CAE(ansys)汽车发动机连杆课程设计论文

·制造业信息化·收稿日期：2011－09－20作者简介：朱同波（1986-），男，高校教师。

研究方向：机械设计制造；吴传富（1987-），男，高校教师。

研究方向：通信工程。

0引言对连杆进行了三维准静态有限元分析研究，其计算模型是在静力分析模型的基础上，通过考虑其体积而对载荷重新计算和模型处理后得到的。

由于计算模型与实际结构、工作情况比较接近，计算应力值比较符合实际，基本上能较准确的分析出连杆的受力情况，且能实时知道连杆各个节点的受力状况，从而可以分析计算出连杆所能承受的最大载荷及其分布部位。

1概述1.1有限元分析的优点动力工程中的动力机械，由于要完成各自独特的功能，一般都有着比较复杂的结构形状，其中有相当大一部分结构，其所处的工作条件也十分复杂。

采用传统的力学方法只能近似地反映其受力状况以及变形清况，远不能满足进一步分析的需要。

有限元法的出现，给动力机械的结构分析提供了一种可靠的理论计算方法。

有限元分析是一种预测结构的偏移与其它应力影响的过程，由于有限元法的一个独特的优点是可以求解结构形状和边界条件都相当任意的力学问题。

因此，有限元法在动力机械中得到了越来越广泛的应用，并取得了实际的效益。

有限元分析具有模型修改方便，计算速度快的特点，而且能够模拟一些难以用实验模拟的工况，计算结果对力学因素的反应不受到试样材料缺陷和加工质量的影响，因而评估结果更清楚。

1.2连杆的工作条件连杆是内燃机组成的重要传动零件之一，其作用是连接活塞与曲轴，将作用在活塞上的力传给曲轴，并将活塞所受的气体爆发力传给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，对外输出作功。

连杆工作的小端作往复运动，大端作旋转运动，杆身作复杂的平面运动，因此连杆的受力情况十分复杂。

连杆是承受负荷最严重的零件之一，同时承受着活塞传来的气体压力、往复惯性力和它本身摆动时所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化，易引起连杆疲劳破坏。

连杆简化模型的有限元分析一．个人任务1.连杆简化模型的静力学分析2.参数化研究与目标驱动优化设计二．分析所需数据见《汽车设计课程设计指导书》P6 明细三．连杆的实体模型和网络模型连杆简化实体模型连杆简化网络模型四．连杆原设计在各种接触条件下进行有限元分析后得到的变形图和应力图方案一：连杆小头里铜环壁施加均匀压强 P=52MPa载荷施加图小铜环与连杆小头在不同接触条件下的接触分析：1．bonded2. frictionless3.rough4. frictional_0.15 摩擦系数0.15最大值TotalDeformationEquivalentStressNormalStressTotalDeformation2TotalDeformation3均匀载荷0.084824mm 312.83MPa 246.05MPa 0.084447mm 0.080688mm轴承载荷0.083415 311.31 260.34在方案一的载荷情况下：在DS中进行拓扑优化方案二：连杆小头里铜环壁施加轴承载荷 X方向的力F=5*sqrt2*3*e-6*52*e6=1102.92N Bonded - Solid To Solid在方案二的载荷情况下：在DS中进行拓扑优化五．局部网格细化的研究方案一在施加均匀压力的条件下：方案二在施加轴承载荷的条件下：最大Total Equivalent Normal Total Total值Deformation Stress Stress Deformation2 Deformation3 均匀0.084824mm 312.83MPa 246.05MPa 0.084447mm 0.080688mm 载荷0.083415 311.31 260.34轴承载荷六．参数化研究和目标驱动的优化设计（在DS中进行优化设计）在DS仿真后建立DX模型进行测试，测试出在既定的形状下模型的最理想受载情况在进行目标驱动优化前，利用响应图查看整个系统的特性七．对设计结构进行修改取变量有铜环直径，连杆小头直径，连杆大头到连杆小头之间的距离优化后的受载情况：. ..八．具体分析操作中遇到的问题汇总1.建模过程中（DM 模型），要考虑在DS 模型中的成角度曲面的约束和施加载荷对连杆大头和小头进行扇形建模2.在建模的过程中为了构造用于施加约束和载荷的扇形曲面，在构造扇形的过程中要一个扇形一个扇形的建模，建模完一个扇形后，在准备建立下一个扇形以前，记得对已经建立的扇形模型进行冻结操作3.网格划分过程中，首先用的是整体自动网格划分，后来进行了局部细化网格分析，而细化网格的方法大致有两种，一个用的是Contact Sizing ，一个是Part Relevance ，自己对比分析两种方法4.在施加边界条件时发现，连杆小头里的铜环和连杆小头在不同的接触条件下仿真分析出来的结果很不相同，本人分别用了bounded, frictionless, rough, fritional (摩擦系数0.15)进行了对比分析5.对连杆小头里面铜环壁90°曲面的载荷施加，采取了两种对比分析，一是均匀压强载荷分析，一是轴承载荷分析，即在连杆轴线方向，离连杆小头轴心距离越远，受到的轴线方向的载荷越大，根据圆曲面的对称性求出了轴线方向，即X 方向的力F=1102.92N6.目标驱动优化分析（DOE ）中八．课程设计总结CAE 技术在汽车的设计和改善技术中的应用越来越多，仿真的方法越来越接近汽车在实际使用中的运行工况，从而改善了汽车的设计和完善水平，减少了实车实验的成本，缩短了整车开发的周期，能更快，更好的解决汽车在实际使用中的问题。

