4110柴油机连杆设计及有限元分析

毕业设计任务书学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级指导教师姓名职称讲师从事专业车辆工程是否外聘否题目名称4110柴油机连杆设计及有限元分析一、设计（论文）目的、意义连杆是发动机中传递动力的重要组件，它在工作中承受各种复杂的、周期性变化的拉、压及惯性力等外载荷，即使是同一类型的连杆，由于每根连杆的物理参数、几何形状也存在差异，在分析连杆的应力和应变时，要考虑这些不确定的因素，这样才能得到更符合实际的结果。

目前，有限元法已成为工程技术领域中不可缺少的一个强有力的计算分析工具，是研究发动机连杆的应力、应变的应用中最常用的方法。

该方法较用传统的材料力学公式计算的结果更为精确。

二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）设计内容：在给定发动机参数的基础上设计连杆，在PRO/E软件平台上建立零件的等比例物理模型，利用有限元ANSYS软件，研究其应力、应变状态及其危险部位。

技术要求：在有限元分析中，科学的力学模型、准确的边界条件约束决定着分析结果的准确度。

考虑连杆应力计算中载荷施加的均匀性、对称性和准确性对杆身、大端和小端过渡区的应力计算结果有很大的影响。

三、设计（论文）完成后应提交的成果（一）计算说明部分1.连杆小头的结构和结构设计2.连杆杆身的结构和结构设计3.连杆大头的结构设计4.连杆螺栓的结构设计5.主要部件校核６．设计说明书一份（1.5万字以上）（二）图纸部分CAD总装配图1张,Pro/E,Ansys图若干张四、设计（论文）进度安排第1－２周选题、领取任务书，调研，搜集资料，撰写开题报告；第３～5周根据发动机参数设计连杆；第6～8周绘制连杆总装配图，中期答辩；第9～13周利用Pro/E建立模型，Ansys分析，并撰写设计说明书；第14周完善设计并提交指导教师审核；第15-16周更改并最终完成设计，准备答辩；第17周毕业答辩。

五、主要参考资料[1] 网络类中国机械CAD论坛等[2] 期刊类中国期刊网等[3] 书籍类连杆设计、PRO/E、Ansys图书等六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日。

发动机连杆有限元分析总结心得体会
发动机连杆的有限元分析是一种常用的工程分析方法，它可以帮助工程师们了解连杆的强度和刚度等性能指标，在设计和优化连杆结构时提供技术支持。

在有限元分析中，我们可以对连杆进行静态和动态载荷分析，确定应力和变形分布，找出潜在的弱点和失效模式，在此基础上进行结构优化，提高连杆的可靠性和寿命。

在进行连杆有限元分析时，需要注意以下几点：
1. 应该选择合适的有限元模型，采用三维和四节点六面体单元可提高分析精度；
2. 确定载荷和边界条件，包括离心力、摩擦力、惯性力等，同时考虑各种工况下的载荷变化；
3. 设置材料模型和材料参数，包括弹性模量、泊松比、损伤指数等；
4. 分析应力应变分布情况，找出潜在的失效点，并对连杆进行优化改进；
5. 结果应该进行验证和修正，通过实验验证准确性和可靠性；
6. 结果应该进行优化和控制，保证满足设计标准和工作要求。

