摘 要

连杆是内燃机的重要部件，其运动规律和受力情况比较复杂。随着内燃机朝着高速化、小型化的方向发展，连杆的工作环境越来越恶劣。因此，连杆的设计与优化具有重要的意义。本文借助某款柴油发动机的基本性能参数，计算得到连杆的结构尺寸数据。借助Creo软件建立连杆的三维模型，利用有限元分析软件ANSYS对连杆模型进行了静强度分析、疲劳分析、模态分析和谐响应分析，得到了连杆的受力与变形等情况，并提出了连杆优化改进的措施。结果表明：所设计连杆强度、刚度等符合要求。所得结果为内燃机连杆的设计与优化提供了依据，具有重要的指导意义。

关键词：连杆；静应力；动态分析；疲劳分析

Abstract

The connecting rod is an important component of the internal combustion engine, and its motion laws and stress conditions are relatively complicated. With the development of internal combustion engines in the direction of high speed and miniaturization, the working environment of connecting rods is getting worse. Therefore, the design and optimization of connecting rods are of great significance. This article uses the basic performance parameters of a certain diesel engine to calculate the structural dimensions of the connecting rod. With the help of Creo software, the model of the connecting rod was established. Using the finite element analysis software ANSYS, the static strength analysis, fatigue analysis, modal analysis and harmonious response analysis of the connecting rod model were carried out. The stress and deformation of the connecting rod were obtained, and the optimization and improvement measures of the connecting rod were proposed. The results show that the strength and rigidity of the designed connecting rod meet the requirements. The obtained results provide a basis for the design and optimization of connecting rods of internal combustion engines, and have important guiding significance.

Key Words：Connecting rod; static stress; dynamic analysis; fatigue analysis

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的及意义 1

1.2 国内外研究现状分析 1

1.3 设计的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 3

1.3.1 设计的基本内容 3

1.3.2 设计的目标 4

1.3.3 拟采用的技术方案 4

第2章 柴油机连杆设计 5

2.1 柴油机结构设计参数 5

2.1.1初始条件 5

2.1.2发动机的类型 5

2.1.3基本参数 5

2.2热力学计算 6

2.2.1热力循环基本参数的确定 6

2.2.2 热力过程具体计算 6

2.2.3 P-V图的绘制与调整 7

2.2.4热力学平均有效压力及功率校核 8

2.2.5 P-V图向P-α图的转换 9

2.3 运动学的计算 9

2.3.1曲柄连杆机构的选型 9

2.3.2连杆比的选择 9

2.3.3活塞运动规律 9

2.3.4连杆运动规律 11

2.3.5 质量计算 12

2.3.6 作用在活塞上的力 13

2.3.7 曲柄连杆机构中力的传递和相互关系 14

2.4 连杆结构设计 16

2.4.1 材料选择 16

2.4.2 连杆结构尺寸设计 16

2.5 本章小结 18

第3章 连杆的三维建模与有限元分析 19

3.1 连杆的三维建模 19

3.1.1 Creo软件简介 19

3.1.2 连杆模型的建立 19

3.2 有限元方法简介 20

3.2.1有限元分析原理 20

3.2.2 有限元分析方法在内燃机中的应用 20

3.3 连杆的静强度分析 20

3.3.1 有限元模型网格的划分 20

3.3.2. 位移边界条件 21

3.3.3 力边界条件 22

3.3.4 连杆最大拉伸工况分析 22

3.3.5 连杆最大压缩工况分析 24

3.4 连杆的疲劳分析 26

3.4.1 位移边界条件 26

3.4.2 疲劳分析求解 26

3.5 连杆的模态分析 30

3.5.1 有限元模型建立 30

3.5.2 模态求解 30

3.6 连杆的谐响应分析 33

3.6.1 有限元模型建立 33

3.6.2 谐响应求解 33

3.7 连杆结构优化 34

3.8 本章小结 35

第4章 总结与展望 36

4.1 全文总结 36

4.2 工作展望 36

参考文献 38

致 谢 40

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

内燃机被用作汽车引擎已有一百多年的历史。进入现代社会以来，内燃机方面的相关技术不断发展，不断完善，它形成了以热效率高、体积尺寸小为核心的优点。到目前为止，内燃机已广泛应用于社会的方方面面。

连杆大头和曲柄销连接，与曲轴一起做旋转运动；连杆的小头和活塞销连接，与发动机活塞一起做往复运动，所以连杆在发动机的运行过程中作复杂的平面运动。在这种情况下，连杆容易发生损坏，像磨损、开裂、弯曲等，这将会对发动机的工作产生非常不利的影响。因此，发动机连杆的设计与校核工作就显得尤为重要。

在以前对发动机的连杆、活塞和曲轴等零部件进行设计或校核的时候，往往使用经验公式和传统的力学计算方法。随着时代的发展，这种设计和校核方法的精度已经不能满足发动机设计与生产的要求。