湘潭大学兴湘学院毕业设计论文题目：连杆机构的有限元分析全套设计，加153893706专业：机械设计制造及其自动化学号： 2010963028 姓名：指导教师：完成日期： 2014 年 5 月 25 日湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：连杆机构的有限元分析学号： 2010963028姓名：专业：机械设计制造及其自动化指导教师：系主任：一、主要内容及基本要求1、总结连杆机构设计方法研究和连杆机构研究的发展状况和发展趋势，在总结前人研究成果的基础上，结合当前的技术发展趋势，采用有限元方法来进行开展研究。

2、阐述学习理论基础，即瞬态动力学分析,简要论述瞬态参数,识别原理。

3、简要论述有限元方法和动力学分析的基本求解过程，建立连杆机构中的曲柄滑块机构的有限元模型，合理的确定曲柄长度及转速、连杆长度和转速，偏距，选定和创建单元类型，指点单元属性，创建铰链单元，采用瞬态动力学分析瞬态分析类型对其进行瞬态分析，与图解法进行比较，验证有限元瞬态求解功能。

4、联系工程实际，对受力连杆进行结构静力学学习。

二、重点研究的问题1、 ANSYS的线性静力分析2 、构建几何模型3、在三维铰链单元COMBIN7的创建4、单元类型选择和网络划分5、 ANSYS瞬态动力学分析和静力学分析三、进度安排四、应收集的资料及主要参考文献[1]高耀东，刘学杰.ANSYS机械工程应用精华50例（第三版）.- 北京：电子工业出版社，2011.[2]孙波.毕业设计宝典.-西安：西安电子科技大学出版社，2008.[3]温正，张文电.ANSYS14.0有限元分析权威指南.-北京：机械工业出版社，2013.[4]欧阳周，汪振华，刘道德.毕业论文和毕业设计说明书写作指南.-长沙：中南工业大学出版社，1996.[5]华大年，华志宏.连杆机构设计与应用创新.-北京：机械工业出版社，2008.[6]胡仁喜，康士廷.机械与结构有限元分析从入门到精通.-北京：机械工业出版社，2012.[7]李红云，赵社戌，孙雁.ANSYS10.0基础及工程应用.北京：机械工业出版社，2008.[8]唐家玮，马喜川.平面连杆机构运动综合.-哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995.[9]潘存云，唐进元.机械原理.-长沙：中南大学出版社，2011.[10]李皓月，周田朋，刘相新.ANSYS工程计算应用教程.-北京:中国铁道出版社，2003湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号2010963028 姓名谭磁安专机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目：连杆机构的有限元分析湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学号2010963028 姓名谭磁安专业机械设计制造及其自动化毕业论文77 页图表30 张目录摘要............................................................................................ 错误！未定义书签。