在连杆有限元分析中，需要使用专业的有限元分析软件，例如ANSYS、ABAQUS等。

同时，需要掌握有限元分析理论和技术，具备材料力学、结构力学和计算机编程等方面的知识和技能。

总之，连杆有限元分析是一种重要的工程分析方法，可以帮助工程师们优化连杆结构、提高产品质量、降低生产成本，是工程设计和制造过程中不可或缺的分析工具。

连杆机构的有限元分析方法连杆机构的有限元分析方法连杆机构是一种常见的机械结构，由多个连杆和铰链连接而成，广泛应用于各行各业的机械装置中。

在设计和优化连杆机构时，有限元分析是一种有效的方法，可以帮助工程师评估其性能和稳定性。

以下是连杆机构有限元分析的一些步骤和方法。

第一步：建立模型在进行有限元分析之前，需要建立连杆机构的几何模型。

这可以通过计算机辅助设计（CAD）软件完成，将连杆和铰链的几何形状和尺寸输入到软件中。

第二步：离散化离散化是指将连续的结构模型分割为有限数量的单元，以便进行有限元分析。

常用的单元类型包括三角形、四边形单元或六面体等。

根据具体的连杆机构结构，选择合适的单元类型进行离散化。

第三步：确定材料属性和边界条件根据实际情况，为连杆和铰链分配合适的材料属性，如弹性模量、泊松比、密度等。

此外，还需要确定边界条件，如约束和外部载荷。

约束是指限制杆件的运动范围，外部载荷是指施加在连杆上的力或力矩。

这些参数对于分析连杆机构的性能至关重要。

第四步：求解有限元方程将连杆机构的模型和边界条件输入有限元分析软件中，通过求解有限元方程来计算连杆机构的应力、位移和变形。

有限元方程是通过应变能原理和位移函数推导得到的。

第五步：评估结果根据有限元分析的结果，评估连杆机构的性能和稳定性。

例如，可以通过应力和位移分布来判断杆件是否会发生破坏或变形。

此外，还可以计算杆件的刚度、自然频率和振动模态等参数。

第六步：优化设计如果连杆机构的性能不符合要求，需要进行设计优化。

可以通过改变连杆和铰链的尺寸、形状或材料来改善连杆机构的性能。

再次进行有限元分析，评估优化后的连杆机构是否满足设计要求。

综上所述，有限元分析是一种对连杆机构进行性能评估和优化设计的有效方法。

通过逐步完成建模、离散化、确定材料属性和边界条件、求解有限元方程、评估结果和优化设计等步骤，可以提高连杆机构的设计质量和工作效率。

摘要柴油机在现代动力机械中起着重要的作用。

为了解和研究柴油机的总体结构及其动力性能，本次毕业设计涉及到“4110型柴油机总体设计”。

文中详细地阐述了柴油机的机体组件、活塞连杆机构、配气机构、燃油系统、润滑系统、冷却系统、电气系统等七大系统的设计重点。

理解柴油机工作原理、过程，并参照4110型柴油机原型及主要参数进行了柴油机的总体布局设计。

通过热力、动力计算及使用情况的分析，对4110型柴油机提出了合理的建议并进行改进。

经过改进，柴油机的动力性能和经济性能得以提升，以适应需求。

此次毕业设计的选题意义在于提倡使用动力性能更好和节能环保的柴油机。

关键词：4110；柴油机；总体设计；改进；性能AbstractDiesel engine plays an important role in modern power machinery. In order to make a further research of diesel engine, this paper is mainly concerned with the system design of 4110 type diesel engine. It is within the significant designing of airframe components、piston and crank mechanism、modified atmosphere mechanism、fuel system、lubricating system、cooling system and electrical system in detail. With the better understanding of diesel engine working principle and process or 4110 type diesel engine primary form and main parameters, the general layout design can be conducted as soon as possible. What is more, through the analysis of heat calculation、power calculation and uers′ feedback, reasonable su ggestions for the 4110 type diesel engine are put forward and then improved. As a result, power performance and economic performance are enhanced to meet demand for use. The important significance presented in this paper lies in advocating to use better power performance、energy conservation and environmental protection in diesel engine.Key Words：4110; diesel engine; system design; improvement; performance目录摘要 (I)Abstract (I)引言 (1)第一章4110型柴油机的工作原理及应用范围 (4)第二章4110型柴油机的总体设计 (10)第三章4110型柴油机的结构设计 (13)3.1 机体组件设计 (13)3.2 曲柄连杆机构设计 (16)3.3 配气机构和进排气系统设计 (25)3.4 燃油系统设计 (32)3.5 润滑系统设计 (35)3.6 冷却系统设计 (38)3.7电气起动系统设计 (40)第四章4110型柴油机改进建议 (42)结论 (43)参考文献 (44)附录A 热力计算 (45)附录B 动力计算 (55)致谢 (85)引言柴油机是一种功率范围广、可适应各种不同要求的动力机，较汽油机相比较，有其突出的特点。

