单缸发动机汽缸的运动仿真及有限元分析
汽车发动机气缸盖与气缸垫组合结构的有限元分析(精)
收稿日期：2008-05-05基金项目：辽宁省重大科技攻关资助项目（2004216010）良好的密封和强度一直是发动机整机可靠性问题中的主要矛盾之一。
较大的气缸盖螺栓预紧力能保证良好的密封性能，但同时给气缸盖及气缸垫带来了强度问题。
近些年，发动机不断强化，功率不断提高，发动机爆发压力不断增大，机体承受的负荷相应增加，过去常用的金属-石棉气缸垫已经不能适应发动机的燃烧压力和热负荷要求[1]。
2009年 工 程 图 学 学 报 2009 第2期 JOURNAL OF ENGINEERING GRAPHICS No.2汽车发动机气缸盖与气缸垫组合结构的有限元分析史彦敏1， 李卫民2（1．辽宁石化职业技术学院，辽宁 锦州 121003； 2．辽宁工业大学机械工程与自动化学院，辽宁 锦州 121001）摘 要：研究和探讨了有限元分析理论和方法在汽车发动机气缸盖与气缸垫组合结构强度计算中的应用。
以通用有限元分析软件为平台，建立了三维CAD/CAE 应用软件集成系统，实现了从预紧工况到爆发工况的结构分析、稳态热分析和热-结构耦合分析。
关 键 词：计算机应用；组合结构；有限元分析；发动机气缸盖；气缸垫 中图分类号：TP 391文献标识码：A 文 章 编 号：1003-0158(2009)02-0023-07Finite Element Analysis for Composite Structure of Cylinder Head andCushion in Automobile EngineSHI Yan-min 1, LIWei-min 2 ( 1. Liaoning Petro-Technique College, Jinzhou Liaoning 121003, China;2. Mechanical and Automation Engineering College, Liaoning University of Technology, Jinzhou Liaoning 121001, China )Abstract: The application of finite element analysis theory and method in calculation ofstrength for composite structure of cylinder head and cushion in automobile engine is discussed. A 3D CAD/CAE integrated system is built based on the general finite element analysis software. The structure analysis, steady-state thermal analysis and thermo-structure coupling analysis are realized from pre-tightening to outburst operating mode.Key words: computer application; composite structure; finite element analysis; cylinder head; cylinder cushion采用新型的金属气缸垫可确保燃烧室的密封。
单缸发动机凸轮驱动机制的动态行为仿真
2009-32-0089 / 20097089 Research on Dynamic Behavior Simulation Technology for Cam-Drive Mechanism in Single-cylinder EnginesKeiichi Dan, Takuro KawakamiHonda R&D Co., Ltd. Copyright © 2009 SAE Japan and Copyright © 2009 SAE InternationalABSTRACTA theoretical evaluation technology for timing chain systems in single-cylinder engine has been established. Hitherto, there have been almost no theoretical evaluation reports published about drive loss and slapping noise in cam drive systems including timing chains. Thus, tensioner lifter and tensioner guide specifications to satisfy requirements related to slapping noise and friction loss have been determined only by tests with actual engines. In this research, a highly accurate mechanism-simulation model has been constructed that takes into account factors such as dynamic characteristics along with crank sprocket and timing chain contact stiffness and friction coefficient in addition to static characteristics of the timing chain and tensioner guide. Our results have confirmed a high correlation with actual engine tests at an absolute value level. This research has allowed a review at the early design stages of timing-chain systems that combine improved fuel efficiency with quietness and other engine performance factors at a high level. INTRODUCTIONSingle-cylinder engines are the main type of engine used in small motorcycles, and reduction of friction in the cam-drive system is required in order to improve fuel efficiency. Engine fuel efficiency can be improved by optimization of the cam-drive system layout. In small motorcycle engines, a cam-drive timing chain (hereinafter referred to as the cam chain) is used due to its compactness and durability in