姓名：学号：班级：一，分析目的：连杆链接活塞和曲轴，活塞上的力传送给曲轴以输出功率。

连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还承受纵向和横向的惯性力。

因此，连杆在一个很复杂的盈利状态下工作。

它即受交变的拉件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能，又要求具有足够的刚性和韧性。

所以，在连杆外形、过度圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度。

二，材料参数：图中标注均为英寸作为单位，杨氏模量为E=30E6psi,泊松比为0.3。

连杆材料一般采用45钢、40Cr、20CrMnMo或者40MnB等调质刚。

三，结构参数：图1- 1汽车连杆的有限元分析，为骑车连杆几何模型，连杆的厚度为0.5in，中间部分轮廓为6个点形成的样条曲线，其他长度均在草图中有所表示。

图1- 1汽车连杆的有限元分析四，边界条件：力、位移高强度合金钢的应用并不能达到预期效果连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，它在柴油机中，把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。

连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。

连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。

连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。

为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。

轴瓦有钢质的底，底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。

在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。

连杆小头用活塞销与活塞连接。

小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。

五，具体流程：命令流：Finish $ /Clear/PREP7 !*入前处理器PCIRC,1.4,1,0,180, $ PCIRC,1.4,1,45,180, !*创建两个圆面/REPLOT,RESIZE/PNUM,KP,0 $/PNUM,LINE,0 $/PNUM,AREA,1 $/PNUM,VOLU,0 $/PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0 $ /PNUM,SV AL,0 $/NUMBER,0 $/PNUM,ELEM,0/REPLOTRECTNG,-0.3,0.3,1.2,1.8, $RECTNG,-1.8,-1.2,0,0.3, !* 创建两个矩形面FLST,2,1,8FITEM,2,6.5,0,0WPA VE,P51XCSYS,4PCIRC,0.7,0.4,0,180, $PCIRC,0.7,0.4,0,135, !*创建另两个圆面FLST,2,4,5,ORDE,2FITEM,2,1 $FITEM,2,-4AOVLAP,P51XFLST,2,2,5,ORDE,2FITEM,2,5 $FITEM,2,-6AOVLAP,P51XCSYS,0K, ,2.5,0.5,, $K, ,3.25,0.4,, $K, ,4,0.33,, $ K, ,4.75,0.28,, !*创建关键点CSYS,1FLST,3,6,3FITEM,3,5 $FITEM,3,6 $FITEM,3,7 $FITEM,3,21 $FITEM,3,24 $FITEM,3,22BSPLIN, ,P51X, , , , ,1,135,,1,45,, !*创建多义线LSTR,1,18 !*创建1和18之间的直线/PNUM,KP,0/PNUM,LINE,1 $/PNUM,AREA,1 $ /PNUM,VOLU,0 $ /PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0 $/PNUM,SV AL,0 $/NUMBER,0 $/PNUM,ELEM,0/REPLOT $LPLOTFLST,2,4,4FITEM,2,6 $FITEM,2,1 $FITEM,2,7 $FITEM,2,25AL,P51XLFILLT,36,40,0.25, , $LFILLT,40,31,0.25, , $LFILLT,30,39,0.25, , !*创建三个线倒角LPLOTFLST,2,3,4FITEM,2,10 $FITEM,2,12 $FITEM,2,13 !*由三个线倒角创建新的面AL,P51XFLST,2,3,4FITEM,2,15 $FITEM,2,17 $FITEM,2,19AL,P51XFLST,2,3,4FITEM,2,23 $FITEM,2,21 $FITEM,2,24AL,P51XAPLOTFLST,2,12,5,ORDE,2FITEM,2,1 $ FITEM,2,-12AADD,P51X/AUTO, 1/REP/PNUM,KP,0 $/PNUM,LINE,0 $/PNUM,AREA,0 $/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0 $/PNUM,TABN,0 $/PNUM,SV AL,0 $/PNUM,ELEM,0/REPLOTAPLOTCSYS,0FLST,3,1,5,ORDE,1FITEM,3,13ARSYM,Y,P51X, , , ,0,0FLST,2,2,5,ORDE,2FITEM,2,1 $FITEM,2,13AADD,P51XWPSTYLE,,,,,,,,0ET,1,SOLID45 !*材料MPTEMP,,,,,,,, $MPTEMP,1,0 $MPDA TA,DENS,1,,8000MPTEMP,,,,,,,, $MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,2.1e11 $MPDATA,PRXY,1,,0.3 !*弹性模量FLST,2,1,5,ORDE,1 !*拉伸体VEXT,2, , ,0,0,0.5,,,,MSHAPE,1,3D $MSHKEY,0 $CM,_Y,VOLU $VSEL, , , ,1 !*网格CM,_Y1,VOLU $CHKMSH,'VOLU' $CMSEL,S,_Y $VMESH,_Y1CMDELE,_Y $ CMDELE,_Y1 $ CMDELE,_Y2 $ /UI,MESH,OFFFINISH $ /SOL $ FLST, 2,4,5,ORDE,2 $ FITEM,2,27 !*对大圆内孔施加全约束FITEM,2,-30 $DA,p51x,ALL,FLST,2,2,5,ORDE,2 $FITEM,2,31 $ FITEM,2,-32 $ SFA,P51X,1,PRES,1000 !*对小圆内孔施加均布荷载1000/STA TUS,SOLU $SOLVE !*求解六，查看结果：图1- 2变形七，用新的知识，建立一条路径，让力和变形都映射在路径上。

