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[定稿]4110柴油机连杆设计及有限元分析开题报告.doc
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[定稿]4110柴油机连杆设计及有限元分析说明书.doc
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CAD-发动机连杆零件图.dwg
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CAD-装配图A1.dwg
1、钢连杆粉末冶金连杆钛合金连杆等都有很广泛的应用，但在力学性能生产成本等各个方面又各有优劣。非调质钢由于其材料的成本不高，作为种廉价的节能钢种，非调质钢正在逐步地取代调质钢，国外几乎完全采用非调质钢生产连杆。随着发动机轻量化的要求，连杆的设计应力提高，中碳锰钒系列非调质钢的强度无法满足要求，目前德国在该钢种的基础上开发了强度级别更高的钢种，正在推广应用。粉末烧结锻造连杆的特点是经济效益显著，般认为粉末烧结锻造连杆与锻钢连杆相比，材料可节约，生产成本可降低，能源消耗可节但前些年由于金属粉末的种类极少，又受到成本的限制，发展不快。钛合金连杆可大幅度地降低连杆的质量，但金属钛的抗拉强度比较低。高强度轻量化低成本是发动机连杆的发展趋势，我国的发动机锻钢连杆制造技术与国外差距不大，但在连杆轻量化方面还相当落后。我国的钛合金连杆纤维。
2、动特征，为相关计算提供依据，保证了产品开发的可靠性，同时有利于缩短产品的开发周期。.设计研究的主要内容对柴油机运行过程中连杆机构受力分析进行深入研究，其主要的研究内容有.对连杆进行运动学和动力学分析，分析连杆中各种力的作用情况，并根据这些力对连杆的主要零部件进行强度刚度等方面的计算和校核，以便达到设计要求。.根据已知的柴油机的性能特点，严格按照柴油机设计手册的要求，进行了该柴油机连杆的设计，选定了连杆的结构型式大小头及杆身的结构和尺寸，以及润滑方式定位方式等，再进行强度和刚度的计算，完成连杆的设计过程。.利用软件对连杆进行了三维几何建模，在利用软件进行连杆的前处理过程中，包括实体建模定义材料属性定义单元类型网格划分求解过程，包括施加约束施加载荷进行求解计算后处理过程，包括结果的观察分析和检验。经过这三个环节，就完成了基。
3、提供可靠的相关数据和理论依据，缩短发动机的开发改进的周期和成本，提高其可靠性和经济性。.国内外的研究现状随着国家经济长期稳定发展，汽车工业也得到飞速提高，国内近几年汽车产量和销量如下表表.汽车产销量表年度总产量总销量乘用车商用车产量销量产量销量年年年汽车产量和保有量的迅速增长导致了石油能源需求的矛盾加剧，使中国成为了石油进口大国，每年需进口石油总产量的百分之三十。年中国进口了.亿吨原油和万吨成品油，共花了亿美元，以后将会逐年增加。柴油车得平均油耗要低于汽油车百分之三十。辆.升奔驰级柴油车平均耗油为.升，仅相当于国内排量.升汽油车的能源消耗。所以在发达国家，重型车使用柴油机占百分之百，轿车比例日益上升。年，欧盟新注册的轿车中，柴油机占.，其中法国，德国连不太推崇柴油车的美国年注册的柴油轿车也占.。而在中国由于各方原因，年。
4、强化铝合金连杆粉末冶金锻造连杆的研究才刚刚起步。虽然连杆加工本身所包括的工艺内容并不复杂，但由于材质外形尺寸以及要求的加工精度，经常给加工带来不少困难。锻造毛坯的精度及刚性差孔加工的精度低连续带状切屑的断屑平面加工的毛刺因夹压和内应力的重新分布而产生的几何变形等，是加工工艺长期以来需要研究和解决的主要技术问题。所以，连杆的工艺设计只有通过现场的不断改善，才能最终达到设计的目标。采用三维模型进行产品开发，其过程如同实际产品的构造或加工“制造”装配过程样反映产品复杂的几何形状及相互之间的位置或装配关系，使产品开发过程更加符合开发工程师习惯和思维方式。这样，工程师可以更加专注于产品设计本身，而不是产品的图形表示。利用三维装配模型实现动态模拟后，可以进行干涉检验，还可以观察模型中点的运动轨迹，绘出位置速度加速度曲线，并分析其运。