a high-tension drive, and reduction of the noise when the cam chain and cam sprocket mesh while driving. To reduce cam chain noise, design parameters should be set to achieve a tensioner lifter load that combines appropriate regulation of cam chain behavior without significantly increasing friction loss. It is thus necessary to develop a numerical value analysis system that can quantify the cam-drive system friction loss and the noise generated by the cam chain meshing. In numerical analyses, mechanism system simulations that utilize three-dimensional models have come into use (1). To dynamically simulate the cam drive system using a mechanism system simulation, simulation of the torque of the camshaft operating valves, of the cam chain dynamic behavior, and of the tensioner guide behavior is needed at the same time. Thus, it is necessary to build a complex, large-scale analysis system, and putting that into practical use proved difficult. Moreover, the large number of components and quantifying of contact status in a model of cam chain related parts seem to be impediments. In the area of numerical computation on the other hand, advances in analysis algorithms such as the recursive method allowed for a reduction in analysis time in multi-degree-of-freedom mass system models, allowing its practical use as a tool for the considerationof design parameters. In light of these factors, a system for these comprehensive simulation of cam chain and cam drive system behavior and valve operating system behavior have been developed and research on its application have been conducted. This paper will give an overview of the developed system, and it will cover cam chain related part-modeling methods as well as the quantification of cam-drive system friction loss and of the behavior where the cam sprocket and cam chain mesh.OVERALL COMPOSITION OF SYSTEM DEVELOPMENTThe valve operating system mechanism, the subject of development, was made to be a SOHC type where a single camshaft is positioned over the combustion chamber. Figure 1 shows an overview of the system developed. The cam torque, which is the vibration source for the chain mesh noise, is susceptible to the influence of the valve system acceleration, particularlyin the high engine-speed range, and it changes according to the engine speed. Therefore, the cam and valve, valve spring, and rocker arm were modeled so that all cam torques can be taken into account at normal engine speeds (hereinafter referred to as the cam chain system model). In addition, tensioner guide and tensioner lifter which is exerted on cam chain behavior were modelled. Numerical integration calculation by time range for each component was applied through the Newton-Raphson method to reproduce actual engine operation situations.SETC2009SETC2009CAM CHAIN SYSTEM MODELING METHOD AND MODEL CHARACTERISTIC VALUE VERIFICATIONISSUES IN THE CAM-CHAIN SYSTEM MODEL - The cam chain that transmits crankshaft motion to the camshaft is made up of numerous link elements, and overall chain stiffness and damping have nonlinear characteristics due to factors such as the friction and contact stiffness between chain links. Furthermore, numerical model characteristic values