本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-V型高功率密度柴油機(jī)連桿設(shè)計(jì)

PAGEPAGE=V型高功率密度柴油機(jī)連桿設(shè)計(jì)THEDESIGNOFTHECONNECTINGRODFORV-TYPEHIGHPOWERDENSITYDIESELENGINE年級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：專業(yè)：指導(dǎo)老師：2007年6月西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第Ⅲ頁(yè)第Ⅳ頁(yè)摘要柴油機(jī)希望設(shè)計(jì)的體積小、功率大，結(jié)構(gòu)緊湊，特別是軍事用途的柴油機(jī)更是如此。德國(guó)MTU公司與美國(guó)軍方合作已經(jīng)設(shè)計(jì)制造出功率密度極高的坦克用柴油機(jī)，其升功率接近100kW/L，單位體積功率已經(jīng)達(dá)到1250kW/m3，大大高于國(guó)內(nèi)常規(guī)功率密度柴油機(jī)。由于HPD柴油機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)提高的幅度太大，國(guó)內(nèi)相關(guān)的技術(shù)儲(chǔ)備明顯不足。本文參考12缸V型HPD柴油機(jī)主要性能參數(shù)，對(duì)其連桿做出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)Pro/e建立所設(shè)計(jì)連桿的三維幾何模型，利用ANSYS建立連桿的有限元分析模型，借助對(duì)該HPD柴油機(jī)的動(dòng)力計(jì)算結(jié)果，對(duì)連桿進(jìn)行了有限元靜力分析，得到了在拉伸和壓縮工況下高功率密度柴油機(jī)連桿強(qiáng)度、剛度。同時(shí)，計(jì)算分析拉伸和壓縮工況下常規(guī)功率密度柴油機(jī)連桿強(qiáng)度、剛度，并比較兩類功率密度條件下連桿的應(yīng)力應(yīng)變水平。在滿足強(qiáng)度、剛度的要求下，對(duì)高功率密度柴油機(jī)連桿進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，并重新計(jì)算。本設(shè)計(jì)中連桿采用主副連桿，由于只有主連桿裝在曲柄銷(xiāo)上，因此它可以得到最短的曲軸長(zhǎng)度，結(jié)構(gòu)更為緊湊。同時(shí)，主連桿大頭剛度大，軸承承壓狀況好。這滿足了高功率密度柴油機(jī)大功率、小尺寸的要求。本文通過(guò)如上所述的設(shè)計(jì)過(guò)程，設(shè)計(jì)出了V型高功率密度柴油機(jī)連桿，并得出如下結(jié)論：連桿結(jié)構(gòu)適宜采用主副連桿型式，材料適宜選用42CrMo合金鋼；高功率密度柴油機(jī)的最大拉伸載荷比常規(guī)功率密度柴油機(jī)高1倍左右，最大壓縮載荷高三分之二左右，這主要取決于高功率密度柴油機(jī)較高的轉(zhuǎn)速和超高的最大最高爆發(fā)壓力；連桿小頭和桿身強(qiáng)度相對(duì)變化較大，需作強(qiáng)化設(shè)計(jì)。本文對(duì)高功率密度柴油機(jī)連桿的設(shè)計(jì)是較為合理的，其強(qiáng)度和剛度可以滿足載荷要求。關(guān)鍵詞：HPD柴油機(jī)主副連桿有限元分析設(shè)計(jì)第PAGEVI頁(yè)AbstractIndesigningdieselengine,wehopedthatithassmallvolume,bigpowerandcompactstructure,especiallyforthemilitarydieselengine.MTUCorporationinGermanyandtheAmericanmilitarycooperatedandmanufactureddieselengineontanks,whichhasextremelyhighpowerdensity.It’sspecificpowerisnearto100kW/Landit’sunitvolumepowerreaches1250kW/m3,whicharegreatlyhigherthanthatofthedomesticnormalpowerdensityDiesel.AsHPDDiesel’sstrengthenindicatorincreaseinasohighrate,relatedtechnicalreservesofdomesticareobviouslyinadequate.Thispaperrefersto12cylindersVHPDdieselenginemainperformanceparameter,makesastructuredesignoftheconnectingrod,buildsits3DgeometricmodelsusingPRO/EandestablishesitsfiniteelementanalysismodelusingANSY.WiththehelpoftheHPDenginedynamiccalculationresults,thepapertakesastaticfiniteelementanalysisandgetsstrengthandrigidityintheexpansionandcompressionconditionsofhighpowerdensitydieselengine.Meanwhile,thepaperalsotakesafiniteelementanalysis,getsstrengthandrigidityintheexpansionandcompressionconditionsofnormalpowerdensitydieselengineandcomparingwiththetwotypespowerdensityconnectingrod’sstressandstrain.Underthemeetingstrengthandrigidityrequirements,thepapertakesstructuralimprovementsandre-calculationofthehighpowerdensitydieselengine.Thedesignusesthemasterandarticulateconnectingcod.Asonlythemasterrodinstallsincrankpin,thusitcangettheshortestlengthofthecrankshaftandamorecompactstructure.Meanwhile,themasterbigrodhasthehigherrigidityandthebearingcanbeargoodpressuresituation.Thistypeofrodcanmeettherequirementsofhighpowerandsmallsizeofthehighpowerdensitydieselengines.Throughthedesignprocessasdescribedabove,thepaperdesignstheconnectingrodoftheV-shapedhighpowerdensitydieselengineanddrawsthefollowingconclusions:themasterandarticulateconnectingcodistherightstructurepatternand42CrMosteelisthesuitablematerials.Thehighpowerdensitydiesel’smaximumexpansionloadisoncehigherandmaximumexpansionloadistwo-thirdshigherthanthatofnormalpowerdensitydieselengine.Thismainlydependonhighpowerdensitydieselengine’shigherspeedandultrahighthebiggestoutbreakpressure.Thesmallrodandrodbodyhaverelativebigchangesinstrength,thedesignshouldbestrengthened.Thedesigninthepaperofconnectingrodforhighpowerdensitydieselisreasonable,anditsstrengthandrigiditycanmeettheloadrequirements.keywords：HighpowerdensitydieselengineMasterandarticulateconnectingrodFiniteelementanalysisDesign第PAGEVII頁(yè)目錄第1章緒論 11.1問(wèn)題的提出 11.2國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀 31.2.1連桿的組成與受力情況 31.2.2連桿的計(jì)算分析 31.2.3連桿的載荷處理 41.2.4連桿應(yīng)力有限元靜態(tài)分析 41.2.5動(dòng)響應(yīng)分析 51.2.6連桿的可靠性分析 61.2.7連桿的優(yōu)化設(shè)計(jì) 61.3本文研究的主要內(nèi)容及目標(biāo) 71.3.1畢業(yè)設(shè)計(jì)小組總?cè)蝿?wù)及任務(wù)分配 71.3.2本文研究的主要內(nèi)容、方法及目標(biāo) 8第2章有限元法及三維有限元分析基礎(chǔ) 102.1有限元法概述 102.1.1概述 102.1.2有限元法典型分析步驟 112.1.3有限元分析的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn) 122.2三維有限元分析基礎(chǔ) 132.2.1位移模式與形函數(shù) 142.2.2位移——應(yīng)變方程式 142.2.3應(yīng)力——應(yīng)變方程 152.2.4坐標(biāo)變換 162.2.5剛度矩陣 172.2.6載荷列陣 182.2.7用最小位能原理求節(jié)點(diǎn)位移 19第3章連桿設(shè)計(jì)及建模 203.1連桿的工作情況、設(shè)計(jì)要求和材料選用 203.1.1連桿的工作情況 203.1.2連桿的設(shè)計(jì)要求 213.1.3連桿材料的選擇 