连杆受力分析

图4-1 活塞组合 1—活塞 2—活塞销 3—挡圈 4—气环 5—油环 4 曲柄连杆机构的受力分析4.1 曲柄连杆机构的组成摩托车发动机的曲柄连杆机构由活塞、活塞环、活塞销、连杆、大小头轴承、曲轴等组成。

4.1.1 活塞组合活塞组合由活塞、活塞环、活塞销、活塞销挡圈等组成，见图4-1。

它的功能是：1）承受气缸中可燃混合气燃烧产生的压力，并将作用力通过活塞销传给连杆，带动曲轴旋转。

2）活塞顶部与气缸盖组成燃烧室。

3）通过安装在其上的活塞环，保证气缸的密封性。

4.1.1.1 四行程发动机活塞四行程发动机活塞的顶面呈平面形，且对应于进、排气门之处加工有凹坑，以避免在运动中与进、排气门相干涉，在顶面有“IN ”标记表示进气侧，保证活塞安装时的方向。

在活塞槽部通常设有两道气环、一道油环。

在油环槽周围，设置有许多回油小孔，安装油环后，能刮去缸壁上多余的润滑油（见图4-2）。

有些活塞在油环槽下再加工一个较浅的环形槽，其上也加工回油小孔。

四行程发动机活塞所有环槽上都无需有定位销孔，原因是四行程发动机的气缸上无气口，活塞环运动时不会产生干涉现象。

为适应活塞在高温、高压、高速条件下工作，活塞通常多采用质量轻、导热性好的高铝合金来制造。

有些活塞表面还进行镀锡处理，以提高其磨合性。

4.1.1.2 活塞环 四行程活塞裙部较短，并无需做有缺口，因四行程发动机的进、排气道没有气缸盖上。

但有时为避免与曲轴相撞，并为增加裙部弹性及减小活塞质量，在受力不图4-2 四行程汽油机的活塞1—气门坑 2—回油孔 3—裙部缺口大的沿销孔方向两侧，从底部各开一个浅而长的圆弧形缺口。

活塞环的功能是：1）密封气缸与活塞间的间隙，防止漏气。

2）刮去气缸壁上多余的机油。

3）把活塞的热量传递给气缸体散发。

活塞环应具有良好的密封性，在高温、高压、和高速的工况下，具有良好的弹度、弹性和耐磨性；此外，并应有良好的磨合性与加工性。

为适应这些要求，活塞环的材料多选用合金铸铁。

1．连杆受力及其特征：1.)四冲程内燃机连杆在整个工作循环中时而受压，时而受拉，二冲程内燃机的连杆则几乎是一直受压；2.)连杆的摆动使杆身产生惯性力矩并使连杆受弯；3.)主副连杆机构中的副连杆的作用力产生附加弯矩2．设计连杆时注意：1.)应从疲劳强度的角度来考虑连杆的强度设计，几乎所有连杆因强度问题而出现的事故均系耐疲劳强度下不足所致；2.)应保证连杆有足够的刚度，特别应避免连杆大、小端孔的变形过大，以保证轴瓦与衬套能可靠工作，同时应力求减小给连杆螺栓增加附加弯曲应力；3.)保证连杆大、小端轴瓦和衬套可靠工作、足够的耐磨性和抗疲劳性，以适应柴油机不断提高功率和降低维护保养费用，延长检修期的需要。

