4G63发动机曲轴设计及有限元分析

直列四缸发动机曲轴a n s y s分析本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March有限元分析课程报告直列四缸发动机曲轴有限元分析姓名：学号：分数：年月日目录1.引言 .......................................................................................................错误!未定义书签。

2.曲轴有限元模型的建立........................................................................错误!未定义书签。

3.曲轴网格划分 .......................................................................................错误!未定义书签。

确定物理场和网格划分法.............................................................错误!未定义书签。

确定全局网格参数设置.................................................................错误!未定义书签。

确定局部网格参数设置.................................................................错误!未定义书签。

网格质量检查 ................................................................................错误!未定义书签。

调整网格划分 ................................................................................错误!未定义书签。

利用有限元分析方法研究汽车发动机缸体的刚度优化设计随着汽车科技的不断发展，汽车发动机的性能和效率得到了极大的提升。

作为发动机的核心部件，缸体的刚度优化设计对于提高发动机的工作效率和可靠性至关重要。

本文将利用有限元分析方法来研究汽车发动机缸体的刚度优化设计。

首先，有限元分析是一种广泛应用于工程领域的数值分析方法，可以对结构在不同工况下的力学特性进行模拟和分析。

通过建立一个合适的有限元模型，可以准确地预测缸体在不同受力情况下的应力分布和变形情况。

在进行有限元分析前，需要对缸体的几何形状进行建模。

将缸体分为多个单元，每个单元都具有自己的材料性能和几何形状。

然后，通过在每个单元上应用适当的力和边界条件，可以模拟实际工况下的受力情况。

有限元分析的第一步是对缸体进行网格划分。

合适的网格划分对于结果的准确性和计算效率具有重要影响。

较为典型的划分方法包括四边形单元和六面形单元。

这些单元的尺寸和形状需要根据具体情况进行选择，以保证模拟结果的准确性。

在模拟过程中，我们考虑不同的工况，例如发动机在启动、加速和高速行驶等运行状态下的受力情况。

通过对这些工况下缸体的有限元分析，可以获得缸体的应力和变形情况。

在分析结果的基础上，我们可以对缸体的结构进行优化设计。

例如，在关键应力集中区域加强材料或改变缸体的几何形状，以提高其刚度和强度。

同时，优化设计还需考虑到缸体的质量和成本，以实现一个最佳的设计方案。

通过有限元分析方法进行缸体的刚度优化设计可以带来诸多好处。

首先，准确的应力和变形分析可以帮助工程师更好地理解缸体在不同受力情况下的性能。

其次，优化设计可以提高缸体的刚度和强度，从而提高整个发动机的工作效率和可靠性。

总结而言，利用有限元分析方法进行汽车发动机缸体的刚度优化设计是一种有效的手段。

通过建立合适的有限元模型和进行准确的应力和变形分析，可以实现缸体设计方案的优化。

这种方法为提高汽车发动机的性能和可靠性提供了一种有效的工具。

柴油机曲轴静力学有限元分析
柴油机曲轴的静力学有限元分析是一种在柴油机领域中非常重要的研究方法。

它不仅可以用来分析柴油机曲轴本身的结构强度，提高柴油机的可靠性和使用寿命，而且可以进一步分析柴油机系统协作运作时的工作状态。

柴油机曲轴的静力学有限元分析技术由基础的实验技术和建模技术构成，是一
种计算技术，可以以极快的计算速度进行位移分布和应力应变分布的研究，从而获取可靠的结构强度参数。

有限元分析技术采用三角形或者四边形对模型进行网格划分，将曲轴整个结构模型划分成若干空间小元，再根据空间小元形状进行相应物理量的划分，用来求解围绕曲轴结构出现的位移和应力应变分布规律。

基于柴油机曲轴静力学有限元分析，有助于精准的研究机组曲轴的结构强度分布，从而对机组的设计有着良好的参考价值，提高了机组的可靠性与使用寿命。

此外，还可以从有限元分析中确定柴油机的重心位置和最小惯性，辅助元件结构的优化提高柴油机系统的整体运行性能。

总之，柴油机曲轴静力学有限元分析技术可以实现快速、准确的结构强度分析，对于提高柴油机的可靠性和使用寿命以及实现机组整体动态优化都具有重要意义，是高等学校学习工程技术不可或缺的重要课程和实践内容。