223.2連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 223.2.1連桿長(zhǎng)度的確定 223.2.2連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 223.2.3連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 233.2.4連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 233.2.5主副連桿的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 243.3連桿的幾何建模 25第4章連桿有限元分析 264.1ANSYS的單位制 264.2計(jì)算模型 274.3單元選擇及網(wǎng)格劃分 284.4位移邊界條件和載荷處理 294.4.1位移邊界條件 294.4.2載荷處理 304.4.3載荷加載 324.5有限元計(jì)算結(jié)果 354.5.1預(yù)緊工況分析 354.5.2拉伸工況分析 374.5.3壓縮工況分析 394.6常規(guī)功率密度柴油機(jī)有限元計(jì)算結(jié)果 40第5章連桿的改進(jìn)設(shè)計(jì)、計(jì)算 435.1兩種柴油機(jī)連桿應(yīng)力、應(yīng)變水平比較 435.2連桿的改進(jìn)設(shè)計(jì) 445.2.1連桿小頭 445.2.2連桿桿身 445.2.3連桿大頭 445.3改進(jìn)后的連桿有限元分析 455.3.1拉伸工況分析 465.3.2壓縮工況分析 485.4改進(jìn)后的HPD柴油機(jī)與常規(guī)柴油機(jī)連桿的應(yīng)力、應(yīng)變比較 49結(jié)論 51致謝 52參考文獻(xiàn) 53附錄 55附錄1：連桿載荷計(jì)算 55附錄2：實(shí)習(xí)報(bào)告 59第13頁(yè)西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第1章緒論1.1問(wèn)題的提出通常，動(dòng)力艙容積要占到坦克內(nèi)部總?cè)莘e的30%～40%；在保證動(dòng)力需求的前提下，盡量縮小動(dòng)力裝置的體積，減輕其質(zhì)量，對(duì)減輕坦克的整車(chē)質(zhì)量和縮小整車(chē)體積(或在同樣體積下為武器彈藥和燃油留出更多的攜帶空間)至關(guān)重要?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)理念要求陸軍戰(zhàn)斗車(chē)輛在加強(qiáng)火力、機(jī)動(dòng)性和防護(hù)能力的同時(shí)，特別強(qiáng)調(diào)提高其可快速部署性和車(chē)內(nèi)車(chē)際的信息傳遞功能；快速部署即戰(zhàn)斗車(chē)輛可用C——130和C17運(yùn)輸機(jī)空運(yùn)，要求整車(chē)質(zhì)量在2Ot左右，但動(dòng)力必須強(qiáng)勁，保證其地面沖鋒和轉(zhuǎn)移的需求[9]。所以，發(fā)展功率更大、體積更小、質(zhì)量更輕的高功率密度(HPD)軍車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需要。MTU公司原計(jì)劃發(fā)展5種不同缸數(shù)的系列柴油機(jī)，即6V，8V，10V，12V和16V，將其功率覆蓋范圍定為550kW～1470kW；后來(lái)調(diào)整為7個(gè)機(jī)型，其中包括2個(gè)直列機(jī)型。直列機(jī)型與V型機(jī)型的行程相同，缸徑稍有差別，功率覆蓋范圍為370kW～1100kW[9]。MTU公司MT890系3列柴油機(jī)的主要性能參數(shù)如表1-1所示：表1-1890系列柴油機(jī)的主要數(shù)據(jù)型號(hào)MT898MT5R890MT897MT890MT891MT892MT893缸徑/mm115115109109109109109行程/mm107107107107107107107汽缸數(shù)及排列4L5L4V90°6V90°8V90°10V90°12V90°排量/L4.45.54681012功率/kW4104403705507409201100最大扭矩/N·m922——1235—2070—干質(zhì)量/kg450——520—8601030體積/m^30.31——0.31—0.460.88從表1-1中可以看出，HPDMT890系列柴油機(jī)具有以下特點(diǎn)：1)升功率高：柴油機(jī)單位排量功率高達(dá)92kW/L，其12V890機(jī)型輸出功率達(dá)到了1100kW。2)轉(zhuǎn)速高和缸徑?。翰裼蜋C(jī)額定轉(zhuǎn)速較常規(guī)柴油機(jī)高,為4250r/min,其缸徑、沖程分別為115mm、107mm（本設(shè)計(jì)統(tǒng)一缸徑為115mm）。3)平均有效壓力高：柴油機(jī)平均有效壓力達(dá)到了2.6MPa，最高燃燒壓力大于20MPa。4)噴油壓力高：采用了第三代高壓共軌噴油系統(tǒng),其噴射壓力高達(dá)180MPa。5)集成度高：該柴油機(jī)單位體積功率為1200～1300kW/m3，采用集成化設(shè)計(jì)，整體尺寸大大縮小。其12V890柴油機(jī)較其相同功率的MT883柴油機(jī)相比，整機(jī)質(zhì)量和體積均減少約50%。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)高緊湊性,實(shí)現(xiàn)了機(jī)體與附件的集成。

