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摘 要

在汽车发动机中有着许许多多复杂的部件，这些部件组合成为了发动机整体，其中曲轴是发动机最重要的部件之一，作用是为汽车提供动力。曲轴工作的条件是在恶劣的环境下，同时受到各种应力以及载荷作用。曲轴必须要具有优良的硬度刚度和抗疲劳强度，保证可以稳定安全的工作。因此必须要对曲轴进行分析得出其抗疲劳强度，保证曲轴可以在高负荷状态下安全运行，但传统的力学分析难以分析形状和应力情况复杂的曲轴，可以采用有限元分析的方法。有限元分析方法可以确定内部结构应力情况复杂以及外形的问题，具体内容可以先以某款发动机作为研究对象，根据其结构尺寸以及性能要求，查阅相关的资料与计算公式，计算得出相关曲轴设计参数，之后使用建模软件UG NX建立对应的曲轴模型，然后再利用ANSYS有限元分析软件网格划分施加载荷确定边界条件，得出应力分析结果，再进行模态分析确定所设计曲轴是否安全。根据分析结果，进行优化设计，改进缺陷，使应力集中现象分布均匀，从而提高曲轴在复杂环境下的性能效果，这可以为以后曲轴设计工作提供参考依据的重要价值。

关键词：汽车；发动机；曲轴；有限元分析

PERFORMANCE ANALYSIS AND OPTIMIZATION DESIGN OF CRANKSHAFT BASED ON ANSYS

ABSTRACT

There are many complex parts in a car engine, these parts are combined into the engine as a whole, of which the crankshaft is one of the most important parts of the engine, the role is to provide power for the car. The working condition of the crankshaft is in a harsh environment, and is subjected to various stresses and loads at the same time. The crankshaft must have excellent rigidity and fatigue strength to ensure stable and safe work. Therefore, it is necessary to analyze the crankshaft to obtain its fatigue strength to ensure that the crankshaft can operate safely under high load. However, traditional mechanical analysis is difficult to analyze crankshafts with complex shapes and stress conditions. Finite element analysis can be used. The finite element analysis method can determine the complex internal structure stress and the shape of the problem. The specific content can be a certain engine as the research object. According to its structure size and performance requirements, refer to the relevant data and calculation formulas, and calculate the relevant crankshaft design. Then use the modeling software UG NX to establish the corresponding crankshaft model, and then use the ANSYS finite element analysis software to mesh and apply the load to determine the boundary conditions, obtain the stress analysis results, and then perform modal analysis to determine whether the designed crankshaft is safe. According to the analysis results, optimize the design, improve the defects, and make the stress concentration phenomenon evenly distributed, thereby improving the performance effect of the crankshaft in the complex environment, which can provide important value for the future crankshaft design work.

KEY WORDS: Car;The engine; The crankshaft; Finite element analysis

目录

引言 1

第一章 概论 1

1.1项目的研究背景和意义 1

1.2项目的研究现状 2

1.2.1国内项目研究现状 2

1.2.2国外项目研究现状 3

1.3曲轴有限元分析的研究内容 3

第二章 曲轴的结构与要求 4

2.1曲轴的工作条件与性能要求 4

2.2曲轴的结构 4

2.3曲轴的受力 5

第三章 曲轴的结构设计 6

3.1发动机设计参数 6

3.2曲轴类型的选择 7

3.3曲轴设计参数的确定 7

3.4曲轴结构模型的建立 14

3.4.1建模软件介绍 14

3.4.2曲轴建构模型的建立 14

第四章 曲轴静态性能的有限元分析 18

4.1 有限元软件及方法简介 18

4.2 曲轴有限元模型的建立 19

4.3 曲轴质量 22

4.4 载荷的施加 22

4.5 计算结果分析 24

第五章 曲轴的模态分析 28

第六章 曲轴的优化设计 35

6.1 优化设计方案 35

6.2 优化后曲轴质量 38

6.3 优化前后曲轴性能对比 39

第七章 优化后曲轴的模态分析 40

第八章 总结与展望 47

8.1总结 47

8.2展望 47

致谢 48

参考文献： 49

引言

曲轴作为发动机重要的部件之一,曲轴的设计模拟有着重大意义。本毕业设计以汽车发动机为研究目标,计算分析了曲轴的静态性能和动态特性,并利用有限元分析曲轴进行了改进设计和多种方案的试验比较,得到了试验指标下的显著性影响因素，为今后的曲轴设计提供了一些科学依据和可行性方案。

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