need to be acquired to quantify the contact and friction status between the cam chain and other parts. Thus, methods to model the chain system were considered. CAM CHAIN - Cam chain noise is presumed to be generated from the impact of the chain and sprocket. Under this presumption, to express the mechanism of the timing chain noise generation numerically in the system, it is necessary to accurately model the guide and chain contact as well as the meshing with the crank sprocket. Therefore, actual chain link shapes were reflected in the model without simplifying individual chain links as a shapeless mass system. This system is, as shown in Figure 2, a multi-degree-of-freedom model having masses and inertia moments for individual chain links where the link intervals are expressed as nonlinear springs. For the stiffness values between chain links, testing was conducted by pulling the cam chain on an Amsler testing machine, and the correlation was confirmed from the load and displacement. Furthermore, to verify the accuracy of the dynamic characteristics exemplified by the cam-chain resonant frequency, the measuring tool shown in Figure 3 was used. Excitation was performed by an electromagnetic exciter per tension and the excitation acceleration from 50 Hz to 1000 Hz, as well as the amplitude of part A shown in Figure 3 was measured. The measurement and simulation results are shown in Figure 4a and 4b. Table 1 shows a comparison of the chain links dynamic characteristic for FFT. Thus, it was confirmed that correlation is achieved between the resonant frequency and the amplitude value at resonance.Fig. 1 Overview of developed systemFig. 2 Multi-degree-of-freedom model of chain link Fig. 3 Measuring tool of chain links dynamic characteristicsFig. 4 Measurement and simulation results for thechain links dynamic characteristicsSETC2009CHAIN GUIDE - The model for the chain guide is shown in Figure 5. The chain guide is expressed by beam elements divided into 20 parts. By matching the quantitatively calculated bend displacement under a unit load with actual measurements, the stiffness of the beam element is identified.CAM SPROCKET - The model of the cam sprocket and cam chain is shown in Figure 6. To express the meshing with the cam sprocket, the model considers contact stiffness and friction. To identify that mesh area contact stiffness and friction, a pendulum test was carried out, as shown in Figure 7. The time variation of the total energy of the system was obtained, and the correlation between the measurement result and simulation result was verified. As shown in Figure 8, it was confirmed that the total energy is reduced by the time variation in actual tests; the simulation results show the reduction rate well. As for the reason where the measurement result is lower than simulation result, at measurement initial position of depth direction of the weight has been shifted, it is thought as for the sake of energy decreases with the friction of direction.VERIFYING CORRELATION OF CAM CHAIN SYSTEM MODEL WITH ACTUAL ENGINE OPERATION STATUSTo verify that the developed cam chain system model accurately represents actual engine operation status, it was necessary to compare the