XXXXX毕业设计（论文）摘要众所周知，发动机是汽车一切非简单部件中最重要的部件之一。

而曲轴连杆作为发动机转换能源的重要零部件，承担着将燃料化学能转换为机械能的重点工作。

其主要作用是将来自于活塞的力传递给曲轴，使活塞的往返运动转化为曲轴的旋转运动。

在发动机运行时，连杆承受着复杂的载荷，其受力主要包含来自于活塞的压力、活塞及其自身往复运动的惯性力，而且对于这些力的大小和方向，其特征都是周期性变化的。

所以，这就要求强度及刚度对连杆都要满足。

故而需要对发动机连杆进行强度分析及结构优化。

由于计算机的快速发展，采用计算机辅助分析的方法来研究机械结构在工程领域中已广泛使用。

ANSYS是一款通用性很强且功用非常强大的有限元分析软件，故本文以ANSYS14.0为核心对发动机连杆进行了有限元应力分析。

本论文主要做了如下工作：（1）使用UG10.0软件建立了连杆的三维模型，导入ANSYS14.0软件划分网格，得到有限元分析模型。

（2）对发动机连杆进行静力学分析，得到了连杆拉压工况的的应力云图和位移云图。

（3）结合连杆受力情况，对连杆进行了结构优化设计，使其在满足相同强度条件的情况下减少重量，以达到减小惯性力及材料的目标。

本文借助于大型有限元分析软件ANSYS14.0对发动机连杆进行有限元应力分析，验证了连杆的性能及研究了连杆强度计算和优化设计方法，从静力学方面判断出连杆工作的可靠性。

