有限元分析及柴油机连杆的结构改进.docx

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1、有限元分析及柴油机连杆的结构改进摘要:在本文中，应用ANSYS软件，采用三维有限元方法分析应力分布，安全系数和连杆的疲劳寿命周期。结果表明，在最大压缩的状态下，连杆的小头端和曲柄的过渡位置是极具破坏性的。最大应力为303MPa，安全系数为1.24。在极限条件下，暴露破坏性立场是大端的I形交叉部分。最大应力为118MPa，安全系数为3.19。连杆结构得到改善，并且安全系数和连杆的疲劳寿命周期增加了。关键词：有限元分析；连杆；应力分布；安全系数;疲劳寿命周期导言Ι.简要介绍连杆是柴油发动机驱动的重要部件之一。它承担各种周期变化的复

2、杂负荷。如果它不够强大，连杆就很容易产生疲劳破坏。正因如此，连杆断裂。这将导致发动机故障和严重的结果。作为一种有效的分析方法，有限元分析已广泛应用于连杆[1-7]的设计。随着农业机械化的快速发展，农业机械的应用越来越广泛。单缸发动机是主要的机械类型，其中之一是1100单缸柴油机。在本文中，应用ANSYS软件，采用三维有限元方法分析应力分布，安全系数及1100单缸柴油机的连杆的疲劳寿命周期。在分析的基础上，连杆的结构得到改善。安全系数和连杆的疲劳寿命周期增加，连杆的可靠性增加。Π.模型的建立连杆的材料为45钢。主要性能参数见表Ⅰ

3、。建立精确和可靠的计算模型，是用有限元分析法分析的关键步骤之一。在分析过程，有限元分析模型应尽可能地根据实际建立一个。但是，如果对象的结构是复杂的，它是非常困难的，甚至是不可能建立与实际相符的一个计算模型。因此，近似简化是必要的。在本文中，连杆大端简化。轴瓦，连杆螺栓和连杆瓦被忽略了。大端盖和连杆机构是作为一个整体模型。有限元网格尺寸会减少元素的质量，为了避免有限元网格尺寸和计算精度相差太大，简化处理小斜边及圆形珠，这样几乎不影响连杆强度。为了确保计算的准确性，运用了10节点四面体单元SOLID92。这种分割模型的方法是自由的

4、网状分割。该模型划分网格划分方法是免费的。因为此方法是自由的手动控制，所以它对网状分割的结果的修复是有必要的。因此，应力集中的部件，比如连杆小头的过渡位置及连杆体，大端的过渡位置和连杆体的I型交叉的内侧部分，都应进行检查。修补后，有118143节点和74511的关于连杆有限元模型网格。该连杆的网格划分如图1。         ΙΠ.载荷当连杆工作时，定期外力由两部分组成。其一是由活塞顶转化成的气体燃烧压力，活塞顶压缩连杆。另一种是由连杆延伸的活塞——连杆高速运动造成的惯性力，扩展移动速度造成的。因此，在分析过程中，主要负荷是最

5、高燃烧压力，活塞的惯性力单位和连杆的惯性力单位。燃烧压力是由气体燃烧引起的气体压力。它压活塞，这将改变力量，活塞销连接的连杆小头。气体燃烧压力由公式可以算出（1）：       F=PgπD24(1)凡Pg表示气缸压力表，D表示气缸直径。①塞惯性力单元②活塞装置由活塞，活塞环，活塞销，活塞销卡簧组成。活塞单位的质量是所有部件的质量总和。活塞惯性力单元在活塞销上进行工作。并通过活塞销把惯性力传递到连杆上。惯性力的计算方程式为：（2）F1=mpRω2(1+λ)(2)mp代表活塞单元质量，R代表曲柄半径，ω代表曲柄的角速度，λ代表曲

6、柄的连接比例。③连杆惯性力单元连杆单元由连杆柄，大头盖，轴承壳、螺栓和接头组成。连杆单元的质量就是这几部分的总和。为了使计算简单，连杆的运动是复杂的平面运动，它的质量可分为两个部分。一部分集中在连杆的小头端上，连杆通过活塞进行往复运动。另一部分集中在连杆的大头端上，连杆通过曲柄进行旋转运动。因此，连杆惯性力由小头端上的往复惯性力和大头端上的旋转惯性力组成。小头端上的往复惯性力计算公式为(3):F2=m1Rω2(1+λ)(3)大头端上的旋转惯性力公式为(4):F3=m2(λω)2(4)m1表示连杆小头端的质量，m2表示连杆大头端

7、的质量，R代表曲柄半径，ω代表曲柄的角速度，λ代表曲柄的连接比例。连杆的计算由两种状态组成，最大拉伸状态和最大压缩状态。其载荷主要集中在内表面的大头和小头端，其分布式由二级轴线抛物图和根式余弦图组成。安全系数的计算公式为(5):n=σ-1zσaεσ,,+φσσm(5)σ-1z表示屈服极限，σa表示应力幅，εσ,,代表表面粗糙度，φσ代表疲劳寿命因素，σm代表平均应力。IV.结果与讨论图2所示，是连杆在最大张力状态下的应力分布图。结果显示，连杆的应力值是最大的，其主要在大头端的工字型截面上。而且应力也明显集中在小头端和连杆曲柄的

8、过渡位置。连接曲柄上的应力稍微大一点，但它的分布相当均匀。连杆的最大应力是118MPa，小于连杆材料的屈服极限。安全系数是3.19。图3所示，是连杆在最大压缩状态下的应力分布图。结果显示，连杆曲柄的工字型截面上承受较大的压缩应力。那么明显的破坏性位置就在小头端和连杆曲柄的过度