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4110柴油机连杆设计及有限元分析(全套完整有CAD) 4110柴油机连杆设计及有限元分析(全套完整有CAD)

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《4110柴油机连杆设计及有限元分析(全套完整有CAD)》修改意见稿

1、“.....使用螺旋命令,建立螺纹。.建立螺母。如图所示。.建立垫圈。如图所示。图连杆螺栓体.建立轴瓦及衬套.建立轴瓦的过程比较简单,很多过程与上部分相似,这里不再赘述,建成的连杆端盖如图所示。图连杆轴瓦.建立衬套的过程比较简单,很多过程与上部分相似,这里不再赘述,建成的连杆端盖如图所示。图连杆衬套最终完成连杆如图所示。图连杆图.连杆工况选择与载荷计算计算工况的选择在内燃机工作时,连杆作复杂的平面运动,它受到的力是周期变化的。本软件模拟最恶劣的工况进行计算,即把连杆的受力状态固定在工况最恶劣的瞬时,在连杆的两个侧面并无外力作用,化为在静力作用下的应力分析问题来处理。连杆载荷的计算.最大受拉工况取进气开始时刻的最大惯性载荷作为连杆的最大受拉工况,此时连杆小头受到的是活塞组的最大往复惯性力.连杆大头则是承受活塞组和连杆小头往复惯性力及连杆大头产生的回转惯性力.式中分别为活塞组连杆小头和连杆大头的惯性力。小头内孔表面的面积为.大头内孔表面的面积为......”

2、“.....这个力在小头内孔表面的面积上产生的压力为.连杆大头则是承受活塞组和连杆小头往复惯性力及连杆大头产生的回转惯性力,这个力在大头内孔表面的面积上产生的压力为最大受压工况已知气缸内最大爆发压力为.气缸内气体最大爆发压力的瞬间,此时连杆承受最大压力以及活塞组和连杆体本身的惯性力。这时连杆小头载荷为.这个力在小头内孔表面积上产生的压力为.连杆大头上的载荷为.这个力在大头内孔表面的面积上产生的压力为连杆几何模型的建立利用建立三维立体模型建立准确可靠的计算模型,是应用有限元法进行分析的.式中材料在对称循环下的拉压疲劳极限,碳素钢,取材料对应力循环不对称的敏感系数,取.工艺系数取.。在垂直摆动平面内连杆杆身的安全系数为杆身安全系数许用值在的范围内,则校核合格。.连杆大头的强度校核假设通过螺栓的紧固连接,把大头与大头盖近似视为个整体,弹性的大头盖支承在刚性的连杆体上,固定角为,通常取,作用力通过曲柄销作用在大头盖上按余弦规律分布,大头盖的断面假定是不变的......”

3、“.....大头的曲率半径为。连杆盖的最大载荷是在进气冲程开始的,计算得.作用在危险断面上的弯矩和法向力由经验公式求得.由此求得作用于大头盖中间断面的弯矩为.作用于大头盖中间断面的法向力为.式中,大头盖及轴瓦的惯性矩,大头盖及轴瓦的断面面积在中间断面的应力为.式中大头盖断面的抗弯断面系数。计算连杆大头盖的应力为般发动机连杆大头盖的应力许用值为,则校核合格。.连杆螺栓的工作负荷与预紧力发动机工作时连杆螺栓受到两种力的作用预紧力和最大拉伸载荷,预紧力由两部分组成是保证连杆轴瓦过盈度所必须具有的预紧力二是保证发动机工作时,连杆大头与大头盖之间的结合面不致因惯性力而分开所必须具有的预紧力。连杆上的螺栓数目为,则每个螺栓承受的最大拉伸载荷为往复惯性力和旋转惯性力在气缸中心线上的分力之和,即.轴瓦过盈量所必须具有的预紧力由轴瓦最小应力,由实测统计可得般为,取,由于发动机可能超速,也可能发生活塞拉缸,应较理论计算值大些,般取,取。......”

4、“.....但预紧力过大则可能引起材料超出屈服极限,则应校核屈服强度,满足.式中螺栓最小截面积螺栓的总预紧力安全系数取.材料的屈服极限,般在以上。那么连杆螺栓的屈服强度为则校核合格。.本章小结本章在设计连杆的过程中,首先计算了连杆小头承受的径向力疲劳安全系数对连杆刚度进行了校核,之后又计算了连杆杆身的最大拉伸力疲劳安全系数.还对连杆大头进行了同样的强度刚度校核,使其满足实际加工的要求,最后根据工作负荷和预紧力选择了连杆螺栓,并进行检验校核。第章连杆三维模型的建立及有限元分析根据上章已经设计出来的连杆结构和尺寸,运用进行三维建模。因为过程中有很多的步骤,不可能详列,故本论文省略了些小的过程,只将建模的些关键过程记录下来。.建立连杆大小头及杆身建立新文件.选择菜单中的文件新建命令,出现新建对话框,在对话框中选择零件实体,在文件名栏中输入,不实用缺省模版,单击确定,如图所示。图建立连杆体主体.选择面。杆身的最小截面积与活塞面积之比......”