第2章有限元法及三維有限元分析基礎(chǔ)完整的有限元分析流程如圖1-1所示：是是決定分析項(xiàng)目決定分析的幾何結(jié)構(gòu)、邊界條件、外力建立有限元模型，包括：?jiǎn)卧愋?，材料性質(zhì)，直接或間接生成有限元網(wǎng)格加載并求解輸出分析結(jié)果結(jié)果是否合理改進(jìn)處理問(wèn)題解決或得到最佳設(shè)計(jì)否圖2-1有限元分析流程圖2.2.1位移模式與形函數(shù)結(jié)構(gòu)受力變形時(shí)，單元內(nèi)任意—點(diǎn)將在軸方向發(fā)生位移，位移應(yīng)為坐標(biāo)的函數(shù)，用形狀函數(shù)來(lái)表示插值單元內(nèi)部的位移，可表示為：（2-1）這是目前運(yùn)用較廣泛的形函數(shù)的位移模式，其中：是單元的自然坐標(biāo)，形函數(shù)建立了節(jié)點(diǎn)位移與單元內(nèi)任—點(diǎn)位移間的關(guān)系，采用不同的形函數(shù)，可構(gòu)造不同位移模式。2.2.4坐標(biāo)變換對(duì)于等參單元，形函數(shù)是自然坐標(biāo)的函數(shù)，但要確定時(shí)，要對(duì)整體坐標(biāo)求偏導(dǎo)，因此必須統(tǒng)一坐標(biāo)系。上述式（2-5）中偏導(dǎo)數(shù)可用鏈?zhǔn)轿⒎址匠踢M(jìn)行如下計(jì)算：（2-11）其中為雅可比矩陣，由式（2-11）求逆可得：（2-12）將式（2-12）代入（2-5），則可得到矩陣。

第3章連桿設(shè)計(jì)及建模3.1連桿的工作情況、設(shè)計(jì)要求和材料選用3.1.1連桿的工作情況連桿小頭與活塞銷(xiāo)相連接，與活塞一起作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿大頭與曲柄銷(xiāo)相連和曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，連桿體除了有上下運(yùn)動(dòng)外，還左右擺動(dòng)，作復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)。連桿的基本載荷是拉伸和壓縮。最大拉伸載荷出現(xiàn)在進(jìn)氣沖程開(kāi)始的上止點(diǎn)附近，其數(shù)值為活塞組和集中于活塞銷(xiāo)中心的連桿小頭換算質(zhì)量的往復(fù)慣性力：（3-1）其中：為最大拉伸載荷，為往復(fù)慣性力，為活塞組質(zhì)量，為連桿小頭換算質(zhì)量。最大壓縮載荷出現(xiàn)在膨脹沖程開(kāi)始的上止點(diǎn)附近，其數(shù)值是由爆發(fā)壓力產(chǎn)生的氣體壓力減去往復(fù)慣性力：（3-2）其中：為最大壓縮載荷，為氣體壓力，為最大爆發(fā)壓力，曲軸箱內(nèi)氣體壓力。3.2.2連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小頭主要尺寸為連桿襯套內(nèi)徑，小頭寬度，階梯形寬度，小頭內(nèi)徑，小頭外徑和襯套厚度。本設(shè)計(jì)中，依據(jù)文獻(xiàn)1中給出的比例范圍，確定連桿小頭尺寸，具體計(jì)算過(guò)程如下：，取為42mm，選取中間偏大值，在滿足載荷時(shí)可降低質(zhì)量。，取為2mm，選用薄襯套。，取為46mm。，取為42mm，寬度偏小，若滿足載荷要求可降低質(zhì)量。，取為30mm，階梯形寬度取大值，可增加拉伸載荷承載面積，增強(qiáng)小頭剛度和強(qiáng)度。，取為64mm，大徑取大值，可增加圓環(huán)厚度，增強(qiáng)小頭剛度和強(qiáng)度。3.3連桿的幾何建模通過(guò)上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定了連桿的主要尺寸，本設(shè)計(jì)中采用PRO/E軟件建立連桿的幾何模型。建立幾何模型是為建立連桿的有限元模型服務(wù)的，因此該幾何模型做了如下簡(jiǎn)化：連桿體和連桿蓋做成一體（在有限元模型中分開(kāi)），不考慮連桿襯套、軸瓦和螺栓，忽略油道和一些局部小圓角，同時(shí)考慮連桿的對(duì)稱性，只取連桿的二分之一部分進(jìn)行建模。其幾何模型如圖3-1所示：圖3-1主連桿的幾何模型