3．平切口连杆大端：连杆大端盖的剖分面与连杆中心垂直。

杆身与大端盖之间用连杆螺栓联接。

平切口结构连杆大端的曲柄销尺寸范围为dp≤(0.65-0.72)D。

尽管这种大端结构及制造工艺均甚为简单，且仍广泛应用于高、中速内燃机中，但由于曲柄销径的增大受到限制，这种结构难以用于高参数的柴油机中。

4．斜切口连杆大端：当连杆的接合面宽度K相同时，斜切口式连杆大端可以按排较大的连杆轴颈，而仍能保持由气缸中抽出活塞连杆组的优点。

通常斜切口连杆大端许可安排下的连杆轴颈为dp≤0.85D.5．连杆大端盖：1.)梳齿形断面：结构轻，刚度较均匀，但加工困难、成本高，只能用于轻型高速柴油机；2.)双筋式：刚度亦较均匀，由于大端盖筋的方向与杆身上工字形断面肋片方向垂直而不便与连杆体用同一幅锻模制造；3.)T型断面：结构简单，易于锻造和机械加工，在中、高速柴油机中应有较多；4.)工字形断面：结构合理，适合于铸钢毛坯，多用于中低速柴油机6．连杆小端结构的优缺点：1.)锻造毛坯的连杆，表面有7-10度的拔模角，通常在模锻之后外表不再机械加工，广泛用于强载度不高，大批量生产的，尺寸不大的产品中；2.)自由锻毛坯经车削加工而成，小端呈球形，杆身多呈圆柱形，工艺简单，结构笨重，适用于小批量生产的中低速柴油机；3.)在于增加小端顶部中央截面的抗弯能力；4.)可以分别增加连杆小端及活塞销座的主要承压面，许多强载度较高的柴油机连杆采用；5.)二冲程高速柴油机的连杆小端，其特点在于衬套内表面有螺旋形布油槽，能向连杆小端轴承内表面供应较充分的润滑油。

连杆受力分析
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四连杆受力分析
不计摩擦时机构的受力分析根据机构所受已知外力（包括惯性力）来
确定个运动副中的反力和需加于该机构上的平衡力。

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对机构来说是内力，必须将机构分解为若干个杆组，然后依次分析。

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惯性力相平衡的未知外力（矩）相平衡的未知外力（矩）已
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独立的力平衡方程式的数目.。

四连杆受力分析不计摩擦时机构的受力分析根据机构所受已知外力（包括惯性力）来确定个运动副中的反力和需加于该机构上的平衡力。

由于运动副反力对机构来说是内力，必须将机构分解为若干个杆组，然后依次分析。

平衡力（矩）一一与作用于机构构件上的已知外力和惯性力相平衡的未知外力（矩）相平衡的未知外力（矩）已知生产阻力平衡力（矩）一一求解保证原动件按预定运动规律运动时所需要的驱动力（矩）已知驱动力（矩）平衡力（矩）一—求解机构所能克服的生产阻力一.构件组的静定条件——该构件组所能列出的独立的力平衡方程式的数目.§3-4不计摩擦时机构的受力分析根据机构所受已知外力（包括慣性力）来确定个运动副中的反力和需加于该机构上的平衡力乜由于运动副反力对机构来说足内力，必须将机构分解为若干个杆组，然后依次分析多沪宰術力r«j ——与作用于机已知外力A18K力相平飯的未知外力（更）已知生产阻力平衡力（矩）——求解保证原动件按预定运动规律运动时所需要的驱动力（矩）已知驱动力（矩）■平衡力（矩）——求解机构所能克服的生产阻力r 构件组的静定条件——孩脚件组所能则出的独P 的力平痢疗程式的數目.用等于构件塑中險有力曲未知嬰素的数目。

豪丈首力毕衡方烈丸的it 貝=所有力召来知要盍的撤口 *2）移动副 ——（2个）{-大*b ----- ?方向——垂直移动导路 柞用A ——？3）平面高副——（1个）「九 J* ?F ff :方匀一法线I 作用点——挟*k 点2•榔件t 运动聞中反力的未初里索"转动副——（2个）[X.4* ----- ?方甸——？杵用点——转动副中心A设某构件组共有H个构件.丹个低副.几个高副>一个构件可以列出s个独立的力平衡方程，用个构件共有佝个力平衡方程>一个平面低副引入2个力的未知数，的个低副共引入切彳个力的未知数>—个平面高副引入1个力的未知数.几个低副共引入几个力的未知数轲件《Li6奮龙秦件』| 3“匚2巧;耳而当构件组仅有低副时，则为* 3/f = 2P f结怡：空本杆组寿满足#岌条件二.用图解法作机构的动态静力分析步骤:1）对机构进行运动分析，求出个构件的。