柴油机曲轴强度的三维有限元分析
曲轴是汽车发动机的核心部件，强度的耐受力是汽车发动机的重要性能指标之一。

随着汽车发动机的发展，柴油机曲轴的强度是汽车发动机比较重要的研究课题。

柴油机曲轴强度的研究主要通过有限元分析来进行，有限元分析是一种计算机模拟技术，可以很好地表示柴油机曲轴的强度。

通过将复杂的多维几何模型转换为有限元数据，可以快速地模拟出柴油机曲轴的强度。

在进行有限元分析之前，必须首先建立柴油机曲轴的三维模型，用于准确表示曲轴的详细几何信息和物理参数，其中最重要的是曲轴的弹性参数。

模型的建立可以通过CAD软件或CATIA软件完成，而且可以很容易地调整和改进曲轴的几何尺寸和物理参数。

接下来，就需要将柴油机曲轴的三维模型转换为有限元模型，有限元模型可以表示曲轴的几何尺寸和物理参数，这也是有限元分析的关键步骤。

在有限元模型的建立中，还要考虑柴油机曲轴的热应力和振动响应的影响，以便更准确地模拟曲轴的强度。

有了有限元模型，就可以灵活地进行有限元分析，开始对曲轴的强度进行模拟。

有限元分析需要指定曲轴的应力状态和荷载情况，根据不同的应力状态和荷载情况，可以分析出曲轴的极限强度和疲劳寿命。

此外，还可以通过有限元分析，更精确地研究柴油机曲轴的热应力和振动响应，以及曲轴的不同部件在受力和受荷的分布情况，这些
将有助于更好地设计柴油机曲轴，提高曲轴的强度和可靠性。

总之，利用有限元分析，可以有效地研究柴油机曲轴的强度，而有限元分析的过程至少包括三维模型的建立，有限元模型的建立和有限元分析，这是实现柴油机曲轴强度可靠性评估的关键环节。

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。

4G63发动机机械结构特点4G63发动机是由日本Mitsubishi Motors公司生产的一款四缸四冲程发动机。

它是一款非常经典的发动机，广泛应用于Mitsubishi的众多车型，包括Lancer Evolution和Eclipse等。

1.四缸四冲程：4G63发动机采用四缸四冲程的布局，这种布局具有较高的功率和扭矩输出，同时还可以提供较好的燃油经济性。

四缸布局相对来说比较紧凑，可以更好地适应狭小的发动机舱空间。

2.双顶置凸轮轴：4G63发动机采用了双顶置凸轮轴的设计。

这种设计可以使发动机在高转速下更好地实现进气和排气的效果，并提高燃烧室的充气效率。

双顶置凸轮轴还可以提供更快的气门控制速度，增强发动机的响应性。

3.双顶盖：4G63发动机采用了双顶盖结构，即一个气门盖上有两个气门。

这种设计可以减少气门盖的数量，降低结构复杂性和成本。

同时，双顶盖还可以更好地散热，提高发动机的工作效率和可靠性。

4.双平衡轴：4G63发动机还采用了双平衡轴的设计。

平衡轴可以有效地减少发动机的振动和噪音，并提供更平顺的动力输出。

双平衡轴设计使发动机更加平衡，减少了旋转惯量，提高了发动机的转速上限。

5.双连杆：4G63发动机采用了双连杆的设计。

双连杆可以减少发动机的振动和噪音，并提供更平顺的动力输出。

双连杆设计还可以提高发动机的可靠性和耐久性。

6.铸铁缸体：4G63发动机的缸体采用铸铁材料制成，具有较好的热传导性和耐磨性。

铸铁缸体还可以减少噪音和振动，提高发动机的可靠性和耐久性。

7.DOHC设计：4G63发动机采用了双顶置凸轮轴（DOHC）的设计。

DOHC设计可以提高气门的控制精度和效率，进而提高发动机的功率和扭矩输出。

同时，DOHC设计还可以减小燃烧室的体积，提高发动机的压缩比，从而提高燃烧效率。

总体来说，4G63发动机具有紧凑的机械结构，采用了一系列先进的技术，如双顶置凸轮轴、双平衡轴和DOHC设计等。

这些特点使得4G63发动机具有较高的功率和扭矩输出，同时还提供较好的燃油经济性。

黑龙江工程学院本科生毕业设计摘要本设计以4G63发动机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件曲轴等进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机有限元分析。