连杆的设计和有限元分析连杆是一种常见的机械传动元件，用于将机械运动传递给其他部件。

其设计和有限元分析是确保连杆能够安全有效地工作的重要步骤。

本文将主要介绍连杆的设计和有限元分析。

首先，根据传动的要求确定连杆的工作载荷，包括径向力、切向力和弯曲力等。

根据这些载荷，可以计算出连杆的最大载荷和加速度。

其次，在确定连杆的最大载荷后，需要根据材料的强度和韧性来选择合适的材料。

常用的连杆材料包括钢、铝合金和铜合金等。

根据材料的强度和韧性，可以计算出连杆的最大应力和应变。

然后，根据最大载荷和材料性能计算出连杆的尺寸。

连杆的尺寸包括长度、直径和孔径等。

通过对连杆进行强度计算，可以确保其不会发生破坏或变形。

最后，设计完成后，可以制作连杆的CAD模型，用于制造和装配。

有限元分析是一种常用的工程分析方法，可以用于模拟材料和结构的行为。

在连杆的设计中，有限元分析可用于评估连杆的强度和刚度等性能。

以下是使用有限元分析进行连杆分析的主要步骤：首先，根据设计完成的CAD模型，将连杆的几何形状转换成有限元模型。

连杆可以被分解成多个有限元单元，例如梁单元或壳单元。

每个有限元单元都与相邻的单元相连，形成整个连杆的有限元模型。

其次，应用适当的边界条件和载荷，在有限元模型中模拟工作载荷和运动条件。

这些载荷和边界条件可能包括沿连杆的节点施加的力或位移。

然后，使用适当的材料力学模型，在有限元模型中定义材料的性能。

这包括材料的弹性模量、屈服强度和断裂韧性等。

根据材料模型，有限元分析可以计算出连杆在应力和应变下的响应。

最后，根据有限元模型的分析结果，评估连杆的强度和刚度等性能。

如果连杆的应力或应变超过了材料的极限，表明设计存在缺陷，需要进行修改。

除了强度和刚度分析外，有限元分析还可以对连杆进行模态分析和动力学分析等，以评估其固有频率和响应。

总结起来，连杆的设计和有限元分析是确保连杆能够安全有效地工作的重要步骤。

通过正确的设计和分析，可以确保连杆的强度和刚度等性能，从而满足传动的要求。

浅谈柴油机连杆强度的有限元分析发表时间：2020-01-15T14:42:33.973Z 来源：《科学与技术》2019年17期作者：刘保林[导读] 有限元分析是柴油机零部件结构强度分析中一种实用、可靠的方法【摘要】有限元分析是柴油机零部件结构强度分析中一种实用、可靠的方法。

以某柴油机连杆为研究对象，对其建立实体模型，并利用有限元分析的软件平台，对连杆强度进行分析。

在应用有限元方法对柴油机连杆进行静力分析过程中，研究连杆在最大受压状态和最大受拉状态的两个极限受力状态情况，为连杆的改进和设计提供可靠的依据。

【关键词】连杆；有限元；静力分析；柴油机在工作过程中，连杆将活塞的直线往复运动转化为曲轴的回转运动，将气缸内气体对活塞做的功传递给曲轴并以扭矩向外输出功。

活塞承受来自汽缸内作用在活塞上的气体压力及活塞连杆组的惯性力，其大小和方向随曲轴转角呈周期性变化。

本文主要校核某柴油机连杆的结构强度，把连杆看作一受压的直杆，并且可以简化成一受压的二力杆，通常选择连杆最大受压状态及最大受拉状态作为两个极限受力状态。

本次计算是以曲柄为研究对象，根据柴油机工作过程的动力学计算，可知，连杆受拉最严重的是在排气冲程上止点，受压最严重的是在发火瞬间。

1 有限元模型的建立1.1 实体模型的建立在进行柴油机连杆有限元分析时，首先要建立与实际情形相符合的力学模型、载荷和约束边界条件，才能达到比较满意精度的计算结果。