关键词：曲轴连杆，有限元，强度分析，优化IXXXXX毕业设计（论文）ABSTRACTAs we all know, engine is one of the most important parts of all the complex parts of automobile. Crankshaft connecting rod, as an important part of engine power conversion, undertakes the core task of converting fuel chemical energy into mechanical energy.Its main function is to transfer the force from the piston to the crankshaft, so that the reciprocating motion of the piston can be transformed into the rotating motion of the crankshaft. When the engine works, the connecting rod bears harsh working conditions and complex loads. The force mainly comes from the gas force of the piston, the inertia force of the piston and its reciprocating motion, and the magnitude and direction of these forces show periodic changes. Therefore, it requires the connecting rod to have enough strength and stiffness. Therefore, it is necessary to analyze the strength and optimize the structure of the engine connecting rod.Because of the rapid development of computer, the method of computer aided analysis has been widely used in the field of engineering. ANSYS is a very versatile and powerful finite element analysis software, so this paper takes ANSYS14.0 as the core to carry out finite element stress analysis of engine connecting rod.The main work of this paper is as follows:(1) The three-dimensional model of the connecting rod is established by UG10.0 software, and meshed by ANSYS14.0 software, the finite element analysis model is obtained.(2) Static analysis of engine connecting rod is carried out to check the correctness of finite element model and boundary conditions, and stress nephogram which is in accordance with actual working conditions is obtained.(3) Optimized design of the connecting rod in combination with the force of the connecting rod, so that the weight of the connecting rod can be reduced under theIIXXXXX毕业设计（论文）same strength condition, in order to achieve the purpose of reducing inertial force and material.In this paper, the finite element stress analysis of engine connecting rod is carried out by means of the large-scale finite element analysis software ANSYS14.0. The performance of the connecting rod is verified, the strength calculation and the optimization design method of the connecting rod are studied, and the reliability of the connecting rod is judged from the static aspect.KEY WORDS：crankshaft connecting rod, finite element, strength analysis, optimizationIIIXXXXX毕业设计（论文）目录摘要 (I)ABSTRACT ......................................................................................................................I I 目录 . (IV)第一章绪论 (1)1.1论文研究背景和意义 (1)1.2有限元法研究现状 (1)1.3发动机连杆有限元分析研究现状 (2)1.4本章小结 (3)第二章有限元分析基础 (4)2.1有限元法介绍 (4)2.1.1有限元法发展历史 (4)2.1.2有限元法基本理论 (5)2.1.3有限元法分析步骤 (7)2.2ANSYS软件介绍 (9)2.3本章小结 (9)第三章连杆的受力分析 (10)3.1连杆受载情况及参数 (10)3.1.1连杆受力分析 (10)3.1.2已知参数 (11)3.2燃气压力计算 (11)3.3惯性力计算 (12)IVXXXXX毕业设计（论文）3.5连杆最大压应力工况受力分析 (15)3.6本章小结 (16)第四章连杆应力有限元分析与结构优化 (17)4.1连杆三维模型的建立 (17)4.1.1 UG10.0软件介绍 (17)4.1.2建立连杆三维模型 (18)4.1.3三维模型的简化 (19)4.2有限元模型前处理 (22)4.2.1三维模型的导入 (22)4.2.2材料参数的设定 (24)4.2.2单元类型的选择及网格划分 (25)4.3连杆载荷施加及边界条件 (28)4.3.1连杆载荷处理与分布 (28)4.3.1.1载荷处理 (28)4.3.1.2连杆大小端拉应力加载 (29)4.3.1.3连杆大小端压应力加载 (31)4.3.2连杆位移边界条件的确定 (34)4.4运算及结果分析 (35)4.5连杆结构优化分析 (37)4.6.1连杆优化概述 (37)4.6.2连杆优化分析 (38)4.6本章小结 (40)第五章总结与展望 (41)5.1工作总结 (41)5.2工作展望 (42)参考文献 (44)VXXXXX毕业设计（论文）致谢 (46)毕业设计小结 (47)VIXXXXX毕业设计（论文）第一章绪论1.1论文研究背景和意义以往对发动机的主要组成部件的受力分析，只能靠传统力学计算方法，大致反映这些零件受力状态，因为这些零件受力复杂且形状不规则，比如活塞、连杆、气缸、曲轴等。

基于ANSYS的汽车发动机连杆性能分析作者：王鹏飞来源：《山东工业技术》2019年第11期摘要：本文用ANSYS软件对汽车发动机连杆进行了静力学分析和模态分析，建立了发动机连杆性能分析模型。

通过静力学分析，建立了发动机连杆的力学性能模型，得出了连杆总变形、定向变形、等效应力以及等效弹性应变分布情况。

通过模态分析，得出了发动机连杆模型的模态分布情况以及每一模态下的模态振型。

最后，综合得出了连杆的易变形位置，并提出了相应的防治措施，为高性能连杆的设计提供改良依据。

关键词：发动机连杆；ANSYS；有限元；静力学分析；模态分析DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2019.11.0030 引言汽车发动机连杆是发动机的重要零部件之一，它的性能影响着发动机整体结构的运动可靠性和工作稳定性。

发动机连杆的作用是把活塞与曲轴连接起来，把作用在活塞上的力传递给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动[2]，从而对外输出做功。

