連桿課程設計說明書

連桿課程設計說明書院別：能源與動力工程學院專業(yè)：熱能與動力工程班級：新能源姓名：學號：指導教師：20年1月前言隨著生活水平的提高，人們?yōu)榱顺鲂蟹奖?，汽車的性能要求也越來越高。而提高發(fā)動機性能，一方面可以降低噪音，增強發(fā)動機效率；另一方面也可以節(jié)約能源，有利于環(huán)保。連桿作為發(fā)動機活塞運動的主要部件，它把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅動而帶動活塞壓縮氣缸中的氣體，連桿在工作過程中始終承受著劇烈的動載荷作用。這就對其性能有極高的要求。而連桿的強度與任性也是決定發(fā)動機性能的因素之一。為了保證連桿的疲勞強度，要求連桿的材料要具有良好的綜合力學性能及工藝性能。以往連桿材料幾乎普遍采用碳素調質鋼和合金調質鋼，20世紀70年代由于石油危機，為節(jié)省能源，歐美和日本開始大量應用非調質鋼，并取得很大的進展。隨著汽車工業(yè)制造技術的發(fā)展，對于汽車發(fā)動機的動力性能及可靠性要求越來越高，而連桿的強度、剛度對提高發(fā)動機的動力性及可靠性至關重要，因此國內外各大汽車公司對發(fā)動機連桿用材料及制造技術的研究都非常重視。在滿足性能指標的前提下，連桿的材料和制造技術關聯很大，非調質鋼的應用就是考慮節(jié)省調質工序。近年來，采取裂解連桿體和連桿蓋分界面技術可以大幅度地減少機械加工工序，由此開發(fā)了高強度低韌性的高碳非調質鋼和粉末冶金鍛件，以滿足工藝的需要。目錄TOC\o"1-7"\h\u前言 2—設計任務— 4一、連桿概況 41、連桿結構特點 42、工作工作環(huán)境 53、連桿設計要求 5二、三維建模 61、二維圖紙 62、UG三維建模模型 6三、基于ANSYS對連桿有限元分析 71、材料性能參數確定： 72、導入連桿三維模型 73、設置單元屬性 84、網格劃分 95、設置載荷和約束 96、求解及結論分析 101）位移變化圖 102）應力應變結果圖 11四、課程設計總結： 12五、參考文獻 13—設計任務—設計任務1、分析連桿工作環(huán)境，性能要求以及材料等；2、根據圖紙進行三維實體建模；3、對模型進行有限元分析；4、根據有限元分析的結果進行強度分析。一、連桿概況1、連桿結構特點連桿的作用是傳遞活塞與曲軸間的作用力,并將活塞的往復運動轉化為曲軸的旋轉運動,連桿應保證足夠的強度和剛度。

發(fā)動機連桿為模鍛件，由連桿小頭、桿身和連桿大頭三部分組成。連桿大頭是分開的，一半為連桿蓋，另一半與桿身為一體，通過連桿螺栓連接起來。連桿大頭孔內分別裝有軸瓦。由于連桿體與連桿蓋的結合面是與大、小頭孔中心連線傾斜，故稱為斜剖式連桿。連桿小頭裝有青銅襯套，通過活塞銷與活塞連接。連桿大頭是可分開式，內裝半圓形軸瓦，大頭與曲軸連桿軸連。

（1）連桿小頭

連桿小頭與活塞銷連接呈浮式結構，發(fā)動機工作時活塞銷與連桿小頭可以相對自由轉動，因此沿銷的長度方向和圓周方向的磨損比較均勻。為提高摩擦副的耐磨性，連桿小頭內孔壓入青銅襯套。青銅襯套分為兩段，分別從小頭的兩端壓入。小頭的頂上有一個集油孔，當曲軸旋轉時，激濺起來的機油甩到活塞內腔的頂部，冷卻活塞后，落下一部分通過集油孔聚集并流入連桿的小頭內孔潤滑活塞銷。