5、较小的优点，在动力机械中占有极其重要的地位，广泛应用于国民经济和军事装备的各个领域。连杆是内燃机中的重要的传动零件之，其作用是连接活塞与曲轴，将作用在活塞上的力传给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，对外输出做功。连杆小端工作时作往复运动，大端作旋转运动，杆身作复杂的平面运动，因此连杆的受力情况十分复杂。连杆是内燃机中承受负荷最严重的零件之，工作时同时承受着活塞传来的气体压力往复惯性力和它本身摆动时所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化。在长期使用中，连杆会因活塞的剧烈推力和曲轴的高速运转等因素，出现弯曲和扭曲现象。连杆旦出现弯曲和扭曲，除了会使活塞拉缸外，还会致使活塞气缸曲轴等机件出现不正常磨损，并很容易引起疲劳破坏而断裂，导致发动机故障，直接关系到使用人的安全，造成极严重的后果。以往，连杆的的制。
6、塞组传递的气缸压力和往复惯性力的反复压缩和拉伸，由此可能产生疲劳破坏，是内燃机主要受力运动件之。连杆大小头轴承的润滑条件苛刻，工作中反复受到挤压和冲击。“小体积大功率低油耗”是高性能柴油机对连杆提出的基本要求，其设计要点如下.在确保足够强度和刚度的条件下尽可能减轻外形尺寸和质量.注意过渡圆角及细节的设计，特别是连杆小头与杆身的过渡圆角及连杆大头盖的螺栓支承面的过渡圆角设计，防止应力集中.必须根据总体设计的要求合理确定结构参数和连杆体与连杆盖的剖分形式。.连杆的材料性能及特点柴油机连杆在整个工作过程中受拉伸压缩以及惯性力和连杆力矩所生成的交变的载荷，尤其是大功率柴油机的工作条件更差，因此必须保证连杆具有足够的疲劳强度及结构刚度。这就要求在连杆材料的选择上针对具体的柴油机而采用高强度材料并辅以综合措施。目前用于连杆的材料多。
7、合于数值求解的结构型问题，工程设计人员使用这些系统，就可以高效而正确合理地确定最佳设计方案。此方法已成为工程技术领域不可缺少的的个强有力的计算分析工具，其在发动机零部件的设计分析中的应用亦有了很大的进展。连杆在工作中所受的各种外载荷复杂且做周期性变化，而且，即使是同类型的连杆，连杆与连杆之间的物性参数几何形状也存在差异，因此，在分析连杆的应力和应变时，要考虑这些不确定的因素，才能得到更符合实际的结果。这就需要用到采用传统材料力学公式使得计算的结果更为精确的有限元方法对连杆进行三维应力应变分析，以研究其在不同情况下的应力应变状态及危险部位。柴油机是目前产业化应用的各种动力机械中热效率最高能量利用率最好最节能的机型。柴油机行业的发展对我国工业车用柴油机的发展越来越受到重视，成为柴油机行业增长速度最快的行业，也是我国大力发展。
8、栓轴瓦和连杆小头衬套等组成。连杆体包括连杆小头杆身和连杆大头的上部。连杆大头的上部与连杆大头盖起组成连杆大头，连杆结构如图所示。图连杆结构图连杆衬套连杆小头连杆杆身连杆螺钉连杆大头连杆轴瓦连杆端盖连杆轴瓦凸键连杆轴瓦定位槽连杆把活塞和曲轴连接起来，连杆小头与活塞销相连接，并与活塞起作往复运动连杆大头与曲柄销相连接，和曲轴起作旋转运动连杆的其余部分则作复杂的平面运动。作用于活塞上的力经连杆传给曲轴。连杆必须具有足够的结构刚度和疲劳强度。在力的作用下，杆身应该不致被显著压弯，连杆大小头也应该不致显著失圆。杆身弯曲会使活塞相对于气缸轴承相对于轴颈发生歪斜也的失圆会使轴承失去正常配合。如果强度不足，在发动机动转过程中旦发生连杆杆身大头盖和连杆螺栓断裂，就会使机器受到严重的破坏。.连杆的工作条件和设计要点连杆在高速运动中承受由活。
