連桿課程設(shè)計(jì)

1、 連桿課程設(shè)計(jì)說明書院 別： 能源與動(dòng)力工程學(xué)院 專 業(yè)： 熱能與動(dòng)力工程 班 級(jí)： 工程熱物理0902 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2013年 1月目 錄前言：一、連桿概況- 31.連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)- 4 2.連桿工作情況-43.連桿設(shè)計(jì)要求-44.連桿的材料選用-5二、連桿PROE建模-51.建模步驟- 52.建模最終圖-12三、連桿ANSYS有限元分析-121.導(dǎo)入模型-122.創(chuàng)建網(wǎng)格-133.設(shè)置載荷和約束-144.求解-145應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果顯示-15四、總結(jié)-16五、參考文獻(xiàn)-16前 言連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)中的主要傳動(dòng)部件之一，它把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅(qū)動(dòng)而帶動(dòng)

2、活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動(dòng)載荷。連桿由連桿體及連桿蓋兩部分組成。連桿體及連桿蓋上的大頭孔用螺栓和螺母與曲軸裝在一起。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。我們運(yùn)用所學(xué)的內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、內(nèi)燃機(jī)燃燒與排放、CAD工程制圖、PROE建模等課程，綜合大學(xué)中所學(xué)的課程進(jìn)行連桿的分析校核設(shè)計(jì)。通過研究連桿的工作過程以及加工工藝過程，以及連桿的三維實(shí)體建模和ANSYS強(qiáng)度分析計(jì)算，使我們理論結(jié)合實(shí)踐，提高實(shí)際操作能力，增強(qiáng)自身的核心競爭力，在課程設(shè)計(jì)的過程中具體目標(biāo)有如下幾個(gè)： 1、分析連桿工作環(huán)境，性能要求以及材料等；2、根據(jù)圖紙進(jìn)行三維實(shí)體建模；3、對(duì)模型進(jìn)行有限元分析；4、根

3、據(jù)有限元分析的結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)度分析。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，我在圖書館查看相關(guān)書籍，并嚴(yán)格遵循原定計(jì)劃的安排。課程設(shè)計(jì)說明書一、連桿概況1.連桿結(jié)構(gòu)特點(diǎn)連桿由大頭、小頭和桿身等部分組成。大頭為分開式結(jié)構(gòu)連桿體與連桿蓋用螺栓連接。大頭孔和小頭孔內(nèi)分別安裝軸瓦和襯套。為減輕重量，且使連桿具有足夠的強(qiáng)度和剛度，連桿桿身的截面為工字型，其外表表面不進(jìn)行機(jī)械加工。大多數(shù)汽車的連桿，都是以垂直于桿身的軸線的平面作為連桿體和連桿蓋的結(jié)合面，但部分連桿為了方便裝卸，將連桿大頭的結(jié)合面做成與連桿桿身軸線的30度或45度，而我們?cè)O(shè)計(jì)的連桿是采用垂直于桿身軸線的平面作為連桿體的結(jié)合面。為了減少活塞銷和連桿小頭孔的磨損及磨損后

4、便于處理，在連桿小頭青銅襯套，大頭孔內(nèi)裝有軸瓦，以減少連桿大頭孔和曲軸連桿軸頸之間的摩擦。按照軸瓦的種類，采用在大頭孔內(nèi)裝有剛性厚壁軸瓦的連桿和大頭孔內(nèi)裝有的薄壁雙金屬軸瓦的連桿。連桿的大頭和小頭端面，一般與桿身對(duì)稱，在連桿結(jié)構(gòu)上規(guī)定有工藝凸臺(tái)、中心孔等作為機(jī)械加工時(shí)的輔助基準(zhǔn)?？紤]到加工時(shí)的定位，加工中的輸送等要求，連桿大、小頭一般采用相等厚度。對(duì)于不等厚度的連桿，為了加工定位和夾緊的方便，常在工藝過程中先按等厚度加工，最后再將連桿小頭加工至所需尺寸。2.連桿工作情況連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿大頭與曲柄銷相連和曲軸一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，連桿體除有上下運(yùn)動(dòng)外，還左右擺動(dòng)