numerical calculations and actual test values for crank-sprocket drive torque - the drive source for the timing chain and cams - and the load generated on the lifters. For the actual engine,a 150 cm 3single cylinder engine as shown in Figure 9 was selected. Measurements on the actual engine were made at 1400 to 9000 r/min. Figure 10 shows a comparison of the maximum values for the crank-sprocket drive torque in one-cycle, and Figure 11 shows the results of the comparison of the load generated on the lifters. In both cases, a good correlation is gained between 1400 and 6000 r/min. A slight variation is observed in the speed range greater than 6000 r/min, but good correlation can be observed in the 1400 to 6000 r/min range. From those results, it was verified that the developed model simulates the actual engine operating status well.Fig. 6 Model of cam sprocket and cam chain Fig. 5 Model of chain guideFig. 7 Pendulum test for measurement of mesh area contact stiffness and frictionTable 1 Comparison of chain links dynamiccharacteristics for FFTFig. 8 comparison of simulation result and measurement result of potential and kinematicenergySETC2009APPLIED RESEARCH FOR THE DEVELOPED SYSTEMPREDICTION STUDY FOR DRIVE LOSS IN THE CAM DRIVE SYSTEM - The crank-sprocket drive torque is calculated for the developed system. Using these calculations, the drive loss in the cam-drive system is given by equation (1).(1)Pslc : drive loss in the cam drive system (kW) Tr : crank sprocket drive avg. torque (Nm) N : engine speed (r/min)Based on this, a comparison of the drive loss in a cam-drive system for the engine shown in Figure 10 is shown in Figure 12. The drive loss is expressed well. BEHAVIOR AT MESHING OF CAM SPROCKET AND CAM CHAIN - To identify the timing of the cam chain slapping noise, the acceleration produced near the sound source was measured with an accelerometer. Figure 13 shows the measurement result. It was discovered from the rapid increase in the amplitude of acceleration that the slapping noise is generated at the time of TDC valve overlap. To further investigate this phenomenon, a damper that attenuates the load of the chain seating on the cam sprocket was attached. By doing so, the slapping noise went away, and the increase and decrease in the amplitude of acceleration was reduced. From these results, we ascertained that the slapping noise is generated from the contact between the cam sprocket and the chain.Fig. 10 comparison of simulation result and measurement result of maximum values for timing sprocket drive torqueFig. 9 Test engine and measurement system106023−⋅⋅⋅=πN TrPslc Fig. 11 Comparison of simulation result and measurement result of lifter reaction forceFig. 12 Cam chain driving lossFig. 