车用发动机连杆有限元分析及结构设计

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。

汽车发动机连杆的有限元分析刘显玉（辽宁科技学院机械工程系，辽宁本溪 117022）摘要：采用基于ANSYS软件开发的有限元模拟系统，并利用网格重划技术，对汽车发动机连杆杆身截面进行了弹、塑性力的有限元模拟，得到了变形过程中的应力场、应变场的分布，为进行发动机连杆的结构分析建立了基础.关键词：汽车；发动机；连杆；有限元中图分类号：TK4 文献标识码：A 文章编号：1005-8354 (2005) 03-0009-03Finite Element Analysis of Automobile Engine Connecting RodsLIU Xian-yu(Mechanical Engineering Faculty, Liaoning Science and Technology Institute, Benxi 117022, China)Abstract:This article adopts the finite-element simulation system based on the ANSYS software. By means of technology of grid rewriting, the finite-element simulation of the stress of elasticity and plasticity for the body section of automobile engine’s connecting rod is made to gain distributing of the stress and strain’s field and build the base of structure analysis of automobile engine connecting rods. Key words:automobile;engine; connecting rod; finite-element1 引言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.鉴于此，本文应用有限元技术对6110柴油机连杆进行静力分析，研究其应力、应变状态及其危险部位.2 有限元的基本原理和特点有限元方法是近似求解一般连续域问题的数值方法.它最先应用于结构的应力分析，很快就广泛应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续问题.对于一个连续体的求解问题，有限单元法的实质就是将具有无限多个自由度的连续体，理想化为只有有限个自由度的单元集合体，单元之间仅在节点处相连接，从而使问题简化为适合于数值求解的结构型问题.工程设计人员使用这些系统，就可以高效而正确合理地确定最佳设计方案.概括而言，有限元法的几个主要特点有：（1）有限元法的基本思想是“离散化”.（2）有限元法的物理概念十分清晰，容易为工程技术人员所理解.（3）有限元法引入边界条件的办法简单.（4）有限元法不仅适用于复杂的几何边界条收稿日期：2005-03-11作者简介：刘显玉（1967-）男，硕士，研究方向：内燃机检测与故障诊断.机电设备 2005年第3期总第24卷— 9 —件，而且能够处理各种复杂的材料性质问题.（5）有限元法必须求解一个大型代数方程组，用人工求解几乎是不可能的.（6）有限元法的计算机软件是通用的.3 连杆的工作条件6110柴油机连杆为斜切口合金钢模锻件，然后经机械加工和热处理完成.连杆大端、连杆盖通过螺栓及其预紧力与连杆紧紧结合在一起；杆身的横截面呈“工”字形，且与连杆大、小端圆滑过渡，整个连杆呈上下对称及左右对称结构.在标定工况下，发动机连杆的运动是随活塞的平移和绕活塞销摆动两种运动的复合运动.连杆在运动的过程中，一般承受的载荷有气缸爆发压力、往复惯性力和螺栓预紧力等，连杆大端还承受旋转惯性力的作用.图1为6110柴油机曲柄连杆机构简图，其曲轴回转中心线和活塞销中心线均与气缸中心线相交.图1 连杆机构运动简图连杆在工作中主要受到以下四种力的作用：（1）作用于活塞的气体作用力；（2）活塞组件的惯性力—活塞组件中所有零件(包括活塞、活塞环、活塞销、活塞销卡环)；（3）连杆惯性力；（4）预紧载荷—连杆螺栓装配预紧力和连杆衬套过盈装配产生的预紧力.在有限元分析时，根据力的作用效果，主要考虑以下三种载荷的作用：预紧载荷、最大惯性力、最大爆发压力.连杆工作时，承受的应力是周期性变化的.一般情况下，应选择连杆承受最大拉力和最大压力两情况进行分析，以便得到两情况下的应力和变形分布情况，同时利用此计算结果来近似地进行连杆疲劳强度的计算，为其改进和设计提供可靠的依据.最大拉伸情况发生在活塞运动到排气冲程终了的上止点位置，此时连杆主要承受其它零件及其本身的最大惯性力；最大压力情况发生在膨胀冲程开始的上止点位置附近，此时连杆主要承受缸内燃气的爆发压力以及零件运动的惯性力.在连杆的有限元计算中，处理作用于连杆上的载荷是一件极为重要的工作.由于作用于连杆上的载荷系统一般都比较复杂，特别是某些载荷沿边界的分布规律难以用理论或测量的方法来确定，而往往是采用一些假定的分布规律来模拟.因此如何正确地模拟这些载荷的分布规律，是有限元法计算中不容忽视的问题.4 发动机连杆的有限元计算由于连杆工作时的危险点常在连杆大、小端与杆身的过渡处，按二维平面问题进行建模，将其简化为平面应力问题来计算，则“工”字形梁的结构就会发生改变，其承受载荷的能力必然也要受到影响，最终导致分析的结果与实际结果有很大偏差，况且丢掉大端盖不利于对连杆整体进行应力应变的研究分析，也不利于后续研究工作的开展，从而进一步造成分析结果不周全的缺憾.相比较而言，若采用三维立体建模，可以显著改进二维平面有限元分析的不足，同时以均布面载荷模拟通过螺栓头和螺母分别作用于杆身和大端盖接触面上的力—螺栓预紧力，用多点约束处理杆身与大端盖的接触面来近似模拟其力学接触状态，以限制刚体某自由度上应力与位移，模拟更加真实，提高了分析结果的可信度.连杆结构的离散化可采用三角形单元.在连杆常发生破坏的小端过渡圆弧处，杆身与大、小端过渡处、大端盖两侧夹角处以及杆身的工艺凸台两则— 10 — V ol.24, No.3, 2005 Mechanical and Electrical Equipment应加密网格，把这些部位的单元划分得小一些，以提高应力集中区域的计算精度.由于连杆小端的铜质衬套和钢质连杆具有不同的弹性常数，小端和杆身的工字形截面又有不同的厚度，故把弹性常数和厚度的突变线划成了单元的边界线.在连杆大、小端轴孔处边界单元的大小，将影响到轴承负荷向边界节点移植结果的精度，采取沿轴孔按每10°或15°划分一个节点，可基本满足计算要求.图2、图3和图4分别是发动机连杆的有限元计算模型和拉应力、压应力分布图.图2 发动机连杆的有限元计算模型.图3 发动机连杆的拉应力分布图图4 发动机连杆的压应力分布图5 结论（1）有限元方法是工程设计、开发领域中一种实用、可靠的方法.（2）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.（3）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.（4）连杆大、小端与杆身的过渡区是应力最严重的地方，为减少应力集中，在设计连杆时，小端孔不仅要有足够的壁厚外，还要使小端与杆身的过渡圆角在合理的范围内尽量大些.参考文献：[1] 刘涛，杨风鹏等.精通ANSYS[M].北京：清华大学出版社，2002.[2] 邓兆祥，胡玉梅等.N485柴油机连杆静强度有限元分析[J].内燃机，2001(2).[3] Hiroyuki Tsuzuku,Naoki Tsuchida. An experimentalstudy of connecting rod big ends [Z]. SAE Paper950202.日本科学家发明“机器人服”日本科学家最近发明了一种代号为HAL-5的“机器人服”。