5、，做復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)。連桿把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅(qū)動(dòng)而帶動(dòng)活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動(dòng)載荷。3.連桿設(shè)計(jì)要求連桿主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先保證連桿具有在足夠的疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)鋼度。如果強(qiáng)度不足，就會(huì)發(fā)生連桿螺栓、大頭蓋或桿身的斷裂，造成嚴(yán)重事故，同樣，如果連桿組剛度不足，也會(huì)對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作帶來不好的影響。所以設(shè)計(jì)連桿的一個(gè)主要要求是在盡可能輕巧的結(jié)構(gòu)下保證足夠的剛度和強(qiáng)度。為此，必須選用高強(qiáng)度的材料；合理的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。4.連桿的材料選用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的材料一般采用45鋼（精選含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4

6、2%-0.47%）或40Cr、35CrMo，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，以提高其強(qiáng)度及抗沖擊能力。二、連桿PROE建模Pro/E軟件是美國PTC公司推出的大型CAD/CAM/CAE一體化軟件。無論是造型設(shè)計(jì)、工程出圖，以及3D裝配等方面，Pro/E都具有操作容易、使用方便、可動(dòng)態(tài)修改的特點(diǎn)。Pro/E更是以其基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)、單一數(shù)據(jù)庫下的全相關(guān)性等新概念而聞名于世。另外還具有模具設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)、靜態(tài)干涉檢查，計(jì)算質(zhì)量特征（如質(zhì)心、慣性矩）等功能模塊。用Pro/E創(chuàng)建的三維參數(shù)化零件模型，不但可以在屏幕上自由的翻轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)觀察結(jié)構(gòu)形體，更可以進(jìn)行方便的動(dòng)態(tài)修改和調(diào)整。進(jìn)行力學(xué)分析、運(yùn)動(dòng)分析、數(shù)控加工等。因此我們

7、選用pro/E進(jìn)行連桿的建模。1.建模步驟連桿具有兩個(gè)互相垂直的對(duì)稱面，建模過程中可以利用兩個(gè)對(duì)稱平面，對(duì)局部特征進(jìn)行鏡像和復(fù)制操作，從而快速完成特征創(chuàng)建。由于圖紙上已有尺寸標(biāo)注，為了提高效率，本設(shè)計(jì)先按照?qǐng)D紙的尺寸畫出模型圖，然后再放大1.4倍的比例達(dá)到所要求的尺寸設(shè)計(jì)。1）創(chuàng)建連桿體桿身運(yùn)用拉伸命令，拉伸草圖和拉伸高度如圖1所示： 2）創(chuàng)建連桿體曲面運(yùn)用拉伸工具，以TOP面為基準(zhǔn)面，繪制連桿體正面曲線，選擇去材料,再鏡像特征。如圖3所示：圖33） 補(bǔ)全連桿中間部分得到凹臺(tái) 先在top面草繪圖形如下，然后使用拉伸命令。 4）創(chuàng)建連桿大圓兩側(cè)小凸臺(tái)以RIGHT面為基準(zhǔn)，繪制小凸臺(tái)。5）創(chuàng)建連桿

8、大圓兩側(cè)大凸臺(tái)以RIGHT面為基準(zhǔn)，繪制大凸臺(tái)。如圖所示: 6）創(chuàng)建連桿小圓凸臺(tái) 以FRONT面為基準(zhǔn)，草繪后拉伸。如圖：7）創(chuàng)建小圓凸臺(tái)中的圓孔選擇旋轉(zhuǎn)命令，繪制圓孔的輪廓。 8)小圓和其上方凸臺(tái)作邊倒角9)大圓凸臺(tái)兩側(cè)邊倒角10） 做大凸臺(tái)底部的孔 選拉伸命令，草圖畫出圓輪廓。11) 大圓凸臺(tái)上部倒圓角12)大圓凸臺(tái)做沉孔13)大圓凸臺(tái)打螺紋孔14)桿身凹臺(tái)做圓角15）連桿大頭內(nèi)側(cè)小槽 以新建的基準(zhǔn)面為基準(zhǔn)，繪制小槽輪廓,拉伸后切除小槽。16)修改細(xì)節(jié)作倒圓角，倒斜角,拔模等。建模結(jié)束后最終圖如下：三、 連桿ANSYS有限元分析把proe生成的圖保存副本為stp格式，并設(shè)置為實(shí)體。1.導(dǎo)入