第4章連桿有限元分析4.1ANSYS的單位制ANSYS軟件不限制分析的單位系統(tǒng)，在分析時(shí)只需按照統(tǒng)一的單位制進(jìn)行定義材料屬性、幾何尺寸、載荷大小等輸入數(shù)值。本文采用在PRO/E建立幾何模型時(shí)所采用的秒、克和毫米單位制，故輸入力的單位是，計(jì)算結(jié)果位移單位是，應(yīng)力單位是。連桿三維有限元分析模型見(jiàn)圖4-1。經(jīng)有限元計(jì)算連桿三維模型質(zhì)量為2329克。本設(shè)計(jì)中連桿的材料屬性為：彈性模量輸入，泊松比輸入0.3；密度輸入。圖4-1連桿有限元分析模型4.4位移邊界條件和載荷處理4.4.1位移邊界條件邊界條件的選取是分析的重要環(huán)節(jié)，其選取正確與否，將影響計(jì)算精度。不合理的邊界條件可能使計(jì)算失敗，導(dǎo)致計(jì)算不出結(jié)果。對(duì)一個(gè)自由體，結(jié)構(gòu)本身無(wú)約束，僅有自相平衡的外力，是無(wú)法求出定解節(jié)點(diǎn)位移，所以對(duì)于分析模型，要對(duì)某些節(jié)點(diǎn)的自由度加以限制。本文分析模型是按如下方法進(jìn)行約束：為限制模型在軸方向的剛體運(yùn)動(dòng)，在模型的對(duì)稱面(平面)上加對(duì)稱約束；為限制模型在軸方向的剛體運(yùn)動(dòng)，在模型的對(duì)稱面(平面)上加對(duì)稱約束；為限制整個(gè)分析模型在軸方向的剛體運(yùn)動(dòng)，在預(yù)緊工況時(shí)，在模型的連桿體與連桿蓋接觸面上加完全約束；在拉伸工況時(shí)，限制小頭內(nèi)徑面上部中心處的向自由度；在壓縮工況時(shí)，限制大頭內(nèi)徑面上部中心處的向自由度，見(jiàn)圖4-3位移邊界條件示意圖。圖4-3連桿位移邊界條件示意圖4.4.3載荷加載施加載荷的拋物線余弦公式為:（4-1）其中，為作用在內(nèi)孔面上的最大拉（壓）力。根據(jù)以上計(jì)算壓力分布的公式，可以求出各個(gè)離散單元的受力，然后將其分配到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，從而得到等效節(jié)點(diǎn)邊界載荷。在ANSYS中施加函數(shù)載荷到有限元模型中時(shí)，無(wú)法直接施加，須通過(guò)APDL（ANSYSParametricDesignLanguage，即ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言語(yǔ)言）進(jìn)行加載。加載函數(shù)如下：！加載函數(shù)載荷/PREP7ALLSEL,ALL,NODE*GET,NDMAX,NODE,0,NUM,MAX*AFUN,DEG!注意三角函數(shù)缺省是弧度,改為角度*DIM,NODEPRES,,NDMAXCMSEL,S,K21!在已建立的組中選擇需要的組（由面構(gòu)成）NSLA,S,1!與面相關(guān)的所由節(jié)點(diǎn)CSYS,1*GET,NMAX,NODE,0,NUM,MAX*GET,NMIN,NODE,0,NUM,MINQc=1.81E11！最大拉伸（壓縮）載荷R=25L=23*DO,I,NMIN,NMAX,1*IF,NSEL(I),EQ,1,THENY=NY(I)！柱坐標(biāo)是角度Z=NZ(I)NODEPRES(I)=(5*Qc/R/L/8)*(1-Z*Z/(L*L))*COS(3*(90-Y)/2)*ENDIF*ENDDOSFFUN,PRES,NODEPRES(1)SF,ALL,PRES,0*DEL,NODEPRES!sfcum,pres,add

第5章連桿的改進(jìn)設(shè)計(jì)、計(jì)算5.1兩種柴油機(jī)連桿應(yīng)力、應(yīng)變水平比較參照?qǐng)D4-10～4-17，列出兩種柴油機(jī)的連桿在拉、壓工況下最大應(yīng)力、變形及變化情況，如表5-1所示：表5-1兩種柴油機(jī)連桿應(yīng)力、變形水平比較類型拉伸載荷（KN）壓縮載荷（KN）拉伸工況應(yīng)力（MPa）拉伸工況變形（mm）壓縮工況應(yīng)力（MPa）壓縮工況變形（mm）常規(guī)柴油機(jī)241181810.0972720.084HPD柴油機(jī)461813460.1864170.129上升水平91.6%53.4%91.2%91.8%53.3%53.6%由表5-1可以看出，兩種柴油機(jī)連桿應(yīng)力、變形上升水平與其拉、壓載荷上升水平接近。這說(shuō)明由于HPD柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和最高爆發(fā)壓力的提高，導(dǎo)致其最大拉壓載荷的大幅提高，進(jìn)而使應(yīng)力、變形水平有大幅提高，這給連桿的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，本設(shè)計(jì)中HPD柴油機(jī)連桿的最大拉、壓應(yīng)力均超過(guò)300MPa，雖然采用42CrMo合金鋼并經(jīng)嚴(yán)格的熱處理可以滿足強(qiáng)度要求，但顯然會(huì)降低連桿的使用壽命，因此本設(shè)計(jì)希望能在結(jié)構(gòu)上做一定的改進(jìn)，使連桿的最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力低于300MPa，同時(shí)連桿的質(zhì)量盡可能不增加或少增加。仔細(xì)觀察圖4-15，除了連桿小頭中部處應(yīng)力較大外，其余各處應(yīng)力均不超過(guò)230MPa，甚至受力較大的連桿蓋內(nèi)孔應(yīng)力也不大。