发动机连杆由大头、小头和杆身三部分构成。

与活塞销连接的部分称连杆小头，连杆小头与活塞一起做往复运动；与曲轴连接的部分称连杆大头，连杆大头与曲轴一起做旋转运动；连接小头与大头的杆部称连杆杆身。

发动机连杆的运动有上下运动以及左右摆动，从而形成复杂多变的平面运动。

因此，发动机连杆的受力情况也是复杂多变的，在工作过程中经常受到拉伸、压缩、弯曲和扭转等多种交变载荷的复杂应力的作用，工作环境恶劣。

如此复杂的应力作用容易造成发动机连杆的疲劳、磨损、弯曲甚至断裂，进而影响发动机正常工作[3]。

因此，对发动机连杆进行性能分析就显得尤为重要。

多数发动机连杆性能问题很难通过经典的弹性力学分析，进而求解微分方程而得到其解析解。

但基于ANSYS的有限元分析方法则可以避免求解微分方程。

基于此，本文用ANSYS软件对汽车发动机连杆进行了静力学分析和模态分析，建立了发动机连杆性能分析模型，为发动机连杆的改良设计提供一定思路。

基于ANSYS的汽车发动机连杆的有限元分析有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种应用数值计算方法的工程分析技术，可以用于解决各种工程问题。

在汽车发动机设计中，使用有限元分析可以帮助工程师了解和优化发动机组件的力学性能。

本文将基于ANSYS软件，介绍如何进行汽车发动机连杆的有限元分析。

一、建模和几何参数定义：在进行有限元分析之前，首先需要将连杆的几何形状转化为虚拟模型。

一般来说，使用CAD软件绘制连杆的草图，并根据设计要求对连杆进行几何尺寸和参数的定义。

对于汽车发动机连杆而言，常见的几何参数包括连杆长度、大端和小端直径、连杆的截面形状等。

在绘制草图时，应注意考虑到实际的工程要求和设计限制。

二、材料定义和材料力学参数：在有限元分析中，连杆的材料定义至关重要。

一般来说，连杆材料应具有优异的强度和刚度，以应对高速旋转和高温的工作环境。

一般常用的连杆材料包括铸铁、铝合金、钛合金等。

在模型中定义连杆的材料属性，常用的材料力学参数有弹性模量、泊松比、屈服强度和断裂韧性等。

这些参数将作为材料的基本力学性能指标，用于后续的有限元分析计算。

三、网格划分和单元选择：在进行有限元分析之前，需要将连杆的几何模型划分成一系列小的有限元网格。

这一步骤称之为网格划分。

在网格划分时，需要根据设计要求和实际需求选择适当的网格类型。

对于连杆而言，常用的网格类型有四面体网格、六面体网格和四边形网格等。

划分后的网格中的每个单元都将代表连杆的一个局部区域，通过对每个单元进行力学计算，可以得到连杆在整个工作过程中的承载能力和应力分布情况。

四、加载和边界条件定义：在有限元分析中，需要对模型施加适当的加载和边界条件来模拟实际工作情况。

对于汽车发动机连杆而言，常见的加载和边界条件有定常和动态载荷、热载荷和流体载荷等。

例如，在连杆的大端和小端分别施加适当的载荷，以模拟发动机工作时的受力情况。

同时，还需要定义边界条件，如固定轴承的位置，以模拟实际组装情况。

全套图纸加扣 3012250582曲轴连杆活塞组件虚拟样机的建立学院名称：机械工程学院专业班级：机械设计制造及其自动化0501 班学生姓名：号：学指导教师：2009 年6 月摘要柴油机的气缸、活塞、连杆、曲轴以及主轴承组成一个曲柄连杆机构。

柴油机通过曲柄连杆机构，将活塞的往复运动转换为曲轴的回转运动，使气缸内燃油燃烧所产生的热能转变为曲轴输出的机械功。

可见，曲柄连杆机构是柴油机重要的传力机构。

对其运动和受力情况进行分析和研究，是十分必要的。

这种分析研究既是解决柴油机的平衡、振动和总体设计等课题的基础，也是对其主要零部件在强度、刚度、磨损等方面进行计算和校验时的依据。

本文在曲柄连杆机构理论分析的基础上，利用多体动力学理论，三维造型软件Pro/E 及动力学分析软件ADAMS对内燃机曲柄连杆机构的动力学问题进行了虚拟样机仿真分析。