9、造以铸造法和锻造法为主世纪年代以来，由于采用粉末锻造法大批量生产的粉锻连杆具有力学性能优尺寸精度高质量较轻及质量偏差很小等特点，因而相继在发达国家快速发展，逐渐取代铸造和锻造连杆。而高密度烧结法制造连杆也快速发展，并具有良好的力学性能。现今随着计算机技术的迅速发展，特别是各种分析软件的日益成熟，在发动机研制开发过程中，对其零部件进行计算机数值模拟已成为辅助设计的重要手段。目前，有限元法已日趋成熟实用，所应用的领域也越来越广并发挥着越来越重要的作用。有限元方法是近似求解般连续问题的数值方法，它最先应用于结构的应力分析，很快就广泛应用于求解热传导电磁场流体力学等连续问题。对于个连续体的求解问题，有限元法的实质就是将具有无限多个自由度的连续体，理想化为只有有限个自由度的单元集合体，单元之间仅在节点处向连续，从而使问题简化为适。
10、的乘用车销量中柴油汽车仅占.，普较占.。轿车使用柴油机已成为发展潮流，我国商用车按吨位.以上为重型，.以下为轻型车。目前重车基本应用柴油发动机，而轻型车配柴油机只占。据统计，年国内柴油市场达到万台规模。其中万台重型柴油机，万台中轻型柴油机，比年增加。轿车柴油发动机占比例虽然小，但轿车总量大，且柴油机品种在逐步增加，如捷达发动机宝来.升发动机都是柴油机。近年玉柴研制出都可达到欧Ⅲ或欧Ⅳ标准。云内柴油机同长城哈佛奇瑞瑞虎配套。大众柴油机向奔驰集团年供万台。还有大批新款欧Ⅲ标准汽车柴油机正在研制之中。随着汽车工业制造技术的发展，对于发动机的动力性能及可靠性要求越来越高，而连杆的强度刚度对提高发动机的动力性及可靠性至关重要，因此国内外各大发动机研制公司对发动机连杆用材料及制造技术的研究都非常重视。目前，碳素钢和合金钢连杆非调质。
11、的个行业。车用柴油发动机市场按其配套车型可分为货车柴油机发动机市场和客轿车用柴油机市场两大类。当前柴油发动机企业重点角逐的市场是轻型载货车柴油机市场和客轿车柴油机市场。但是，由于受各种因素的影响，我国的柴油机研究还是落后于世界先进水平。经历多年的市场实践，国内柴油发动机生产企业已不再满足于凭借引进产品获得市场上的暂时领先，而认识到核心技术是最关键的，只有通过引进消化吸收的途径，自己掌握了核心技术，企业才会有发展后劲并获得可持续发展的条件。随着我国汽车事业的进步发展，作为汽车配套中最重要的个环节，柴油机技术的发展瓶颈已日益凸显。因此，必须研发具有我国自主知识产权的柴油机，以提高我国汽车制造的国产率。发动机连杆的研究是个很复杂的很有前景的研究领域，有很多需要完善和提高的地方。对发动机连杆精确的分析，可以为设计生产改进发动机。
12、于的连杆强度分析。第章连杆的结构设计与分析.连杆的运动和受力分析连杆是柴油机传递动力的主要运动件,在机体中作复杂的平面运动,连杆小头随活塞作上下运动,连杆大头随曲轴作高速回转运动。连杆杆身在大小头孔运动的合成下作复杂的摆动。其作用是将活塞顶的气体压力传给曲轴，又受曲轴驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆组在工作时工作条件恶劣承受着三方面的作用力.气缸内的燃气压力.活塞连杆组的往复运动惯性力.连杆高速摆动时所产生的横向惯性力。这三种力的大小和方向随着曲轴转角的变化而不断地变化。综合起来的结果使连杆处于种交变的复杂受力状态。由于连杆为细长杆件，当受压缩和横向惯性力作用时，若连杆杆身刚度不足，则会产生弯曲变形。若在垂直于摆动平面内发生弯曲，则危害更大，造成轴承不均匀磨损，甚至烧瓦。.连杆的结构分析连杆组般由连杆体大头盖连杆螺。
参考资料：
4110柴油机连杆设计及有限元分析