這說(shuō)明連桿小頭壁厚設(shè)計(jì)的過(guò)于薄弱，應(yīng)予加強(qiáng)；相反，連桿大頭設(shè)計(jì)的過(guò)于粗壯，應(yīng)降低連桿的寬度。另外，連桿小頭與桿身連接處應(yīng)力也較大，應(yīng)作適當(dāng)加強(qiáng)。仔細(xì)觀察圖4-17，除連桿桿身外，其余各處的應(yīng)力均不超過(guò)278MPa，甚至受力較大的連桿大、小頭內(nèi)孔及其與桿身連接處。這說(shuō)明連桿桿身的設(shè)計(jì)偏弱，應(yīng)予較大的加強(qiáng)。連桿小頭內(nèi)孔處應(yīng)力不算大，說(shuō)明其寬度合理。連桿大頭內(nèi)孔處應(yīng)力偏小，說(shuō)明其寬度偏大，可作適當(dāng)降低。5.3.1拉伸工況分析(一)、變形分析圖5-3是連桿在最大拉力下的變形云圖。由于在連桿小頭頂部處施加了約束，故其最大位移偏移累積到連桿大頭頂部處，為0.170mm，該位移并未真實(shí)反映連桿各處位移變化情況。根據(jù)其他柴油機(jī)的曲柄銷(xiāo)與連桿軸瓦間隙（0.191mm）和活塞銷(xiāo)與連桿小頭襯套間隙（0.113mm）的相關(guān)數(shù)值，故判定連桿的變形并不影響柴油機(jī)的正常工作。（二）、應(yīng)力分析通過(guò)對(duì)連桿的有限元計(jì)算結(jié)果分析可知，連桿在拉伸工況下，在小頭孔、小頭與桿身過(guò)渡連接處及連桿大頭蓋上都作用有較大的拉應(yīng)力，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在小頭孔處。其節(jié)點(diǎn)號(hào)為：15918，等效應(yīng)力為：。連桿材料為合金鋼，，故拉伸作用下，靜強(qiáng)度滿足要求。見(jiàn)圖5-4所示：圖5-3改進(jìn)的HPD柴油機(jī)連桿拉伸工況變形云圖圖5-4改進(jìn)的HPD柴油機(jī)連桿拉伸工況應(yīng)力云圖

結(jié)論發(fā)展高功率密度柴油機(jī)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需要。本文對(duì)12缸V型HPD柴油機(jī)連桿做出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用ANSYS進(jìn)行了有限元分析，得出了其應(yīng)力、變形云圖，并與常規(guī)功率密度柴油機(jī)連桿的應(yīng)力、變形水平做比較，找出改進(jìn)的方向。改進(jìn)連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重新進(jìn)行計(jì)算分析，得到了較為合理的連桿剛度和強(qiáng)度。本文在這一設(shè)計(jì)分析過(guò)程中得出了如下結(jié)論：1．連桿結(jié)構(gòu)適宜采用主副連桿型式，材料適宜選用42CrMo合金鋼。主副連桿結(jié)構(gòu)可以得到最短的曲軸長(zhǎng)度，結(jié)構(gòu)更為緊湊；同時(shí)，主連桿大頭剛度大，軸承承壓狀況好，滿足了高功率密度柴油機(jī)大功率、小尺寸的要求。42CrMo合金鋼是目前國(guó)內(nèi)強(qiáng)化柴油機(jī)的首選材料，有較高的機(jī)械性能，經(jīng)過(guò)本設(shè)計(jì)計(jì)算檢驗(yàn)，可以滿足連桿強(qiáng)度和剛度的要求。2．高功率密度柴油機(jī)的最大拉伸載荷比常規(guī)功率密度柴油機(jī)高1倍左右，最大壓縮載荷高三分之二左右。這主要取決于高功率密度柴油機(jī)較高的轉(zhuǎn)速和超高的最高爆發(fā)壓力。3．相比常規(guī)功率密度柴油機(jī)，連桿小頭和桿身強(qiáng)度相對(duì)變化較大，須作強(qiáng)化設(shè)計(jì)。由于最大拉伸和壓縮載荷均有較大提高，其對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力、變形亦有較大提高，甚至難以滿足強(qiáng)度剛度要求。因此，改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是必要的。經(jīng)過(guò)改進(jìn)，連桿的強(qiáng)度有了較大提高，最大拉、壓應(yīng)力均不超過(guò)300MPa，滿足了強(qiáng)度要求；連桿的剛度亦有一定的改善，基本滿足剛度要求。4．本設(shè)計(jì)采用有限元靜力計(jì)算，載荷施加又忽略了軸瓦、襯套的過(guò)盈載荷，連桿體與連桿蓋粘結(jié)為一連續(xù)體。因此，計(jì)算的準(zhǔn)確度同真實(shí)情況存在一定偏差。常規(guī)功率密度柴油機(jī)連桿的計(jì)算表明這種誤差是可以接受的。5．本設(shè)計(jì)由于位移約束條件中向（連桿縱向）的施加是根據(jù)拉、壓載荷條件的不同而施加在不同的位置，得出的變形云圖并未反映其真實(shí)變形情況。同時(shí)，本文對(duì)剛度的分析討論不夠完善，還有待改進(jìn)。綜上所述，本文對(duì)高功率密度柴油機(jī)連桿的設(shè)計(jì)是較為合理的，其強(qiáng)度和剛度是可以滿足載荷要求的。致謝本文是在***老師的精心指導(dǎo)下完成的。