首先，以运动学和动力学的理论知识为依据，对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析，并得到了精确的分析结果。

其次分别对曲轴进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。

再次，应用三维CAD软件：Pro/Engineer建立了曲柄连杆机构中曲轴的几何模型。

而曲轴，作为发动机的主要运动部件，其性能优劣直接影响到发动机的可靠性和寿命。

在周期性变化的动载荷作用下，曲轴内将产生交变的弯曲应力和扭转应力，极易在过渡圆角等应力集中部位发生弯曲疲劳破坏和扭转破坏。

随着发动机的不断强化，曲轴的工作条件愈加苛刻。

本文对发动机曲轴进行符合实际条件的建模，采用ANSYS对其进行三维有限元分析，研究了整体曲轴的变形和应力状况，根据应力响应结果并结合材料特性，校核了载荷下的强度，为发动机曲轴改进设计中的分析提供了理论依据。

关键词：发动机；曲柄连杆机构；受力分析；曲轴；Pro/E；有限元分析I黑龙江工程学院本科生毕业设计ABSTRACTThe 4G63 engine design parameters as a reference, on four-cylinder gasoline engine crank crankshaft, etc. The main components of structural design calculations, and the crank was on the theory of kinematics and dynamics analysis Finite element analysis computer.First, the kinematics and dynamics of theoretical knowledge as the basis, the motion law of crank rod system and the structural problems in sports, and a comprehensive analysis of the precise analysis results obtained. Next to the crankshaft respectively detailed structure design, and a structure strength and stiffness checking. Again, use 3d CAD software: Pro/e established in crank rod system of crankshaft geometric model. And, as the main engine crankshaft, its performance movement part quality directly affect the engine reliability and life expectancy. In periodically dynamic load, crankshaft will produce alternating within the bending stress of the torsional stress, easily with the stress concentration areas such as transitional fillet bending fatigue damage occurred and twisting damage. With the engine crankshaft constantly strengthened, the more harsh working conditions. This paper to accord with the actual conditions of engine crankshaft modeling, using ANSYS, the three-dimensional finite element analysis of the whole of the crankshaft research, according to the deformation and stress conditions stress response results and material properties, checked with the strength of the load for design improvement, the analysis engine crankshaft provides theoretical basis.Key words: Engine；Crank；Stress Analysis；Crankshaft Pro / E；Finite Element AnalysisII黑龙江工程学院本科生毕业设计目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 选题的目的和意义 (1)1.2 国内外的研究现状 (2)1.3 设计研究的主要内容 (3)第2章曲柄连杆机构受力分析 (5)2.1 曲柄连杆机构的类型及方案选择 (5)2.2 曲柄连杆机构运动学 (5)2.1.1 活塞位移 (6)2.1.2 活塞的速度 (7)2.1.3 活塞的加速度 (7)2.2 曲柄连杆机构中的作用力 (8)2.2.1 气缸内工质的作用力 (8)2.2.2 机构的惯性力 (8)2.3 本章小结 (16)第3章曲轴的设计 (17)3.1 曲轴的结构型式和材料的选择 (17)3.1.1 曲轴的工作条件和设计要求 (17)3.1.2 曲轴的结构型式 (17)3.1.3 曲轴的材料 (18)3.2 曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计 (18)3.2.1 曲柄销的直径和长度 (18)3.2.2 主轴颈的直径和长度 (18)3.2.3 曲柄 (19)3.2.4 平衡重 (19)3.2.5 油孔的位置和尺寸 (19)黑龙江工程学院本科生毕业设计3.2.6 曲轴两端的结构 (20)3.2.7 曲轴的止推 (20)3.3 曲轴的疲劳强度校核 (21)3.3.1 作用于单元曲拐上的力和力矩 (21)3.3.2 名义应力的计算 (25)3.4 本章小结 (27)第4章曲轴的有限元分析 (28)4.1 对Pro/E软件基本功能的介绍 (28)4.2 曲轴的创建 (28)4.2.1 曲轴的特点分析 (28)4.2.2 曲轴的建模思路 (28)4.2.3 曲轴的建模步骤 (28)4.3 对ANSYS软件的介绍 (30)4.4曲轴的有限元分析 (30)4.4.1 曲轴受力条件与简化 (30)4.4.2 曲轴的静力学分析 (31)4.5本章小结 (37)结论 (38)参考文献 (39)致谢······································································································································40黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章绪论1.1 选题的目的和意义曲轴是发动机中最重要、载荷最大的零件之一。