13 Variation of acceleration on cylinder headNext, we measured the force of the chain impacting the sprocket, the cause of the slapping noise, and compared it with the simulation result. The same engine, as noted in the above section, was used for the engine test. Figure 14 shows the tool used to measure the noise-generating excitation force. With that three-component load sell, the load in the crank sprocket flat face and the cam torque was measured. As there is a high correlation between the volume of the slapping noise and the load in the sprocket flat face, we learned that it was possible to determine if the slapping noise is loud or not by evaluating the load by simulation. Figure 15 shows a comparison of the simulation results and the actual engine measurement results at 1400 r/min. There is good correlation between both the amplitude of the maximum load and the generation timing, and we discovered the possibility of a quantitative evaluation of the noise-generating excitation force. SUMMARY1. By developing a system that performs a coupledsimulation up to the reciprocating parts centering on the cam-drive system and the valve-operating system, the behavior of the cam-drive system can be accurately calculated.2. A high level of correlation was displayed betweenthe simulation result of the sprocket load on the cylinder direction and that of the measurement result of the actual engine.3. The slapping noise phenomenon at the meshing ofthe sprocket and chain was identified. A method that can quantitatively evaluate the noise was discovered.REFERENCES1. Takagishi, H., Nagakubo, A.: Multi-body DynamicChain System Simulation Using a Blade Tensioner, SAE paper 2006-32-0067(2006)CONTACTKeiichi DanDepartment 1, Product Development Divison 2Honda R&D Co., Ltd. Motorcycle R&D center3-15-1 Senzui, Asaka-shi, Saitama, 351-8555 Japan keiichi.dan@mail.a.rd.honda.co.jpFig. 14 3-components load cell for measuringexcitation forceFig. 15 Comparison of calculation result and actual engine measurement result of sprocket load oncylinder direction at 1400 r/minSETC2009。
车用柴油机气缸体强度的有限元分析
车用柴油机气缸体强度的有限元分析发表时间：2009-11-17 刘云来源：万方数据关键字：气缸体有限元子模型疲劳分析信息化应用调查我要找茬在线投稿加入收藏发表评论好文推荐打印文本采用Pro／E和HyperMesh对改进后的某车用柴油机气缸体进行了三维实体建模和网格划分，基于ABAQUS分析平台计算了改进后的机体应力分布情况；同时结合凸轮轴孔子模型，采用Fatigue软件进行高周疲劳分析。
计算结果表明：改进后凸轮轴孔处的疲劳安全系数均大于1．1，满足疲劳强度设计要求。
引言机体作为安置气缸和曲柄连杆机构以及其它辅助机构的主体骨架构件，承受着极为复杂的载荷，其刚度、强度以及动态特性对发动机的动力性、经济性和可靠性有着很大的影响。
随着欧Ⅲ、欧Ⅳ柴油机的研制和生产，不断提高的爆发压力和强化指标，对柴油机机体的刚度、强度和动力特性都提出了更加严格的要求。
有限元法作为一种通用的数值分析方法，是目前研究机体类复杂结构受力最为可靠和有效的方法。
本文采用有限元子模型技术及ABAQUS软件中的非线性接触分析模块，对改进后的某车用柴油机气缸体进行有限元强度分析，结合疲劳分析软件MSC．Fatigue重点考察凸轮轴孔子模型的疲劳安全强度，对改进措施进行分析和评价。
1 有限元模型的建立图1 机体有限元模型采用Pro／E和HyperMesh对该车用柴油机前三缸气缸体、框架、主轴瓦、凸轮轴瓦、主轴承螺栓等进行三维实体建模和网格划分。
为了保证有限元计算的准确性，仅对计算精度影响较小的螺钉孔和销钉孔进行适当简化，划分网格后的机体有限元模型如图1所示。
为重点考察改进后凸轮轴孔处的强度，取凸轮轴孔部位建立计算子模型，以获得较为精确的结果。
有限元模型采用10节点四面体单元，各零部件的单元数目和节点数目如表1所示。
表1 机体计算模型中各零件的单元数与节点数2 载荷与边界条件由于重点考察主轴承力对机体尤其是凸轮轴孔的影响，故对机体顶面节点进行约束。
汽车发动机的有限元模型
发动机的有限元模型在有限元模型的建立过程中，单元类型的选取是至关重要的。
它选取的好坏直接关系到计算结果的精度以及所用的计算时间.为了满足结构的力学特性和噪声计算问题，在发动机的整个模型中我们主要采用了四边形的壳单元和六面体的实体单元，在特殊的地方，为了满足结构的形状，我们还采用了少量的三角形壳单元和五面体及四面体实体单元。
建立准确而可靠的计算模型，是应用有限元法进行结构分析与设计的最为重要的步骤之一。
有限元法计算结果的准确性在很大程度上取决于所建模型的准确性。
但是过分的强调其准确会带来很多负的方面的影响，比如说建模时间的延长。
根据有限元法的基本理论，单元划分的越细，越逼近真实结果，但是由于软件对节点和单元数目的局限性，以及实际计算机资源的限制和计算所用时间的经济性，节点和单元数就有一定的限制。
对于不同的零件，根据不同的要求又有不同的划分。
在求解噪声问题时，单元的长度可以选择为声波波长的118左右由于人耳对噪声的敏感频率在2000左右，声波在铸铁或钢中的传播速度大约为，所以单元的最大长度应小于33cm。
发动机整机包括缸盖、缸体、梯形框架、油底壳、曲轴机构等。
根据试验得知，发动机的结构噪声主要是由这些部件的振动所引起。
因而在做计算时，我们只考虑了上述部分，而没考虑发动机的进排气歧管和附件部分。
发动机缸盖的有限元模型缸盖是发动机的重要组成部分。
它的主要作用是密封气缸上部并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。
它的两侧分别装有进气歧管和排气歧管，还有进、排气气门等运动部件。
由于本文分析的发动机是上置式凸轮轴的发动机，因而，缸盖主要承受气门座和凸轮轴轴承的激振，并产生强烈的振动。