并以CT484Q柴油机为研究对象，在Pro/E中建立CT484柴油机曲柄连杆机构的虚拟样机模型，导入ADAMS中进行动力学分析，绘制出虚拟样机模型中各连接位置处受力仿真结果曲线。

通过本文的研究，展示了一种简捷、高效的机械设计分析手段，对今后同类型的研究乃至更大规模的仿真分析积累了一些经验。

本文的研究也可以为今后内燃机机构的造型、优化设计提供参考依据。

关键词：内燃机，曲柄连杆机构，ADAMS，虚拟样机，仿真AbstractThe Cylinder, piston, connecting rod, crankshaft and main bearings of diesel engine Compose of a crank-connecting rod mechanism. Through the crank-connecting rod mechanism, Diesel engine convert the piston reciprocating motion to the rotary movement of the crankshaft, and make the cylinder generated by fuel combustion energy into mechanical work output of the crankshaft. This shows that diesel engine crank linkage is an important body for transmission force. It is necessary to analysis and research its movement and force. This analysis is the foundation to solve the balance of diesel engine, vibration and overall design, It is the basis for validate and calculate the strength, stiffness, wear, etc.In this paper, based on the theoretical analysis of crank-connecting rod mechanism, use of multi-body dynamics theory, and use the three-dimensional modeling software, Pro/ E and the dynamic analysis software ADAMS to carry out crank and connecting rod for internal combustion engine body dynamics simulation of a virtual prototype simulation. And study CT484Q Diesel Engine, established linkage of the virtual prototype of diesel engine model In Pro/ E, then do dynamic analysis in ADAMS and draw the connection position of the power curve for the simulation result.Through this paper, the study demonstrated a simple and efficient means of mechanical design and analysis for future research as well as the same type of simulation analysis and accumulate some experience. The study of this paper can provide reference for the modeling and optimal design.Key words: Internal Combustion Engine, Crank-connecting rod mechanism, ADAMS, Virtual Prototyping目录第一章绪论··················································1.1 研究的意义···············································1.2 内燃机曲柄连杆机构的工作特点以及难点·····························1.3 国内外研究及手段···········································1.3.1计算机辅助设计（CAD）·····································1.3.2 多体动力学分析（MBS）···································1.3.3 有限元分析···········································1.3.4优化设计理论··········································1.4 主要研究内容和方法··········································第二章曲柄连杆机构的动力学理论分析·······························2.1 内燃机工作过程分析··········································2.1.1压缩始点气体状态·········································2.1.2压缩终点气体状态········································2.1.3燃烧过程及燃烧终点气体状态·································2.1.4膨胀终点气体状态········································2.2 曲柄连杆机构的运动分析·······································2.3曲柄连杆机构的动力学分析······································2.3.1曲柄连杆机构的质量换算····································2.3.2曲柄连杆机构的惯性力和惯性力矩······························2.3.3曲柄连杆机构的动力学分析··································2.4 内燃机工作过程计算··········································第三章曲轴连杆活塞组件的虚拟样机································3.1Pro/E 系统的建模原理及其特点····································3.1.1参数化设计············································3.1.2 特征建模的基本思想······································3.1.3全相关的单一数据库······································3.2 曲柄、连杆、活塞组件几何模型的建立以及装配··························3.2.1活塞组件的建模·········································3.2.2 连杆组建的建模········································3.2.3曲轴组件的建模·········································3.2.4曲轴连杆活塞组件的总装配···································第四章曲柄连杆机构的运动学和动力学分析·····························4.1ADAMS简介及其基本原理·······································4.1.1 运动学和动力学基本概念···································4.1.2 ADAMS中多刚体动力写方程的建立······························4.2ADAMS 中的运动学和动力学分析···································4.2.1 曲柄连杆机构刚体模型的转化和输入·····························4.2.2 曲轴轴系多刚体动力学仿真分析·······························第五章结论与展望·············································5.1 总结····················································5.2 展望····················································致谢························································参考文献·····················································附录·························································第一章绪论1.1研究的意义内燃机是目前世界上应用最广泛的热动力装置，自1860年法国人设计出第一台煤气发动机以来，内燃机无论是在结构上还是在性能上都较以前有了很大的进步。