连杆机构的动力学分析与优化设计连杆机构是一种常见的机械传动装置，它由若干个连杆组成，通过铰链连接在一起。

连杆机构广泛应用于各个领域，如发动机、泵浦、机床等，对于实现复杂运动和力学传递起到重要的作用。

本文将对连杆机构的动力学分析与优化设计进行探讨。

一、连杆机构的动力学分析连杆机构的动力学分析是研究其运动规律和受力分布的过程。

在动力学分析中，我们可以通过构建连杆机构的运动学方程和受力方程来描述其运动和受力情况。

1. 运动学方程运动学方程描述了连杆机构中各个连杆的位置和速度之间的关系。

通过连杆机构的几何形状和运动特点，我们可以推导出各个连杆的位置和速度方程。

运动学方程的求解可以帮助我们了解连杆机构的运动规律和运动参数。

2. 受力方程受力方程描述了连杆机构中各个连杆受力的情况。

通过对各个铰链点的受力平衡条件的分析，我们可以得到连杆机构中各个连杆的受力方程。

受力方程的求解可以帮助我们了解连杆机构中各个连杆的力学特性，为优化设计提供基础。

二、连杆机构的优化设计连杆机构的优化设计旨在提高其性能和效率。

在连杆机构的优化设计中，我们可以从以下几个方面进行改进。

1. 结构优化连杆机构的结构优化包括选取合适的连杆尺寸和形状，以及确定连杆的连接方式。

通过对连杆机构结构的优化设计，可以减小其重量和体积，提高其刚度和强度，从而提高整个机构的性能。

2. 运动特性优化连杆机构的运动特性优化包括提高其运动平稳性和运动精度。

在优化设计过程中，可以通过调整连杆的长度比例和位置布局，以及选用合适的铰链点来改善连杆机构的运动特性。

运动特性优化可以使连杆机构实现更加精确和稳定的运动。

3. 动力优化连杆机构的动力优化包括提高其传动效率和降低能耗。

在优化设计过程中，可以选用合适的传动形式和传动参数，以及减小传动过程中的能量损失来改善连杆机构的动力性能。

动力优化可以提高连杆机构的整体效率，并减少对能源的消耗。

三、连杆机构的应用领域连杆机构广泛应用于各个领域，如发动机、泵浦、机床等。

ANSYS课程设计连杆实例的受力分析一.问题描述厚度为0.5英寸的汽车连杆在小头孔周围90度处承受P=1000psi的表面载荷。

用有限元法分析了连杆的应力状态。

连杆材料性能:模量E=30×106psi，泊松比0.3。

因为连杆的结构是对称的，所以只能进行一半的分析。

采用自底向上的建模方法，采用20节点SOLID95单元进行划分。

二、具体操作流程1.定义工作文件名和工作标题。

2.生成两个圆环体。

⑴生成圆环:主菜单>预处理器>模型创建>面积圆>按尺寸，其中RAD1=1.4，RAD2=1，θ1 = 0，θ2 = 180，单击应用，输入θ1 = 45，然后单击确定。

⑵打开“面编号”控件，选择“区域编号”作为“打开”，然后单击“确定”。

3.生成两个矩形。

⑴生成矩形:主菜单>预处理器>模型创建>面积矩形>按尺寸，输入X1=-0.3，X2=0.3，Y1=1.2，Y2=1.8，点击应用，然后分别输入X1=-1.8，X2=-1.2，Y1=0，y2 = 0。

⑵平移工作平面:工具菜单>工作平面>偏移WP to > XYZ位置，在ANSYS输入窗口的charm输入行中输入6.5，按Enter键确认，然后单击确定。

⑶将工作平面坐标系转换为活动坐标系:工具菜单>工作平面>将活动坐标系更改为>工作平面。

4.生成圆环体并执行布尔运算。

⑴⑵进行面对面折叠操作，结果如图。

5.生成连杆体。

⑴激活直角坐标系:工具菜单>工作平面>将活动坐标系更改为>全局笛卡尔坐标系。

⑵定义四个新的关键点:主菜单>预处理器>创建>关键点”在Active CS中，在对话框中输入X=2.5，Y=0.5，点击应用；；X=3.25，Y=0.4，点击应用；；X=4，Y=0.33，点击应用；；X=4.75，Y=0.28，点击确定。

⑶激活全局坐标系:工具菜单>工作平面>将活动坐标系更改为>全局圆柱坐标系。

稳定杆连接杆受力分析
稳定杆连接杆的受力分析可以采用静力学的方法进行求解。

一般来说,我们需要先确定各个部件的几何形状、材料及其所受的外力,然后利用平衡方程和杆件内力平衡条件求解出连接杆所受的力。

具体步骤如下：
1. 绘制连接杆的受力图,包括受力点和所受力的方向。

2. 利用静力平衡方程,根据受力图的几何形状和所受外力,建立平衡方程。

求解出连接杆所受的水平力和竖直力的大小。

3. 利用杆件内力平衡条件,确定连接杆所受的拉力或压力。

根据杆件的受力状态来确定拉力的方向或者压力的方向。

4. 最后,检查所得结果的合理性,如所得的内力是否满足杆件的强度要求,所有的受力方向是否符合静力平衡条件等。

总之,连接杆的受力分析需要综合考虑几何形状、材料特性以及受力条件等多种因素。

连杆受力分析实例1、问题描述如图4-2所示为汽车连杆的几何模型，连杆的厚度为0.5m，在小头孔的内侧90°范围内承受P=1000N的面载荷作用，利用有限元分析该连杆的受力状态。