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。

目录第一章序言 (1)1.1课题研究的目的和意义 (1)1.2课题的分析 (1)1.3研究内容 (2)第二章有限元的基本原理及其应用 (4)2.1有限元分析概述 (4)2.2有限元分析的优缺点 (5)2.2.1有限元法的优点 (5)2.2.2有限元分析的缺点 (6)第三章连杆的工作条件及载荷的确定 (7)3.1.连杆的结构和布置 (7)3.2柴油机一般采用斜连杆的原因 (9)3.3连杆的工作条件及受力 (10)3.4连杆的材料及制造工艺 (11)第四章连杆的建模 (15)4.1SolidWorks软件介绍 (15)4.1.1概述 (15)4.1.2 SolidWorks软件的特点 (16)4.1.3 SolidWorks软件的应用 (17)4.2连杆模型的建立 (17)4.2.1创建连杆的几何模型 (18)4.2.2连杆的力学模型的建立 (32)第五章计算结果及其分析 (40)5.1最大拉伸情况的结果与分析 (40)5.1.1连杆受拉时应力结果 (40)5.1.2连杆受拉时应变结果 (41)5.1.3连杆受拉时位移结果 (43)5.2最大压缩情况的结果与分析 (44)5.2.1连杆受压时应力结果 (44)5.2.2连杆受压时应变结果 (45)5.2.3连杆受压时位移结果 (46)5.3分析总结 (46)引用文献 (49)附录(英文翻译) (51)第一章序言1.1课题研究的目的和意义连杆是发动机中传递动力的重要零件，它把活塞的直线运动转变为曲轴的旋转运动，并将作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。