5、“.....杆身结构尺寸根据柴油机设计手册图表国产典型中小功率高速柴油机连杆结构参数表得到以下数据杆身截面宽度约等于为气缸直径,取,截面高度,取。为使连杆从小头到大头传力比较均匀,在杆身到小头和大头的过渡处用足够大的圆角半径。.连杆大头的结构设计大头结构型式连杆大头的结构与尺寸基本上决定于曲柄销直径长度连杆轴瓦厚度和连杆螺栓直径。其中是根据曲轴强度刚度和轴承的承压能力,在曲轴设计中确定。为了结构紧凑,轴瓦厚度趋于减薄,因此,本处所谓设计大头设计,实际上是指确定连杆大头在摆动平面内些主要尺寸,连杆大头剖分形式,定位方式,及大头盖得结构设计。连杆大头与连杆盖得分开面大多垂直连杆轴线,称为平切口连杆。由于平切口连杆的大头具有较大的刚度,轴承孔受力变形小及制造费用低,般都采用这种结构。大头结构尺寸根据柴油机设计手册得到以下数据连杆大头与连杆盖的分开面采用平切口,大头凸台高度,取,取,为了提高连杆大头结构刚度和紧凑性,连杆螺栓孔间距离,取......”

6、“.....取毫米,螺栓头支承面到杆身或大头盖的过渡采用尽可能大的圆角。.连杆螺栓的设计根据气缸直径初选连杆螺纹直径,根据统计,取。.本章小结本章在设计连杆的过程中,是很重要环,先对连杆进行了运动分析受力分析,而后对连杆设计结构特点进行了简要地分析,并说明了连杆的工作条件和设计要点,还对连杆的材料性能及特点进行了比较与分析。之后分别确定了连杆小头连杆杆身连杆大头以及螺栓的主要结构参数,还对各个部件的结构型式进行了分析。第章连杆的强度刚度计算.连杆小头的强度校核以过盈压入连杆小头的衬套,使小头断面承受拉伸压力。若衬套材料的膨胀系数比连杆材料的大,则随工作时温度升高,过盈增大,小头断面中的应力也增大。此外,连杆小头在工作中还承受活塞组惯性力的拉伸和扣除惯性力后气压力的压缩,可见工作载荷具有交变性。上述载荷的联合作用可能使连杆小头及其杆身过渡处产生疲劳破坏,故必须进行疲劳强度计算,如图.所示。图.连杆小头主要结果尺寸......”

7、“.....则在两零件的配合表面,由于压入过盈及受热膨胀,小头所受的径向压力为.式中衬套压入时的过盈般青铜衬套,取,其中工作后小头温升,约连杆材料的线膨胀系数,对于钢衬套材料的线膨胀系数,对于青铜连杆材料与衬套材料的伯桑系数,可取连杆材料的弹性模数,钢衬套材料的弹性模数,青铜计算小头承受的径向压力为由径向均布力引起小头外侧及内侧纤维上的应力,可按厚壁筒公式计算,外表面应力.内表面应力.的允许值般为,校核合格。.连杆小头的疲劳安全系数连杆小头的应力变化为非对称循环,最小安全系数在杆身到连杆小头的过渡处的外表面上为平面内发生弯曲,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......”

8、“.....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......”

9、“.....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为中碳钢,而对大功率柴油机连杆则多采用高强度合金钢。柴油机连杆选用中碳合金优质钢,选用中碳合金钢是因为它经过调质热处理之后能够发挥良好的机械性能加进少许合金元素是为了再提高其机械性能在钢中加入锰元素使钢具有较高的拉伸强度极限较高的硬度及较好的韧性加入少量铬不但能大幅度提高拉伸强度极限和硬度,还能增加钢在热处理时的稳定性钼加入钢中能使钢具有较大的强度极限屈服极限和很好的塑性。这种钢经过热处理后具有纤维断面,这对受冲击受交变载荷的连杆特别有用。为了保证连杆在结构轻巧的条件下有足够的刚度和强度......”

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