论文总字数：16280字

摘 要

柴油机作为一种连续工作且效率较高的动力装置，由于其适应性好，功率范围广，已径在很多的行业中得到非常广泛应用。本课题在设计中采用了计算机辅助设计技术，能够显著提高柴油机研制的科学性，减少盲目性，从而提高设计效率。

本课题以某型船用柴油机曲柄连机构为研究对象，课题中所做的主要工作包括：曲柄连杆机构设计参数的确定，设计参数由本课题的任务书给定，在此基础上确定曲柄连杆机构的传动方案。

然后就是曲柄连杆机构的设计计算，这部分的设计计算主要根据参考课本相关的计算公式进行设计计算，主要需要计算的内容有连杆的相关尺寸，活塞的相关尺寸以及曲轴的相关尺寸。并对以上的零件进行材料的选用。

最后运用UG三维建模软件对曲柄连杆机构进行三维建模，采用ansys软件进行有限元分析，这里的有限元分析主要分析曲柄和连杆受到活塞拉伸或者压缩时的受力情况，对零件的等效应力和等效形变位移进行仿真模拟。

关键词：曲柄连杆装置；仿真；动力学；有限元分析

Structural design and key components finite element analysis of crank and connecting Rod Mechanism for Reciprocating diesel engines

Abstract

As a continuous working and high-efficiency power device, diesel engine has been widely used in many industries because of its good adaptability and wide power range. This subject uses computer-aided design technology in the design, which can significantly improve the scientificity of diesel engine development, reduce blindness, and thus improve development efficiency.

The main work done in this subject includes: the determination of the design parameters of the crank connecting rod mechanism, the design parameters are given by the task book of this subject, on this basis, the transmission scheme of the crank connecting rod mechanism is determined.

Then there is the design calculation of the crank connecting rod mechanism. This part of the design calculation is mainly based on the calculation formulas related to the reference textbooks. The main calculation contents include the related dimensions of the connecting rod, the related dimensions of the piston and the related dimensions of the crankshaft. And the selection of materials for the above parts.

Finally, the UG three-dimensional modeling software performs three-dimensional modeling on the crank connecting rod mechanism, and uses ansys software for finite element analysis. The finite element analysis here mainly analyzes the stress situation of the crank and connecting rod when the piston is stretched or compressed, and the Simulate the equivalent stress and equivalent deformation displacement.

Key words: crank-link mechanism; simulation; dynamics; contact finite element analysis

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 选题背景与意义 1

1.2 柴油内燃机概述 1

1.3 曲柄连杆装置介绍 1

1.4 CAE在内燃机设计中的利用 1

1.5 相连活塞和曲轴杆有限元剖析概述 2

第2章 曲柄连杆设计 3

2.1柴油机主要参数的确定 3

2.1.1柴油机功率 3

2.1.2活塞平均速度 3

2.1.3平均有效压力 4

2.1.4气缸直径 4

2.1.5行程及其与缸径的比值 5

2.1.6气缸中心距及其与缸径的比值 5

2.1.7曲柄半径与连杆长度比 5

2.1.8压缩比 6

2.2连杆设计 6

2.2.1连杆小头主要尺寸 7

2.2.2连杆小头构型 7

2.2.3连杆衬套 7

2.2.4连杆杆身设计 8

2.2.5连杆大头结构型式 8

2.2.6连杆大头尺寸 9

2.3曲轴设计 11

2.3.1曲柄的结构形式 11

2.3.2曲柄的基本尺寸 11

2.4活塞结构设计 12

2.4.1活塞的选型 13

2.4.2活塞的主要尺寸 13

2.4.3活塞销的设计 15

2.4.4活塞环的设计 15

第3章 曲柄连杆三维模型的建立 17

3.1连杆三维模型的建立 17

3.2曲轴三维模型的建立 17

3.3活塞三维模型的建立 18

3.4壳体三维模型的建立 18

3.4装配体模型的建立 19

第4章ANSYS强度分析 20

4.1曲轴的强度分析 20

4.2连杆的强度分析 22

第5章 总结 24

致谢 25

参考文献 26

第1章 绪论

1.1 选题背景与意义

柴油机作为一种高效率、耐久的动力装置，由于其较高的热效率，良好的适应性，功率范围广，在船舶、电站、机车、工程车辆等领域中得到广泛应用。伴随着柴油机转换的能量的增加，配套式样也不断增多，在连杆上的交变载荷会更大，曲柄连杆机构的工作条件将更加恶劣。因此，曲柄连杆机构的动力学和运动学特性研究，连杆的强度需要满足设计要求的研究，曲柄连杆机构的扭振特性分析，曲柄连杆机构的疲劳强度分析等等，这就要求设计人员进行大量的研究论证工作。

为能够实现一些工业对柴油内燃机性能一直提升的需求，和应付越来越激烈的市场角逐，各制造厂家不得不一直研发新设备和优化现有设备，要求加速柴油内燃机的研发任务。而柴油内燃机的开发是一个艰难的任务，从整个设计、方案考究选用到的零部件都有很多的剖析、计算、探索任务。跟随着电子计算的快速提升，电子计算机器协助工程CAE及CAD在柴油内燃机的开发沿途中将表现越来越显著的功效。采用CAE/CAD手段能够显著提升柴油内燃机开发的科学性，减少随意性，提升开发效率。

1.2 柴油内燃机概述

柴油内燃机是用柴油作为能源的内燃机。柴油内燃机隶属缩短点火式动能供应设备。

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