连杆在工作过程中要承受装配载荷（包括轴瓦过盈及螺栓预紧力）和交变工作载荷（包括气体爆发压力及惯性力）的作用，工作条件比较苛刻。

现代汽车正向着环保节能方向发展，这就要求发动机连杆在满足强度和刚度的基础上，应具有尺寸小、重量轻的特点。

本文通过SolidWorks这个三维制图软件制作连杆的三维模型，然后通过COSMOSWorks软件，对连杆模型进行网格划分、加载和约束的处理，然后再进行计算分析，得出柴油机连杆在受拉和受压的两种工况下的应力、应变等分析结果。

发动机连杆有限元分析——用Ansys软件进行分析本分析选用参数：一、模型的创建根据选用连杆参数建立的三维模型如图1所示.图1.1 连杆三维模型发动机连杆模型采用CREO软件创建，创建过程如下。

1.绘制连杆大头及D2孔。

选择拉伸命令，以Top面为草绘平面，草绘截面如图1.2a所示；以Top面为中心面，向两方拉伸，拉伸高度为38mm，拉伸成型后的模型如图1.2b所示。

图1.2a 图1.2b2.绘制连杆小头及D4孔。

选择拉伸命令，以Top面为草绘平面，草绘截面如图1.3a所示；以Top面为中心面，向两方拉伸，拉伸高度为38mm，拉伸成型后的模型如图1.3b所示。

图1.3a图1.3b3.绘制两头之间的连接杆。

选择拉伸命令，以Top面为草绘平面，绘制如图1.4a的草绘截面。

仍以Top面为中心，向两方拉伸，拉伸高度为22mm，拉伸成型后的模型如图1.4b所示。

图1.4a图1.4b4.绘制连杆的凹槽。

选择拉伸切除命令，以连杆上视面为工作平面，绘制的草图如图1.5a所示。

拉伸深度为9，拉伸切除之后的模型如图1.5b所示。

图1.5a图1.5b选择镜像命令，绘制另一侧的凹槽。

模型如图1.6所示。

图1.65.绘制连杆大端盖。

绘制草图如图1.7a所示，拉伸后的模型如图1.7b所示。

图1.7a图1.7b绘制草图如图1.8a所示，拉伸后的模型如图1.8b所示。

图1.8a图1.8b绘制草图如图1.9a所示，拉伸切除后的模型如图1.9b所示。

图1.9a 图1.9b绘制草图如图1.10a所示，拉伸切除后的模型如图1.10b所示。

图1.10a图1.10b选择Front面为镜像平面，进行镜像，得到模型如图1.11所示。

图1.116.倒角。

对各孔的边缘进行倒角，得到的模型如图1.12所示。

图1.127.倒圆角。

最后对连杆凹槽进行倒圆角，得到模型如图1.13所示。

图1.13最后完成模型如图1.14所示。

图1.14二、导入模型本分析采用模型导入Ansys Workbench，几何模型如图所示图2.1图2.2三、单元选择与网格划分1、本分析采用Ansys Workbench软件mesh模块进行网格划分，采用10节点4面体solid187单元，此单元的优点如下：SOLID187是高阶3D 10-node实体单元，如图3-1。

本科学生毕业设计4110柴油机连杆设计及有限元分析系部名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程学生姓名：指导教师：职称：讲师The Graduation Design for Bachelor's Degree Design Of 4110 Diesel Engine Linkage and Finite Element AnalysisCandidate: Gao hengSpecialty: Vehicle EngineeringClass: B07-10Supervisor: Lecturer. Zhu RongfuHeilongjiang Institute of Technology摘要本文以4110柴油机的相关参数作为参考，对四缸柴油机的连杆进行了结构设计和尺寸计算，并对连杆进行了运动学和动力学的理论分析，最后运用Pro/E进行三维建模运用ANSYS进行了有限元分析。