柴油机曲轴强度的三维有限元分析
柴油机设备具有重要的意义，它是用于产生动力的关键组件。

为了确保柴油机的高效、安全和可靠性运行，对柴油机曲轴的强度进行分析是非常重要的。

有限元分析是用来研究复杂结构的计算方法，可以在短的时间内获得较准确的结果。

本文将重点探讨柴油机曲轴强度的三维有限元分析方法。

首先，本文探讨了有限元分析在柴油机强度计算中的应用。

有限元分析是一种数值分析方法，可以准确地考虑复杂工程结构中所有细节，因此可以准确计算柴油机曲轴的强度。

本文还介绍了在有限元分析中建模的步骤，包括几何建模、单元划分、材料参数和边界条件的设置，以及有限元程序的使用。

其次，本文分析了使用有限元分析计算柴油机曲轴强度的结果。

首先，该研究对柴油机曲轴的三维模型进行了建模和仿真，并分析了曲轴计算结果。

研究结果表明，柴油机曲轴的有限元分析能够很好地刻画实际情况，计算结果与实验结果一致。

该研究还分析了柴油机曲轴的强度敏感度，总结了有限元分析考虑的可能参数。

最后，本文对柴油机曲轴的三维有限元分析方法进行了总结，分析了其可行性和有效性，以及其影响柴油机结构可靠度的优劣点。

最后，建议在设计制造柴油机曲轴时，应结合实际情况，考虑复杂运动情况以及负载分布，特别是在高强度轴上应尽可能增加对结构强度的分析，从而提高柴油机曲轴的可靠性和安全性。

综上所述，柴油机曲轴强度的三维有限元分析可以有效地考虑复
杂的结构特性，准确地分析柴油机曲轴的强度，以提高柴油机的可靠性和安全性。

柴油机曲轴静强度有限元分析与优化董昊轩;黄伟星;张鹏【摘要】为分析某六缸柴油机曲轴的安全可靠性,建立曲轴三维模型,使用有限元法分析其静强度下应力分布,并依据分析结果进行设计优化.首先,使用HyperMesh建立曲轴网格模型,然后使用HyperMesh 建立曲轴网格模型,然后使用Abaqus 计算曲轴静强度应力云图,并对应力最大处安全系数进行校核.结果表明:连杆轴颈圆角处疲劳安全系数不符合要求,易产生疲劳破坏.在分析结果的基础上,以保证曲轴应力安全为目标,以曲轴质量为约束,通过分析有限元数据,分别得到轴颈直径与安全系数和质量之间的拟合公式,获得满足目标和约束的最优轴颈直径.【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(035)004【总页数】5页(P581-584,607)【关键词】有限元分析;曲轴;HyperMesh;Abaqus【作者】董昊轩;黄伟星;张鹏【作者单位】长安大学汽车学院,陕西西安 710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064;长安大学实验与设备管理处,陕西西安 710064【正文语种】中文【中图分类】TK423发动机曲轴工作在高速高载环境下，容易引起曲轴疲劳破坏，其中连杆轴颈和主轴颈圆角处应力集中现象比其他区域严重，曲轴失效大都发生在此处[1]。

在车用发动机曲轴设计和优化过程中，有限元法可精确分析出其应力分布情况，有效缩短研发优化周期，提高效率，节约费用[2～3]。

目前对曲轴分析优化多集中在单纯通过增大轴径以达到可靠性要求[1，4]，少有分析轴径增大带来的质量变化和安全性变化关系以获得准确的优化结果。

以有限元法为基础，以应力分布结果为导向，得到轴颈直径增加值与曲轴质量增加和疲劳安全系数之间的关系，获得满足要求优化值并进行验证。

1.1 曲轴建模柴油机曲轴，材料为45号钢，弹性模量为206800，泊松比为0.29。

在Catia中建立曲轴三维模型，如图1所示。