此处振动所产生的噪声在发动机的结构噪声中占有较大成分。
由发动机缸盖所承受的力较大，而且质量都比较集中，所以选择了六面体实体单元作为有限元模型的单元类型。
在结构上，根据不影响受力分析的要求，在过渡的小圆弧处做了适当的简化，所有半径小于5mn。
基于有限元模拟的汽车汽缸头设计优化
基于有限元模拟的汽车汽缸头设计优化汽车发动机是现代汽车的核心组成部分之一，其组成要素众多且复杂。
汽车发动机通过对油进行喷射并通过高速旋转的活塞行驶，从而产生动力驱动汽车行驶。
在汽车发动机的所有部分中，汽缸头被认为是耗费最多能源的一部分，同时也是最容易受到损害的部分之一。
汽缸头的设计和制造技术会直接影响发动机性能、燃油效率和发动机寿命等方面。
新型汽车发动机要达到高性能、低能耗、低排放这样的诸多目标，需要采用先进的设计和制造技术。
有限元模拟技术能够提供更快、更准确的汽缸头设计方案，在汽车工程中的应用也越来越普遍。
有限元法（FEA）是一种数值分析计算方法，旨在通过对复杂结构载荷、强度和振动等进行模拟分析来帮助设计师和工程师优化结构、提高性能、延长设备使用寿命等。
有限元分析技术能够有效模拟汽缸头的受力情况，实现适当的优化设计。
汽缸头通常由两个部分组成：缸体和气门机构。
汽缸头的缸体是一个很重要的部分，因为它决定了空燃比（AFR）和压缩比（CR）。
气门机构则包括气门、和气门驱动机构。
这些部分的组合可以影响汽车发动机的燃油效率、输出动力、排放水平和可靠性等性能指标。
为此，汽缸头的设计需要从多个角度考虑。
为了优化这些性能参数，有限元模拟技术能够对不同的设计方案进行研究，提供优化方案。
首先，作为缸体的一个关键组成部分，汽缸头的壁厚是影响发动机安全可靠性的决定性因素之一。
在进行汽缸头设计时，需要考虑其输油、散热、保温等方面的性能。
使用有限元分析技术，可以对材料桶和油门机构进行专业的力学分析操作，确定汽缸头的极限负载情况，从而确保汽缸头的强度和稳定性。
同时，可以选择更轻薄且高强度坚固的材料，来减轻汽车发动机的自重，提高整车燃油效率。
其次，气门机构是另一个重要的设计方面。
通过使用有限元分析技术，可以在汽缸头设计中考虑气门的动力特性，例如惯性、罗茨转矩和多向倾斜等因素。
对这些设计参数的分析有助于更好地管理气门运动的流量特性，从而在汽车发动机的最高转速下获得最佳的性能水平。
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
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。
发动机缸体有限元分析及优化设计
发动机缸体有限元分析及优化设计摘要：发动机缸体结构复杂，壁厚差大，容易出现应力集中现象，因此在设计阶段对缸体结构进行优化设计具有重要意义。
本文论述了发动机缸体有限元分析及其优化设计。
关键词：发动机缸体；有限元分析；优化设计发动机是汽车的动力装置，其性能直接影响汽车的使用性能。
根据发动机的发展，对发动机的设计提出了两个要求：即油品的适应性强及尽可能降低缸体振动。
因此，有必要运用理论分析方法对发动机缸体进行分析计算，为设计制造出更稳定、体积更小的的发动机缸体做出基础性研究。
一、发动机缸体简介发动机是一种能把其它形式的能转化为机械能的机器,它既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器。
发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。
而缸体是发动机的五大部件之一，是发动机安装所有零件的基础。
发动机通过缸体将发动机的曲柄连杆机构和配气机构，以及供油、润滑、冷却等机构联接为一个整体。
此外，发动机缸体的材质一般为灰铁。
因缸体工作环境潮湿，且高温、高载荷、摩擦剧烈，所以要求缸体具有高强度、高硬度、高耐磨性及良好的散热性，而灰铁能满足高强度和硬度及高耐磨性等要求，而且工艺性能、减振性、切削加工性能优良，同时成本较低，缺点是重量较大。
所以现在越来越多缸体采用铝合金材料，因其能减轻缸体的重量。
二、有限元法概述有限元法也称为有限单元法或有限元素法,基本思想是将求解区域离散为一组有限个且按一定方式相互连接在一起的单元组合体,寻求物理场的数值解。
它是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。
传统的产品生产过程首先有专家依据经验初步设计出产品,然后据此做出模型,再做出成品。
成品完成后,再进行试验,对设计上的问题进行修改。
进行重新设计、制造、试验分析。
这不但耗费大量的时间,还耗费了大量的人力及物力。
计算机的发展和广泛应用改变了这种状况,提高了产品开发、设计、分析和制造的效率及产品性能。
基于有限元法的单缸柴油机气缸缸套变形分析
基于有限元法的单缸柴油机气缸缸套变形分析摘要：为解决X170F柴油机整机比质量差的问题，应用HyperWorks建立柴油机的有限元模型并分析。
提出缸套评价指标，并采集缸套变形数据。
对机体进行了结构改进，结论证明更换材料的方案可行有效。
关键词：整机比质量；气缸套变形；有限元分析0引言某柴油机比质量较差，因此本文对其进行改进设计。
总的改进优化指导原则：在保证柴油机强度刚度的情况下，使其整机比质量尽量小。
1建立有限元模型计算条件及方案：进行有限元分析前，针对性的提出了以下方案如表1所列。
（1）边界条件的确定。
曲轴箱底支座孔处约束X、Y、Z平动自由度。
（2）力的施加。
气缸内有燃气压力。
活塞侧压力沿周向120°余弦施加，在轴向沿着抛物线分布[4，5]。
2更换机体材料第二代单缸柴油机整机比质量限值11.5kg/kw（3000r/min）。
该柴油机排量0.289L，12小时输出功率为3.676kW/3000r/min。
根据上述要求计算得到其重量限值42.27kg，本文所研究的柴油机重47kg，存在5kg的超重量。
应用铝合金材料替代铸铁合金，可以使曲轴箱质量有效减重6～7kg。
这两种材料的许用抗拉强度相差不大。
但铸铝合金的弹性模量、硬度和高温强度不及铸铁。
因此，对于改进后的设计方案主要围绕机体和气缸套的刚度进行。
3评价指标考虑到原机能正常，由此类推可知：若能保证改进后的变形小于改进前或与改进前保持同一水平，则新发动机亦能正常工作[6]。
以缸套内孔同轴度和圆柱度作为算例。
3.1气缸套内孔的评价指标3.1.1数据的采集3.1.2评价指标说明找出43个已变形截面形心，并将找到的形心沿上述当量轴线方向投影，以使其在同一基准平面。
把上述形心用一最小圆包络，这一最小圆的直径值即主轴承孔同轴度。
按上述方法画出含所有投影点的最小外切圆与最大内切圆。
主轴承孔的圆柱度即两圆半径差值。
3.2气缸套内孔的整体变形如图1所示：方案6中气缸套内孔在工作工况下的变形趋势相同。
620单缸机结构设计、性能分析以及主要运动件有限元计算的开题报告
620单缸机结构设计、性能分析以及主要运动件有限元计算的开题报告一、研究背景及意义单缸机作为一种最简单的内燃机结构，其结构简洁、易于制造、维护成本低等优点，被广泛应用于机床、食品加工、医疗器械等领域。
同时，单缸机在发电、农耕等领域中也有广泛的应用。
本文采用有限元方法，对单缸机结构进行设计并进行性能分析，以此为基础探讨单缸机在不同运转状态下的应力和变形情况，为单缸机的优化设计提供理论依据。
二、研究目标本文以单缸机的结构设计、性能分析以及主要运动件有限元计算为研究对象，通过建立有限元模型，分析机体的应力和变形情况，探讨机体的优化设计，提高单缸机的效率和可靠性，同时为后续进一步研究单缸机提供理论依据。