有限元计算是基于结构的三维实体模型进行的，因此对连杆进行三维实体建模，建立有限元分析的几何模型。

1.2 有限元模型的建立连杆材料是钢 42CrMo-Gb3077-82，屈服强度为930 MPa；抗拉强度为1 080 MPa。

设立各个区域最小单元长度，由有限元分析软件自动划分了7479个单元13084个节点。

边界约束条件如后面的计算模型图示，由于只讨论连杆受拉受压最严重的两种情况，所以模拟计算时转化为静力分析，视连杆为二力杆，约束条件都加在连杆大端，在小端施加外载荷。

分类号密级毕业设计(论文)连杆的设计和有限元分析所在学院机械与电气工程学院专业机械设计制造及其自动化班级11机自x班姓名学号指导老师2015年 3 月31 日摘要连杆组由连杆体、连杆大头盖、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓（或螺钉）等组成。

连杆组承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复惯性力的作用，这些力的大小和方向都是周期性变化的。

因此连杆受到压缩、拉伸等交变载荷作用。

连杆必须有足够的疲劳强度和结构刚度。

疲劳强度不足，往往会造成连杆体或连杆螺栓断裂，进而产生整机破坏的重大事故。

若刚度不足，则会造成杆体弯曲变形及连杆大头的失圆变形，导致活塞、汽缸、轴承和曲柄销等的偏磨。

关键词：连杆，强度AbstractThe link group comprises a connecting rod, the connecting rod cover, connecting rod bushing, connecting rod bearing and rod bolts (or screws). The connecting rod group under gas force piston pin came and its swing and piston reciprocating inertia forces, the magnitude and direction of these forces are cyclical changes. The connecting rod by compression, stretching and alternating load. The connecting rod must have enough fatigue strength and structural stiffness. The fatigue strength is insufficient, often caused by fracture of connecting rod or the connecting rod bolt, resulting in destruction of the major accident. If the lack of rigidity, it will cause deformation of round rod bending deformation and the connecting rod, piston, cylinder, cause partial grinding bearing and crank pin.Key Words: rice thresher threshing; improved design;目录摘要 (II)Abstract (III)目录 ...................................................................................................................................... I V 第1章绪论 (6)第2章连杆设计方案 (6)2.1 连杆工作原理 (6)2.2连杆总体设计 (6)2.2.1连杆的类型定位 (5)2.2.2 连杆的整机结构及选择 (7)2.2.3 连杆连杆的工作流程 (9)第3章连杆结构设计 (11)3.1 连杆设计 (13)3.2 连杆配件设计 (110)第4章有限元分析 (111)4.1 有限元简介 (112)4.1.1 有限元强度分析简介 (112)4.1.2 有限元模态分析简介 (112)4.2 前处理 ................................................................................... 1错误！未定义书签。

4110柴油机总体设计调研报告一、前言柴油机的发展已经有一百多年的历史，给人类的生产、生活带来了非凡的便利，也给人类社会的发展提供了不同凡响的动力。

柴油机的压缩比高，热效率高，其燃料消耗量比汽油机低30%~40%，加上车用柴油与车用汽油相比加工成本又低5%，随着世界各国对汽车节能的普遍重视，汽车发动机向柴油机化发展已是全球汽车工业发展的大趋势。

柴油机的总体设计包括产品发展战略决策研究，设计指标确定，主要结构参数选择，工作系统设计绘制纵横剖面图和各种配套代表性机型的外形布置图等方面的工作。

只有完成这些带有策略意义工作，并在企业决策层获得共识后，全面设计才得以展开。

所以总体设计的前期（即决策阶段）的主要参加者应是厂长，总工程师，总共设计师或该产品主任设计师以及主要设计人员等；后期为具体总设计阶段则主要由主任设计师及其助手参加。