（2）桿身

發(fā)動機為了在最小質量時最大的強度和剛度，連桿桿身斷面加工成“工”字形。

（3）連桿大頭

連桿通過大頭與曲軸上的連桿軸頸相連，連桿大頭為分形式，采用簡單的平口結構形式。連桿大頭軸承蓋固定螺母為自鎖型螺母，其擰緊力為100~120N.M2、工作工作環(huán)境連桿在工作中，除承受燃燒室燃氣產生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿在一個復雜的應力狀態(tài)下工作。它既受交變的拉壓應力、又受彎曲應力。連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應力區(qū)域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能;又要求具有足夠的鋼性和韌性。所以傳統(tǒng)連桿加工工藝中其材料一般采用45鋼、40Cr或40MnB等調質鋼，硬度更高。3、連桿設計要求連桿主要承受氣體壓力和往復慣性力所產生的交變載荷，因此，在設計時應首先保證連桿具有在足夠的疲勞強度和結構鋼度。如果強度不足，就會發(fā)生連桿螺栓、大頭蓋或桿身的斷裂，造成嚴重事故，同樣，如果連桿組剛度不足，也會對曲柄連桿機構的工作帶來不好的影響。所以設計連桿的一個主要要求是在盡可能輕巧的結構下保證足夠的剛度和強度。為此，必須選用高強度的材料；合理的結構形狀和尺寸。二、三維建模1、二維圖紙：對模型結構進行分析，了解每一部分所表達的形狀。2、UG三維建模模型利用UGNX7.0對連桿進行三維實體建模，最終結果如下所示三、基于ANSYS對連桿有限元分析1、材料性能參數確定：——選用材料：40Cr——彈性模量：2.11E+11——泊松比：0.2772、導入連桿三維模型在ANSYS中選擇導入LIANGAN.prt圖片，命令如下UtilityMenu：File>Import>NX效果圖如下3、設置單元屬性單元類型：材料屬性：4、網格劃分點擊Meshing子菜單中的MeshTool，在彈出的對話框中，再點擊Mesh,然后選中之前導入的模型，點OK，創(chuàng)建網格完成，效果如圖5、設置載荷和約束載荷設置：點出Solution的下拉菜單：DefineLoads——Apply——Structural——Pressure——OnAreas,選中小孔內圓朝內的一半，點OK,在彈出的對話框內填寫1000，點OK。約束設置：點出Solution的下拉菜單：Define

Loads——Apply——Structural——Displacement——On

Areas，選中大孔內圓，點OK，在彈出的對話框中選中ALL

DOF,點OK。設置結果如6、求解及結論分析1）位移變化圖從位移圖可看出，當小頭受到力的作用的時候，會產生變形，距離施加力位置近的變形嚴重，而在大頭位置距離較遠，受到的影響較小，變形不明顯。2）應力應變結果圖由于幾何形狀對稱性，受力對稱，故應力圖呈對稱分布。桿身中部應力大于兩個圓頭，小圓頭外側與連桿圓角過渡處（紅色部分）應力集中。由圖可知，在紅色區(qū)域為受力最大的位置，也是變形最嚴重的位置。分析結論：由應力應變及位移變化可知，當連桿在靜止不動，小頭施加力的時候，會造成連桿變形，整個連桿結構的最大應力出現在小頭孔的承載區(qū)范圍內,其他部位受力情況較均勻，因為連桿是對稱結構，力施加在對稱線上，所以其形變與應力應變也是對稱的。這與實際情況是相吻合的。但是，因為連桿正常的工作環(huán)境不可能靜止不動，也不可能只有小頭受力，所以在實際的過程中,由于小孔是承載區(qū),它的變形相對較大。大孔遠離承載區(qū),受影響較弱。綜合上述分析有限元模型的建立、分析結果是客觀的、較為真實地反映了汽車連桿的受力情況四、課程設計總結：為期兩周的課程設計轉眼間接近尾聲，我感覺這是大學里收獲最大的一次課設，本次的設計題目是發(fā)動機部件的三維建模ANSYS軟件的有限元分析，我選的是連桿的分析。這一次的設計中真的算得上是困難重重。首先是三維模型的建立，由于并不熟悉UG的畫法，所以每畫一個細節(jié)要重復很多遍，有的時候可能已經完成了大部分的建模，突然發(fā)現下一步沒辦法處理了，往往我的選擇就是刪掉圖形，重新開始，就這樣自己摸索著去完成連桿的三維建模，盡管可能最后的圖形與實際的有一點點出入，但是我相信我可以畫的越來越好，同時也熟悉了UG軟件一些常用的功能，懂得了如何去使用它們。其次是ANSYS軟件的使用，這一項內容可謂是最困難的，這是一個完全陌生的軟件，不懂得它的工作原理，不懂得它的分析對象，而且軟件的所有菜單都是英文，每天從早到晚的在圖書館泡著，參閱各種工具書，去熟悉軟件的基本功能，熟悉實體模型的分析過程。至始至終都是靠自己自學來完成。這一次的課設，收獲很大，熟悉了一些軟件的使用，明白了什么是有限元分析，如何利用ANSYS進行有限元分析，以及從分析結果中獲得改進措施。對于我們來說，這不再是一次簡單的課設，同時也是為了即將參加工作的我們提高能力的過程，為日后更好的工作打下良好的基礎。五、參考文獻[1]郝寶林．發(fā)動機曲柄連桿機構建模與仿真[J]．哈爾濱工業(yè)大學學報，2021．6．[2]楊連生．內燃機設計[M]．北京：中國農業(yè)機械出版社，1980．6．[3]任重．ANSYS使用分析教程．北京：北京大學出版社，2021．[4]王定標．CAD/CAE/CAM技術與應用．北京：化學工業(yè)出版社，2021