三、研究内容1. 单缸机的结构设计，包括机体的选择、内部零部件的选择、连接方式等。
2. 单缸机的性能分析，包括燃烧室压力和温度的分析、燃油的喷射和燃烧过程的分析、废气排放的分析等。
3. 单缸机主要运动件的有限元计算，包括曲轴、连杆、活塞等主要运动件的有限元分析，分析其在不同负载状态下的应力和变形情况，为单缸机的优化设计提供理论依据。
四、研究方法1. 采用有限元模拟软件对单缸机进行有限元分析，确定机体在不同工况下的应力、应变和变形情况；2. 参考国内外现有单缸机研究成果，借鉴已有结论，确定单缸机功能性参数，并通过有限元方法建立单缸机计算模型；3. 运用材料力学、流体力学和热学知识，对单缸机的结构和性能进行分析；4. 制定合理的设计方案，优化单缸机的结构和性能。
五、预期结果1. 通过单缸机有限元计算，确定单缸机结构的合理性和稳定性；2. 分析单缸机性能，包括燃油的喷射和燃烧过程、排放等指标；3. 建议单缸机优化设计方案，提高单缸机的效率和可靠性；4. 发表相关学术论文，为单缸机领域的研究提供新的思路和研究方法。
发动机气缸仿真装配与运动研究分析
发动机气缸仿真装配与运动分析在机械设计过程中，装配设计是非常重要地.装配设计是将各零件按照特定地关系装配在一起以使之成为能完成一定功能地整机或部件.在Pro／E中，装配设计是在虚拟环境中模仿现实中地所有装配过程，将已建好模型地各零件装配在—起，并使各部分具有合适地自由度地过程.在设计过程中也可以根据需要即时创建零件.装配后地模型可以利用干涉检测、运动仿真等功能来检查零件设计地合理性以及装配件总体设计地合理性，进而获得对产品模型地总体评价.虚拟环境中地装配关系与现实环境中地装配关系是一一对应地，在Pro/ENGINEER中模具零件地装配是通过定义零件之间地约束关系来实现地.发动机气缸是一种典型地曲柄滑块机构，又是绝大多数动力机械地动力源，汽车﹑轮船以及飞机等都离不开发动机地存在.发动机质量好坏，直接关系到整个机械地运行.因此对发动机进行运动仿真具有非常重要地意义.1．发动机汽缸机构运动装配模型1.1发动机气缸地零件名称与对应地文件名称：（1）、机座→【base.prt】；（2）、曲轴→【crank_shaft.prt】；（3）、上连杆→【connecting_rod_top.prt】；（4）、下连杆→【connecting_rod_bottom.prt】；（5）、活塞槽→【crust.prt】；（6）、活塞→【piston.prt】1.2 发动机汽缸机构运动装配模型中各个零件之间地装配连接关系：（1）机座零件默认放置――――固定；（2）曲轴与机座之间―――――销钉连接――轴线对齐，面偏移――旋转运动；（3）上连杆与曲轴之间――――销钉连接――轴线对齐，面对齐――旋转运动；（4）下连杆与上连杆之间运用了放置中地匹配和对齐约束―――――无相对运动；（5）活塞槽与组件之间运用了放置中地匹配约束―――――――――与机座固定；（6）活塞与上连杆之间――――销钉连接――轴线对齐，面偏移――旋转运动活塞与活塞槽之间――――圆柱连接――轴线对齐，―――――直线运动1.3 建立装配运动仿真模型（1）进入组件装配模式【新建文件】－【类型】－【组件】－【使用缺省面板】，【子类型】－【设计】，再在【名称】文本框内输入名称，本例为Motor,单击【确定】按钮进入装配模式.如图1所示.弹出【新文件选项】对话框，选择【mmns_asm_design】选项，表示使用国际单位制.如图2所示.图1 【新建】对话框图2 选用用国际单位制－对话框（2）装入机座零件(base.prt)单击【增加组件】按钮，选择机座base.prt零件.在弹出地【元件放置】对话框，图3中可以看到三个选项卡：【放置】、【移动】、【连接】.【放置】用于定义装配约束，【移动】用于调整零件位置，【连接】用于定义机构之间地连接运动关系.单击对话框中地【默认位置】按钮以系统默认位置装入机座零件，单击【确定】完成机座零件地装配.完成后地组件如图4所示.图5-3 【元件放置】对话框图5-4 装入机座零件（3）用销钉连接装配曲轴（crank_shaft.par）单击【增加组件】按钮,选择crank_shaft.prt零件，如图5所示.单击【连接】按钮，选择【销钉】连接，选择图5所示地基座和曲轴地轴线，以完成对齐连接方式.再分别选择图5所示地基座和曲轴地配合面，并在【偏移值】栏中输入0.06，以满足平移约束.【确定】完成曲轴地装配.完成后组件如图6所示.图5 曲轴与机座地连接关系图6 完成曲轴装配（4）用销钉连接装配上连杆（connecting_rod_top.prt）单击【增加组件】按钮，选择connecting_rod_top.prt零件，将其打开在装配区，如图7所示.单击【连接】按钮，选择【销钉】连接，依次选择图7所示地上连杆和曲轴地轴线，以完成对齐连接方式，再分别选择图7所示地上连杆和曲轴地配合面，在【偏移值】栏中输入0.04，以满足平移约束.完成后组件如图8所示.在【移动】选项卡中选取【旋转】项，调整上连杆地位置，如图9所示.最后单击【确定】按钮完成上连杆地装配.图7 上连杆与曲轴地销钉连接装配约束图8 完成上连杆装配图9 上连杆位置调整（5）装配下连杆（connecting_rod_bottom.prt）单击【增加组件】按钮，选择connecting_rod_bottom.prt零件，将其打开在装配区，如图10所示.单击【放置】，在【类型】地下拉箭头中选取【匹配】类型，依次选择图10地上连杆和下连杆地截面作为配合面，【偏移】值为0以完成匹配约束.完成后组件如图11所示.再选择【对齐】约束，选择上连杆和下连杆地轴孔，如图11中地“对齐轴孔1”对齐.再选择【对齐】约束，选择上连杆和下连杆地轴孔，如图11中地“对齐轴孔2”对齐.对齐后两者位置如图12.【确定】完成下连杆装配.用【移动】－【旋转】调整连杆位置.图10 下连杆与上连杆地匹配面选取图11 上连杆和下连杆匹配约束图12 完成下连杆装配（6）装配活塞槽(crust.prt)单击【增加组件】按钮，选择crust.prt零件，将其打开在装配区,如图13.单击【放置】－【匹配】.依次选择如下匹配面：（6.1）图13活塞槽地RIGHT基准平面和组件地ASM_RIGHT基准平面作为配合面，【偏移】值为0，完成第一个匹配约束.如图14所示.（6.2）图14活塞槽地FRONT基准平面和组件地ASM_FRONT基准平面作为配合面，【偏移】值为0，完成第二个匹配约束.如图15所示.（6.3）图15活塞槽地TOP基准平面和组件地DTM15基准平面作为配合面，【偏移】值设为71.2，完成第三个匹配约束.如图16.最后【确定】完成活塞槽地装配.图13 活塞right面匹配组件图14 活塞front面匹配组件图15 活塞top 面匹配组件DIM15面图16 完成活塞槽装配（7）装配活塞（piston.prt ） 单击【增加组件】按钮,其中piston.prt 零件，将其打开在装配区,如图17所示. 单击【连接】-【销钉】连接，选择图17上连杆和活塞地轴线，完成对齐连接.再分别选择图17所示地上连杆和活塞地配合面，并在元件放置对话框地【偏移值】栏中输入0.01，以满足平移约束.完成后组件如图18所示.单击【增加约束】按钮，再在连接类型中选择【圆柱】连接，依次选择活塞和活塞槽地轴线，以完成圆柱连接方式.完成后组件如图19所示.【确定】完成活塞地装配.图17 用销钉连接装配活塞与连杆图18 销钉连接活塞与连杆结果图19 添加圆柱约束选择活塞轴线与活塞槽轴线2 机构运动仿真在pro/ENGINEER Wildfire中，用户可以通过对机构添加运动副，驱动器使其运动起来，以实现机构地运动仿真.