总体设计过程对未来新产品的配套方向和市场生命力具有决定性作用，因此设产品设计的全局性工作，很难再试制或投产以后予以改变。

二、4110型柴油机的用途：4110柴油机陆用时，配以皮带轮、联轴器、离合器作为农业排灌、发电机、电焊机、空压机、水泵、碎石机及建筑机械等动力；船用时，配上倒顺车离合器。

减速齿轮箱后，可用作渔轮船动力，内河航运主机及轮船辅机。

三4110柴油机的生产厂家1.玉柴YC4110系列柴油机：在玉柴引进美国7.8升YC6112系列柴油机的基础上，通过减短行程和缩小缸径开发的高速轻型车用柴油机，保持了YC6112系列柴油机具有的可靠性高、使用寿命长的优点，具有较高的动力性，使用维修方便。

采用美国独资上海霍尼韦尔TB28型废气涡轮增压器，中外合资无锡欧亚P型喷油嘴，选用国产P型燃油喷射泵。

可选用德国波许泵。

排放符合新的国家标准GB17691—2001型式认证A阶段排放限值和北京市地方标准DHJB3—1999第1阶段排放限值，达欧I标准。

通过中国质量管理协会质量保证中心ISO9001质量体系认证。

CA4110柴油机的连杆三维造型当进入PRO/E Wildfire（野火版）的零件模式的用户界面，见图1。

在其上方是主菜单，见图2，与PRO/E2002相似，但把菜单管理器的主要功能都合并到主菜单中（编辑、插入）和简化成右下方、下方（在执行功能时出现）的图标，从而基本取消了菜单管理器，更加便于操作。

图1 零件模式的用户界面图2 主菜单对于常用的特征建模命令在右下方的图标中显示出，其中是拉伸实体或剪切实体图标；是旋转生成实体或旋转剪切实体图标；是创建可变截面扫掠特征；是创建边界混合特征。

由于连杆杆身形状复杂，所以先从杆身做起。

杆身是一个复杂的变截面实体，首先要根据杆身外形建成一些曲线，再由这些曲线建立曲面，相当于蒙在杆身表面上的一层皮（绸缎面），在将这些曲面进行剪裁、缝合、充实成杆身实体结构。

具体做法如下：在造型之前要进行零件的工艺、装配关系设计目的的分析，要是零件的参考坐标系与工艺基准、设计基准和装配基准相一致。

在连杆设计中，连杆大头孔是设计基准、工艺基准和装配基准，因此以大头孔作为零件的参考坐标系。

在装配图中，曲轴图形在FRONT平面上，图 3 草绘的基准曲线而连杆是套装在曲柄销上，因此连杆的绘图平面垂直于FRONT平面，为RIGHT平面。

参照平面为FRONT平面。

1.创建杆身曲线连杆杆身截面是一变化的工字钢，相对于FRONT平面和RIGHT平面是对称的，因此只考虑四分之一的杆身，可用四条曲线绘制出杆身变曲面的轮廓。

第一条曲线是在RIGHT平面，杆身的最大轮廓曲线；第二条曲线与第一条不在一个平面上，且曲线上的各点也不在同一平面上，因此以曲线最高点所在平面为绘图平面，即大约离RIGHT平面18mm的于RIGHT平面平行的平面，根据图样技术要求，连杆的拔模斜度为5~7度，因此第二条曲线与第一条曲线错位18≈=6⨯；第三条曲线与第二条在同一平面上，并近似认为与第tg9.1mm892.1二条曲线形状一样，只是向连杆中心线平移mm5.5=⨯-；第四条曲线186tg6.3与第一条在同一平面（RIGHT平面），形状与第二条相似。

本科毕业设计论文题目连杆工艺设计及有限元分析目录摘要 (3)ABSTRACT (4)第一章绪论 (5)1.1课题研究的意义 (5)1.2国内外现状 (5)1.3论文的章节安排 (6)第二章连杆零件的分析 (7)2.1连杆的作用 (7)2.2连杆的结构特点 (7)2.3连杆的工艺分析 (7)2.4连杆的材料和毛坯 (9)第三章连杆零件的工艺编制 (10)3.1连杆机械加工工艺过程 (10)3.2连杆工艺过程的安排 (22)3.3连杆工艺设计存在的问题 (15)3.3.1工序安排 (15)3.3.2定位基准 (15)3.3.3夹具使用 (15)3.3.4切削用量的选择原则 (15)3.4连杆机械加工工序卡片 (11)第四章连杆受载荷情况下的有限元分析 (27)4.1 连杆的有限元分析过程和结果................................... 错误！未定义书签。