論大學生寫作能力寫作能力是對自己所積累的信息進行選擇、提取、加工、改造并將之形成為書面文字的能力。積累是寫作的基礎，積累越厚實，寫作就越有基礎，文章就能根深葉茂開奇葩。沒有積累，胸無點墨，怎么也不會寫出作文來的。寫作能力是每個大學生必須具備的能力。從目前高校整體情況上看，大學生的寫作能力較為欠缺。一、大學生應用文寫作能力的定義那么，大學生的寫作能力究竟是指什么呢？葉圣陶先生曾經說過，“大學畢業(yè)生不一定能寫小說詩歌，但是一定要寫工作和生活中實用的文章，而且非寫得既通順又扎實不可?！睂τ诖髮W生的寫作能力應包含什么，可能有多種理解，但從葉圣陶先生的談話中，我認為：大學生寫作能力應包括應用寫作能力和文學寫作能力，而前者是必須的，后者是“不一定”要具備，能具備則更好。眾所周知，對于大學生來說，是要寫畢業(yè)論文的，我認為寫作論文的能力可以包含在應用寫作能力之中。大學生寫作能力的體現，也往往是在撰寫畢業(yè)論文中集中體現出來的。本科畢業(yè)論文無論是對于學生個人還是對于院系和學校來說，都是十分重要的。如何提高本科畢業(yè)論文的質量和水平，就成為教育行政部門和高校都很重視的一個重要課題。如何提高大學生的寫作能力的問題必須得到社會的廣泛關注，并且提出對策去實施解決。二、造成大學生應用文寫作困境的原因：（一）大學寫作課開設結構不合理。就目前中國多數高校的學科設置來看，除了中文專業(yè)會系統(tǒng)開設寫作的系列課程外，其他專業(yè)的學生都只開設了普及性的《大學語文》課。學生寫作能力的提高是一項艱巨復雜的任務，而我們的課程設置僅把這一任務交給了大學語文教師，可大學語文教師既要在有限課時時間內普及相關經典名著知識，又要適度提高學生的鑒賞能力，且要教會學生寫作規(guī)律并提高寫作能力，任務之重實難完成。（二）對實用寫作的普遍性不重視?！按髮W語文”教育已經被嚴重地“邊緣化”。目前對中國語文的態(tài)度淡漠，而是呈現出全民學英語的大好勢頭。中小學如此，大學更是如此。對我們的母語中國語文，在大學反而被漠視，沒有相關的課程的設置，沒有系統(tǒng)的學習實踐訓練。這其實是國人的一種偏見。應用寫作有它自身的規(guī)律和方法。一個人學問很大，會寫小說、詩歌、戲劇等，但如果不曉得應用文寫作的特點和方法，他就寫不好應用文。（三）部分大學生學習態(tài)度不端正。很多非中文專業(yè)的大學生對寫作的學習和訓練都只是集中在《大學語文》這一門課上，大部分學生只愿意被動地接受大學語文老師所講授的文學經典故事，而對于需要學生動手動腦去寫的作文，卻是盡可能應付差事，這樣勢必不能讓大學生的寫作水平有所提高。（四）教師的實踐性教學不強。學生寫作能力的提高是一項艱巨復雜的任務，但在教學中有不少教師過多注重理論知識，實踐性教學環(huán)節(jié)卻往往被忽視。理論講了一大堆，但是實踐卻幾乎沒有，訓練也少得可憐。閱讀與寫作都需要很強的實踐操作，學習理論固然必不可少，但是閱讀方法和寫作技巧的掌握才是最重要的。由于以上的原因，我們的大學生的寫作水平著實令人堪憂，那么如何走出這一困境，筆者提出一些建議，希望能對大學生寫作水平的提高有所幫助。三、提高大學生應用寫作能力的對策（一）把《應用寫作》課設置為大學生的必修課。在中國的每一所大學，《應用寫作》應該成為大學生的必修課。因為在這個被某些人形容為實用主義、功利主義甚囂塵上的時代，也是個人生存競爭最激烈的時代，人們比任何時代都更需要學會寫作實用性的文章，比如職場競爭中的求職信，生活中的財經文書、法律文書等，以提高個人的生存競爭能力。（二）端正大學生的學習態(tài)度。首先，要讓大學生充分認識到實用寫作課的重要性，這門課關乎到他人生的每一個方面，諸如就職，求愛，理財，人際交往等，是他終生都需要使用的一些基礎性的知識，也是他必備的一項生存技能。其次，實用寫作有它自身的規(guī)律和方法。它不是你想怎樣寫都行的，它有嚴格的格式性的要求，所以需要系統(tǒng)的研究學習。最后，實用寫作課的實踐性非常強，所以學生們不能只學不練，并且要克服手懶的壞習慣，勤學勤練，為今后的工作生活打好基礎。（三）注重實