由于连杆的架构和载荷均对称，因此在分析时只要采用一半进行分析。

采用由底向上的建模方式，有20节点的SOLID95单元划分网格并用PCG求解器求解。

3、操作步骤（1）定义工作文件名和工作标题①定义工作文件名：执行Utility Menu > File > Change Jobname命令在对话框【Change Jobname】中输入“c-rod”并选择【New log and error files】复选框，单击OK按钮。

②定义工作标题：Utility Menu > File > Change Title,在对话框【Change Title】中输入“The Stress calculating of c-rod”，单击OK按钮。

（2）定义单元类型及材料属性①设置单元类型：Main Menu > Preprocessor > ElementType >Add/Edit/Delete，在【Element Type】对话框中单击Add...按钮，在之后的【Labrary of Element Type】对话框中选择“Not Solved”和“Mesh Facet 200”选项，单击Ok按钮。

②设置单元选项：单击【Element Type】对话框中的Options...按钮，在【MESH200 element type option】设置“K1”为“QUAD 8-Node”，单击OK按钮。

单击Add...按钮，在【Labrary of Element Type】中选择“Structural Solid”和“Brick 20node95”选项，单击Ok按钮，单击Close按钮。

③设置材料属性：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models，在【Define Material Models Behavior】窗口中双击【Material Model > Available】列表中的“Structural﹨Linear﹨Elastic﹨Isotropic”选项，在弹出【Linear Isotropic Material Properties For Material Number 1】对话框中输入“EX=30e6，PRXY=0.3”，单击OK按钮，执行Material > Exit命令，完成材料属性的设置。

1．连杆受力及其特征：1.)四冲程内燃机连杆在整个工作循环中时而受压，时而受拉，二冲程内燃机的连杆则几乎是一直受压；2.)连杆的摆动使杆身产生惯性力矩并使连杆受弯；3.)主副连杆机构中的副连杆的作用力产生附加弯矩2．设计连杆时注意：1.)应从疲劳强度的角度来考虑连杆的强度设计，几乎所有连杆因强度问题而出现的事故均系耐疲劳强度下不足所致；2.)应保证连杆有足够的刚度，特别应避免连杆大、小端孔的变形过大，以保证轴瓦与衬套能可靠工作，同时应力求减小给连杆螺栓增加附加弯曲应力；3.)保证连杆大、小端轴瓦和衬套可靠工作、足够的耐磨性和抗疲劳性，以适应柴油机不断提高功率和降低维护保养费用，延长检修期的需要。

3．平切口连杆大端：连杆大端盖的剖分面与连杆中心垂直。

杆身与大端盖之间用连杆螺栓联接。

平切口结构连杆大端的曲柄销尺寸范围为dp≤(0.65-0.72)D。

尽管这种大端结构及制造工艺均甚为简单，且仍广泛应用于高、中速内燃机中，但由于曲柄销径的增大受到限制，这种结构难以用于高参数的柴油机中。

4．斜切口连杆大端：当连杆的接合面宽度K相同时，斜切口式连杆大端可以按排较大的连杆轴颈，而仍能保持由气缸中抽出活塞连杆组的优点。

通常斜切口连杆大端许可安排下的连杆轴颈为dp≤0.85D.5．连杆大端盖：1.)梳齿形断面：结构轻，刚度较均匀，但加工困难、成本高，只能用于轻型高速柴油机；2.)双筋式：刚度亦较均匀，由于大端盖筋的方向与杆身上工字形断面肋片方向垂直而不便与连杆体用同一幅锻模制造；3.)T型断面：结构简单，易于锻造和机械加工，在中、高速柴油机中应有较多；4.)工字形断面：结构合理，适合于铸钢毛坯，多用于中低速柴油机6．连杆小端结构的优缺点：1.)锻造毛坯的连杆，表面有7-10度的拔模角，通常在模锻之后外表不再机械加工，广泛用于强载度不高，大批量生产的，尺寸不大的产品中；2.)自由锻毛坯经车削加工而成，小端呈球形，杆身多呈圆柱形，工艺简单，结构笨重，适用于小批量生产的中低速柴油机；3.)在于增加小端顶部中央截面的抗弯能力；4.)可以分别增加连杆小端及活塞销座的主要承压面，许多强载度较高的柴油机连杆采用；5.)二冲程高速柴油机的连杆小端，其特点在于衬套内表面有螺旋形布油槽，能向连杆小端轴承内表面供应较充分的润滑油。