在整篇論文的研究過(guò)程中，從論文的選題、課題的進(jìn)行到難題的解決，無(wú)不傾注著導(dǎo)師的心血；*老師堅(jiān)實(shí)的理論、淵博的學(xué)識(shí)、風(fēng)趣的談吐、高尚的人格都給予我極大的震撼和觸動(dòng)，這將是我今后不斷學(xué)習(xí)、完善自我的動(dòng)力和源泉。在此，首先向我的導(dǎo)師致以深深的謝意！感謝小組成員***、***、***同學(xué)給我提供的幫助和支持。感謝在設(shè)計(jì)中向我提供幫助的***、***等老師和同學(xué)。感謝我的父母，正是有了他們的大力支持，我才能順利地完成這篇論文。感謝所有幫助過(guò)我的人，衷心祝福他們身體健康、萬(wàn)事如意。參考文獻(xiàn)[1]柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)編輯委員會(huì).柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社,1984[2]楊連生.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì).北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社,1981[3]李人憲.車(chē)用柴油機(jī).北京:中國(guó)鐵道出版社,1999[4]李慶華.材料力學(xué).成都:西南交通大學(xué)出版社,1994[5]李人憲.有限元法基礎(chǔ).北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2002[6]博弈創(chuàng)作室.ANSYS9.0經(jīng)典產(chǎn)品基礎(chǔ)教程與實(shí)例詳解.北京:中國(guó)水利水電出版社,2006[7]博弈創(chuàng)作室.ANSYS9.0經(jīng)典產(chǎn)品高級(jí)分析技術(shù)與實(shí)例詳解.北京:中國(guó)水利水電出版社,2006[8]博弈創(chuàng)作室.APDL基礎(chǔ)教程與實(shí)例詳解.北京:中國(guó)水利水電出版社,2004[9]任惠民,任繼文,吳建全,張然治,倪磊.現(xiàn)代軍車(chē)動(dòng)力的經(jīng)典——890系列柴油機(jī).車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī).2006(5):1～6[10]張玉申.高功率密度柴油機(jī)及其關(guān)鍵技術(shù).車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī).2004(6):5～7,11[11]談卓君,左正興,張儒華.內(nèi)燃機(jī)連桿有限元分析進(jìn)展.北京理工大學(xué)機(jī)械與車(chē)輛工程學(xué)院[12]吳昌華.內(nèi)燃機(jī)連桿設(shè)計(jì)計(jì)算的若干理論研究.大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),1994,15(1):46～50[13]陳國(guó)華.有限元法在內(nèi)燃機(jī)中的應(yīng)用.武漢:華中工學(xué)院出版社,1985[14]王長(zhǎng)榮.7FDL型柴油機(jī)主副連桿的結(jié)構(gòu)分析.內(nèi)燃機(jī)工程.1990(2):17～23[15]王天靈,方華.493柴油機(jī)連桿三維有限元分析.小型內(nèi)燃機(jī).1998(4):31～32,46[16]王榮煦,勞國(guó)強(qiáng),周乃殼,李光瑾.高速柴油機(jī)連桿的材料與疲勞性能研究.汽車(chē)工藝與材料.2001(8):17～20[17]秦傳江,楊震.EQ6105DTAA柴油機(jī)連桿的有限元分析.西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2005(2):114～117[18]沈海濤,鄭水英.柴油機(jī)曲軸危險(xiǎn)工況的確定及其靜強(qiáng)度分析.機(jī)械設(shè)計(jì).2006(11):28～30,43[19]屠丹紅,姜樹(shù)李,魚(yú)春燕.498柴油機(jī)連桿的改進(jìn)設(shè)計(jì).車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī).2005(2):16～19[20]李耀明,馬瑞恒.R105Z柴油機(jī)連桿強(qiáng)度分析.山東內(nèi)燃機(jī).1999(4):22～25[21]Cook,R.D.,ConceptsandApplicationsofFiniteElementAnalysis,SecondEdition,JohnWileyandSons,NewYork,1981[22]D.AlfredHancq.FatigueAnalysisUsingANSYS.AnsysInc附錄附錄一：程序