首先，以运动学和动力学的理论知识为依据，对连杆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，同时对连杆用材料进行了比较与分析。

其次分别对连杆大头、连杆杆身以及连杆小头进行结构设计及尺寸计算，并进行了结构强度和刚度的校核。

再次，应用CAD软件：Pro/E软件建立了连杆的三维几何模型，在此工作的基础上，又对静力作用下对连杆的两种特殊工况；拉伸、压缩工况下进行了受力计算，再将连杆三维几何模型导入ANSYS中对其进行了定义特性、网格划分、施加约束和载荷，最后进行计算以达到对连杆进行强度校核的目的。

关键词：柴油机；连杆；强度校核；Pro/E；ANSYSABSTRACTTaking 4110 as the reference parameters of the diesel engine, four-cylinder diesel e- ngine connecting rod on the design and size were calculated, and linkage to the theory of kinematics and dynamics analysis, and finally the use of Pro / E for the use of three-dim- ensional modeling ANSYS finite element analysis carried out.First, the theoretical knowledge of kinematics and dynamics based on the movement of connecting rod and the force in motion a detailed analysis of such issues and get accurate results, while the materials were used on the rod comparison and analysis. Followed by on the connecting rod, connecting rod shaft and the connecting rod small end and size of stru- ctural design calculations, and were checking the structural strength and stiffness. Again, application CAD software: Pro / E software to establish a link of three-dimensional geome- tric model, based on the work in this, but also on the static on the link under the two special conditions; tension, compression conditions were the force calculation, and then link into ANSYS three-dimensional geometric model is defined in its properties, meshing, impose constraints and loads, and finally calculated to achieve the purpose of checking the strength rodKey words:Diesel engine；Connecting rod；Strength check；Pro/E；ANSYS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 (4)第2章连杆的结构设计与分析 (5)2.1 连杆的运动和受力分析 (5)2.2 连杆的结构分析 (5)2.3 连杆的工作条件和设计要点 (6)2.4 连杆的材料性能及特点 (6)2.5 连杆基本参数的确定 (7)2.6 连杆小头的结构设计 (8)2.6.1 小头结构型式 (8)2.6.2连杆衬套 (8)2.6.3小头结构尺寸 (9)2.7连杆杆身的结构设计 (9)2.7.1杆身结构型式 (9)2.7.2杆身结构尺寸 (9)2.8 连杆大头的结构设计 (10)2.8.1 大头结构型式 (10)2.8.2大头结构尺寸 (10)2.9 连杆螺栓的设计 (10)2.10 本章小结 (11)第3章连杆的强度、刚度计算 (12)3.1连杆小头的强度校核 (12)3.2连杆小头的刚度计算 (14)3.3连杆杆身的强度校核 (14)3.4连杆大头的强度校核 (17)3.5连杆螺栓的工作负荷与预紧力 (18)3.6连杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算 (19)3.7本章小结 (19)第4章连杆三维模型的建立及有限元分析 (20)4.1 建立连杆大小头及杆身 (20)4.1.1建立新文件 (20)4.1.2建立连杆体主体 (20)4.1.3建立连杆大头和小头 (21)4.1.4建立小头油孔 (21)4.1.5建立连杆凹槽 (22)4.1.6 建立连杆大头部位凸台 (22)4.1.7建立螺栓孔 (23)4.2建立连杆端盖 (23)4.3建立连杆螺栓 (24)5.4建立轴瓦及衬套 (24)4.5连杆工况选择与载荷计算 (25)4.5.1 计算工况的选择 (25)4.5.2 连杆载荷的计算 (25)4.6连杆几何模型的建立 (27)4.7约束条件 (29)4.8 连杆应力分析 (29)4.8.1连杆拉伸工况下的应力分析 (29)4.8.2连杆压缩工况下的应力分析 (34)4.9连杆安全系数计算 (39)4.10 本章小结 (40)结论 (41)参考文献 (42)致谢 (43)附录 (43)第1章绪论1.1 选题的目的和意义内燃机自十九世纪后期出现以来，经过一百多年的不断研究和改进，已经发展到比较完善的程度，它以热效率高、功率和转速范围宽广、比重量较小的优点，在动力机械中占有极其重要的地位，广泛应用于国民经济和军事装备的各个领域[1]。

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。