9、模型打開Ansys Workbench，雙擊或拖動(dòng)Static Structural到右側(cè)project Schematic，Engineering Data為默認(rèn)的鋼不做改變，在第三項(xiàng)Geometry中右擊選擇Replace Geometry，選中要導(dǎo)入的stp格式文件,將要分析的stp文件就導(dǎo)入到Ansys中，設(shè)置如圖：點(diǎn)擊Model >edit查看導(dǎo)入效果如下：2網(wǎng)格劃分點(diǎn)擊Mesh子菜單中的Generate Mesh，創(chuàng)建網(wǎng)格，效果如圖:3設(shè)置載荷和約束小圓頭內(nèi)圓的上1000N軸向載荷方向指向大圓頭。大半圓加固定約束。4求解右擊Solution下拉菜單Solve,計(jì)算得到結(jié)果。5

10、應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果顯示：應(yīng)力圖：由于幾何形狀對(duì)稱性，受力對(duì)稱，故應(yīng)力圖呈對(duì)稱分布。桿身中部應(yīng)力大于兩個(gè)圓頭，小圓頭外側(cè)與連桿圓角過渡處（紅色部分）應(yīng)力集中。應(yīng)變圖：由上圖可知連桿小頭的下半部分是力位移變化大，尤其是沒有桿身支撐的邊緣部分變形最明顯（圖中紅色部分），而大圓頭部分基本不變形（圖中深藍(lán)色部分）。這是因?yàn)樾A頭下部分沿軸線厚度不均，中間厚度大變形小兩側(cè)薄變形大，大圓頭離載荷遠(yuǎn)故基本不發(fā)生變化。由于只對(duì)連桿進(jìn)行靜力學(xué)分析，才有這樣的結(jié)果。其實(shí)實(shí)際工作狀況下不是這樣，大圓頭的應(yīng)力應(yīng)變分布與小圓頭類似。四、總結(jié) 經(jīng)過此次的連桿課程設(shè)計(jì)我們通過對(duì)連桿模型的不斷重復(fù)修改，我對(duì)使用pro/E軟件建模更加

11、熟悉。在建模過程中我們遇到了很多困難，比如看圖不全面，無法想象出模型立體圖，有些特征創(chuàng)建命令不會(huì)使用導(dǎo)致經(jīng)常出錯(cuò)，我就上網(wǎng)查資料，與同學(xué)共同討論研究，最后經(jīng)歷了好幾次的重復(fù)修改才終于解決了困難。比如在拔模的時(shí)候?qū)σ恍└拍畈皇呛芮宄文o法完成，最后我使用邊倒角命令達(dá)到了一樣的效果，還有我查找資料學(xué)會(huì)了一些高級(jí)的建模操作例如過渡圓角，曲面切除等，加深了對(duì)軟件的熟悉。在此次的課程設(shè)計(jì)中對(duì)我們挑戰(zhàn)最大的是ANSYS有限元分析的應(yīng)用，之前我們從來沒有接觸過，因此我?guī)缀跏菑念^開始學(xué)起，并且該軟件是英文版的，更加大了我們的困難，我必須看著翻譯才能完成操作。在加載荷和約束的時(shí)候經(jīng)常出錯(cuò)，最后發(fā)現(xiàn)原來是建模的時(shí)候出錯(cuò)了，導(dǎo)致面沒法