盖设计图

2.材料性能和参数

连杆使用42CrMo钢，其材料参数如下表；由于连杆件对位移也有较强要求，因此强度考核标准以屈服强度为准，安全系数取1.5，即许用应力为424MPa。

表142CrMo钢的材料参数

材料牌号

密度Kg/m3

杨氏系数GPa

泊松比

屈服应力MPa

疲劳极限MPa

42CrMo

7800

206

0.3

637

484

3.载荷分布

连杆的载荷分布为：

在最大惯性力引起的拉伸力工况；工况如下所述

（1）连杆大、小头孔内作用的拉伸载荷PY=187.66KN

（2）连杆长螺钉预紧力Pc=182.92KN

（3）连杆短螺钉预紧力Pd=178.59K

二、有限元模型建立

使用六面体8节点单元进行划分，并适当删减细节，对模型整体取一半进行考核。

1.连杆杆身模型建立

左端活塞销连接部分，在xy平面按主视图建立面拉伸成体，在xz平面也同样按照俯视图建面拉伸成体，然后使用重叠（overlap）布尔运算即可得出；中间部分外轮廓同样用overlap进行操作得出，凹陷部分则通过减去两个圆柱和一个长方体来实现；

图3主视图轮廓线

图4连杆杆身部分模型

2.连杆盖模型建立

连杆盖部分分三部分建面，拉伸成面后类似之前的操作，利用体相减的布尔运算调整到设计样式，然后将三部分加在一起；对杆身和连杆盖挖出螺钉孔，建立螺钉，螺钉采用28mm外径，螺钉头直径为36mm，分成三个圆柱体（螺纹部分、无螺纹螺杆部分、头部）建立，最后粘接在一起。

图5连杆盖部分模型

图6螺钉模型建立

挖去油孔，同时建立活塞销和曲柄销。

图7连杆整体模型

三、网格划分

活塞销连接部分、杆身靠曲轴销部分及连杆盖部分整体控制为10mm尺寸的网格，对连杆盖与螺钉头接触面进行局部加密；连杆身中部则控制为15mm尺寸的网格，另外在油孔两端用线控制将油孔半圆控制划分为4份以保持局部形状；螺钉网格尺寸控制为5mm。

同时出于接触的考虑，活塞销和曲轴销利用映射网格划分建立六面体网格，对于螺钉身，由于预紧力的要求，也建立为6面体网格；其他地方则由于形状复杂难以处理且无特殊要求，利用自由网格划分为四面体即可。

图8模型网格划分情况

四、边界条件

1.柔性接触：

连杆盖、连杆身与曲轴销的接触，活塞销与连杆的接触，螺钉头与连杆盖的接触，连杆盖与连杆身的接触。

图9柔性接触情况

2.绑定接触：

螺钉与连杆的螺纹接触部分。

用于模拟螺纹连接

图10绑定单元情况

3.预紧力

图11预紧单元

4.对称边界条件在对称面上施加对称边界条件（包括活塞销与曲轴销对应面）。

图12对称边界条件施加

5.位移边界条件：

活塞销表面。

图13位移条件施加

6.力边界条件：

曲轴销表面，由于对称，仅加上预定拉伸载荷的一半即可。

图14力条件施加

五、计算结果

1.连杆身及连杆盖等效云图如下图，最大应力出现在螺钉孔与螺钉头接触部分，为439MPa。

图15连杆的应力云图

2.螺钉的应力情况及整体位移情况如下。

螺钉最大等效应力为2265MPa，整体的最大位移为0.419mm。

图16螺钉的应力云图

图17整体位移云图

分析：

最大应力出现在螺纹孔顶端为439MPa，略微大于许用应力424MPa，相差小于5%，而实际情况中螺钉与连杆盖的中间也会有垫圈以防止应力集中的产生，因此认为该连杆的静强度合格。

螺钉螺纹处虽然计算中出现了2265MPa的高应力，但由于模型与螺纹实际的接触情况相差很大，而且没有考虑微小塑性变形，因此此处的高应力与实际情况不符。

对螺孔处的处理应谨慎。