第五章总结与展望 . (27)5.1 论文总结 (39)致谢 (40)参考文献 (41)毕业设计小结 (42)摘要连杆是主要传动件之一，本文主要论述了连杆的加工工艺及有限元分析。

连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。

逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。

本次设计通过AUTOCAD画出零件图，并且进行工艺编制。

连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，且连杆的刚性比较差，容易产生变形。

并且用PRO/E 对连杆做有限元分析，查看连杆的受力情况。

关键字：CAD，工艺编制，有限元分析ABSTRACTLinkage is one of the main transmission parts, this article discusses the link processing technology and finite element analysis. Link dimensional accuracy, position accuracy and shape accuracy requirements are high, and the relatively poor rigidity of the connecting rod, easily deformed, and therefore arranged in the process, the rough finishing process requires the separation of the major surfaces. Gradually reduce the allowance, cutting forces and internal stress and distortion correction after processing, we can finally meet the technical requirements of the part.The design of the parts diagram drawn by AUTOCAD, and perform process planning. Link dimensional accuracy, position accuracy and shape accuracy requirements are high, and the relatively poor rigidity of the link easily deformed. And using PRO / E for the link to do finite element analysis, see link stress situation.KEY WORDS: CAD，Process planning ，Finite Element Analysis第一章绪论1.1课题研究的意义随着科学技术的发展，我们的生活越来越便捷。

4120柴油机活塞连杆组的优化设计摘要：活塞是发动机的心脏，活塞的工作情况非常恶劣，通常是在高速，高温，高压，的情况下，活塞在工作中与高温气体直接接触，使得温度急剧上升，并且分布不均，活塞顶部在工作中承受着很大的压力，尤其在做功时，使活塞产生冲击，并且两侧受侧压力的作用。

在高速下做往复运动，承受惯性力。

另外，活塞连杆组的摩擦损失占到了机械损失的%70~%60，为此，有必要对活塞进行优化设计，使得有足够的强度和刚度，合理的形状和壁厚。

能更好的满足工作要求。

(400)关键词：基本数据： 直列，四缸，四冲程，气缸直径为D=120mm, 转速n=2200r/min me p =0.8MPa绪论:1、研究背景和研究意义柴油机作为一种动力机械的应用越来越广泛，而柴油机的效率比较高，但是由于技术的原因，柴油机的热效率也不好提高，但是换一种想法，如果能够减少柴油机的机械损失，那么柴油机的功率会增加，能提高柴油机的性能，根据资料表面，在柴油机的机械损失中，活塞连杆组结构的摩擦损失是非常大的，占了机械损失的%70~%60，如此高的损失，使得人们对机械如何减少活塞连杆组的摩擦损失进行了研究，通过各种各样的方法，进行实验，比较，试验，无论是在机械结构方面，燃料燃烧方面都进行了多方面的研究，研究的意义是通过对结构的优化，计算，材料的选择，能够提高活塞连杆组的强度，延长机构的使用寿命，从而减少这些方面的摩擦损失，再者减少燃油的消耗，提高柴油机的动力性，减少成本。

2、国内外研究现状国外的柴油机起步比较早，自1860年开始，经过一百多年的发展，柴油机得以迅速的发展，应用领域也越来越广泛，可以用于船舶，发电，还有车辆动力等应用。

尤其在车辆动力方面，柴油发动机的优势极为明显，热效率比汽油机高了好多，而且比汽油机节能环保，最低的燃油消耗可以hkwg⋅/204198，标定油耗达到hkwg⋅/达到大量的实践及实验表现，柴油机是现在用于各类动力机械中，热效率最高，能量利用率最好，且节能的机型。