附錄二：實(shí)習(xí)報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：班級(jí)：實(shí)習(xí)時(shí)間：2007年4月1日至2007年4月7日本次畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)時(shí)間歷時(shí)一周，實(shí)際實(shí)習(xí)時(shí)間五天左右，實(shí)習(xí)地點(diǎn)在重慶，實(shí)習(xí)企業(yè)為重慶長(zhǎng)安汽車(chē)有限責(zé)任公司以及重慶汽車(chē)研究所。重慶長(zhǎng)安汽車(chē)公司是一家集民用與軍用于一身的一家公司，現(xiàn)有員工兩萬(wàn)余人，長(zhǎng)安公司與美國(guó)福特公司合資建立了長(zhǎng)安福特馬自達(dá)汽車(chē)有限公司，與日期鈴木汽車(chē)公司合資誕生了長(zhǎng)安鈴木汽車(chē)公司，此次我們參觀的是長(zhǎng)安公司而非其合資公司，旗下主要產(chǎn)品是徽型車(chē)。眾所周知，長(zhǎng)安公司在微型車(chē)領(lǐng)域中占有舉足輕重的地位。重慶汽車(chē)研究所是國(guó)家一類科研院所。在該研究所設(shè)有國(guó)家重型汽車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、國(guó)家燃?xì)馄?chē)工程技術(shù)研究中心、國(guó)家汽車(chē)行業(yè)科技成果檢測(cè)鑒定機(jī)構(gòu)、國(guó)家汽車(chē)新產(chǎn)品申報(bào)公告檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)、中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)品強(qiáng)制認(rèn)證檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)、國(guó)家環(huán)保局授權(quán)的車(chē)輛排放實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家缺陷汽車(chē)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、重慶進(jìn)出口商品檢驗(yàn)局重型汽車(chē)認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室、

重慶市車(chē)輛排放與節(jié)能重點(diǎn)試驗(yàn)室、重慶市車(chē)輛碰撞安全重點(diǎn)試驗(yàn)室。主要從事各類汽車(chē)的研究開(kāi)發(fā)、技術(shù)咨詢、試驗(yàn)研究、質(zhì)量檢測(cè)；新工藝、新材料的應(yīng)用研究；汽車(chē)行業(yè)科研成果的鑒定；參與有關(guān)汽車(chē)產(chǎn)品技術(shù)法規(guī)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定、修訂及產(chǎn)業(yè)政策的研究工作；汽車(chē)相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備、專用汽車(chē)及零部件、燃?xì)馄?chē)關(guān)鍵零部件的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)；編輯出版全國(guó)性期刊雜志《當(dāng)代汽車(chē)》。2007年4月1日上午從學(xué)校出發(fā)，下午2點(diǎn)到達(dá)重慶。安頓好住宿的地方后便開(kāi)始了這次的實(shí)習(xí)。第二天上午九點(diǎn)鐘，我們?cè)趦晌粠熜值膸ьI(lǐng)下來(lái)到了長(zhǎng)安公司的大門(mén)前，接下來(lái)由長(zhǎng)安公司的安全部門(mén)工作人員給我們介紹安全方面的知識(shí)以及公司對(duì)我們實(shí)習(xí)生的一些規(guī)定。通過(guò)一位教師的介紹，我們了解了《憲法》、《刑法》、《安生生產(chǎn)法》等相關(guān)法律中對(duì)安全生產(chǎn)的一些規(guī)定，了解到任何一名勞動(dòng)者都有勞動(dòng)并具有獲得報(bào)酬的權(quán)利，也同樣具有在特殊情況下拒絕勞動(dòng)的權(quán)利，教師還給我們介紹了發(fā)生在長(zhǎng)安公司的一些事故，用血的教訓(xùn)告誡大家一定要注意安全，生命不可兒戲，一旦發(fā)生事故后果不堪設(shè)想，必將給自己的家人，朋友，帶來(lái)許多不必要的麻煩。我們同樣也了解到公司對(duì)我們實(shí)習(xí)大學(xué)生的一些要求。下午兩點(diǎn)鐘左右我們便進(jìn)入車(chē)間進(jìn)行參觀，那是個(gè)生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的專用車(chē)間，采用流水線的生產(chǎn)方式，在這里我們參觀了連桿怎么從毛坯到成品的全過(guò)程，使我們了解了連桿偶件的加工過(guò)程，連桿的工作原理，連桿在發(fā)動(dòng)機(jī)中的受力情況和潤(rùn)滑方法，還有我們看到了檢驗(yàn)工序中對(duì)連桿檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)原理。