而机构又是由构件组合而成地，其中每个机构都是以一定地方式至少与另一个机构相连接，这种连接即使两个构件直接接触，又使两个构件产生一定地相对运动，创建机构地过程极为相似.Pro/ENGINEER Wildfire中，运动仿真地结果不但可以以动画地形式表现出来，还可以以参数地形式输出，从而可以获知零件之间是否干涉，干涉面积有多大等.根据仿真结果对所设计地零件进行修改，直到不产生干涉为止.2.1进入Mechanism环境从菜单栏选择【应用程序】→【Mechanism】，进入Mechanism工作环境.单击【Mechanism】→【连接】选项，弹出连接成功对话框.单击【是】，确认检查结果.2.2 拖动模型单击【拖动】按钮，在上连杆上任意选取一点，如图20所示.拖动该连杆，可以观察到机构中除机座零件和活塞槽不动外，其他所有零件均被牵动.图21所示为光标拖动到图示位置时地机构瞬间形态.单击右键，结束当前地拖动.单击拖动对话框中地【拍摄】按钮，当前地机构形态被拍为一张快照.单击【显示快照】按钮，可观看建立地快照.单击鼠标中键，关闭拖动对话框.图20 选取拖动点图21 机构瞬间状态2.3 创建驱动器单击【伺服电动机】按钮，打开【新建】，在【名称】栏中输入新建伺服电动机名称：driver1.选择图22所示地连接轴作为伺服电动机驱动对象.模型中显示紫色箭头，表示运动地方向，参考对象（机座）呈绿色显示，被驱动对象（轴）呈蓝色显示，如图22所示.图5-22 驱动轴选取选择【轮廓】.在【规范】栏中选择【速度】.接受对话框中【当前】项地选择，默认当前轴地位置为零位置.在【模】栏中选择【常数】，表示驱动器以常数形式运行.在【A】栏中输入：50，在【图形】栏中选择【速度】和【位置】，如图23所示.单击伺服电动机定义对话框中地【测量】按钮，可以查看伺服电动机地工作曲线，结果如图24所示.可以点击【修改参数】按钮，对图形工具栏中地各项参数进行修改，也可以单击【打印机】按钮，打印电动机运行速度相对于位置地图形.单击伺服电动机定义对话框中地【确定】按钮，完成伺服电动机地建立.再单击对话框中地【关闭】按钮，退到伺服电动机对话框.此时，在伺服电动机对话框中将显示刚才建立地电动机地名称：driver1.单击【关闭】按钮.此时，在曲柄滑槽机构中将显示驱动器标志，如图25所示.图23 伺服电动机定义对话框图24 速度—位置函数图图25 滑槽机构中伺服电动机驱动器标志2.4运动分析单击【分析】按钮中地【新建】，打开分析定义对话框.把系统默认地分析名称改为：Motor_motion,再在对话框中选择【运动】分析类型.接受系统默认地图形显示时间格式.单击【运行】按钮，可以观察活塞机构运动情况.【确定】后退到分析对话框，同时把运行结果存入数据集.此时可以看到，分析对话框中新增了刚才定义地分析结果名称：Motor_motion.单击【关闭】按钮，退出分析对话框.2.5 回访并保存分析结果单击【回放】按钮中地【动画】按钮，打开动画对话框.单击动画对话框中地【播放】按钮，可以播放刚才建立地滑槽机构运动仿真过程.若想将滑槽机构地仿真过程输出为影音文件或图片，只需单击对话框中地【捕获】按钮，打开捕获对话框.再在捕获对话框中进行相应地设定即可.单击【关闭】按钮，回到回放对话框.单击【保存】按钮，可以将当前地分析结果保存为.pbk格式地文件，以备以后分析时使用.2.6 结果分析单击特征操作按钮区地【测量】，打开测量结果对话框，如图26所示.接受【图形类型】栏中系统默认地【测量与时间】，再单击对话框中地【创建新测量】按钮，接受系统默认地名称：measurel.选取【位置】，再在活塞上选择一点，如图27所示.在【分量栏】中选择【Y分量】，接受系统默认地评估方法：【每个时间步长】，如图27所示.单击【确定】按钮，完成测量定义，返回测量结果对话框.可以看到在测量结果对话框中多出了measurel一项.双击【结果集】栏中地【Motor_motion】,系统将自动计算结果，并把结果值显示在【测量】栏中地【值】栏中，如图28所示.此测量值为定义驱动器连接轴地计算值，数值前地负号，表示活塞运动方向与系统所默认地方向相反.选择【测量】栏中地measurel.单击【测量】按钮，显示测量结果，如图29所示.从中可以看到该点随时间地位移曲线.最后，在图29所示地对话框中单击菜单【文件】→【输出Excel】命令，将当前地曲线保存为Excel类型地文件.图26 测量结果对话框图27 测量点选取图28 测量结果计算图29 位移—时间关系图版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, anddesign. Copyright is personal ownership.83lcP。
基于有限元方法的汽车发动机缸盖结构分析
基于有限元方法的汽车发动机缸盖结构分析汽车发动机是汽车行驶的核心部件之一，而汽车发动机的性能与其各个零部件密切相关。
其中，汽车发动机的气缸盖作为发动机中的重要零部件之一，对于发动机的性能和可靠性起着至关重要的作用。
本文将通过基于有限元方法的汽车发动机气缸盖结构分析，探讨其设计和优化。
1. 汽车发动机气缸盖的功能及特点汽车发动机的气缸盖是一个位于汽缸体上方的零件，其作用是封闭汽缸腔，承载气缸压力和温度变化，同时保证发动机的密封性和冷却效果。
由于汽车发动机工作时需要承受高温高压的工况，气缸盖的材料选择和结构设计至关重要。
2. 有限元方法在汽车发动机气缸盖结构分析中的应用有限元方法是一种常用的结构分析方法，适用于求解复杂的结构力学问题。
在汽车发动机气缸盖结构分析中，有限元方法可以通过建立三维模型、设置边界条件和加载条件等，得到不同工况下气缸盖的应力分布和变形情况。
这可以为气缸盖的设计和优化提供有力的依据。
3. 汽车发动机气缸盖的材料选择汽车发动机气缸盖的材料选择直接影响其性能和可靠性。
常见的气缸盖材料包括铸铁、铝合金等。
不同材料在强度、成本和重量等方面存在差异，因此需要根据具体要求和预算进行选择。
4. 汽车发动机气缸盖的结构设计与优化在气缸盖的结构设计与优化中，考虑到发动机工作时的热膨胀和热应力，需要合理选择结构形式和材料。
同时，还需要充分考虑到不同工况下气缸盖的应力分布和变形情况，以提高其强度和刚度，保证其工作的可靠性和稳定性。
5. 汽车发动机气缸盖的疲劳分析汽车发动机气缸盖在长期工作过程中容易产生疲劳问题，因此需要进行疲劳分析。
通过有限元方法建立疲劳分析模型，可以预测气缸盖的寿命，并通过优化设计和改善材料来延长其使用寿命。
综上所述，基于有限元方法的汽车发动机气缸盖结构分析是一项复杂而重要的工作。
通过对气缸盖的功能、特点、材料选择、结构设计与优化以及疲劳分析等方面进行综合考虑和分析，可以帮助汽车制造商和工程师更好地设计和改进发动机气缸盖，提高汽车发动机的性能和可靠性。
毕业设计（论文）-发动机曲轴连杆机构仿真及有限元分析设计-adams
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。
发动机有限元分析
2006年用户年会论文发动机冷却系统水套有限元分析刘新田(上海交通大学机械与动力工程学院，上海，200030)刘长虹谭靖毅黄虎（上海工程技术大学汽车工程学院，上海，201620 )[ 摘要 ] 本文首先提出三种不同发动机冷却系统水套的设计方案，并通过UG对其进行精确建模。
根据汽缸对称性及相邻汽缸温度相同截取1/2截面建立力学模型，同时加载水套边界条件，利用软件仿真计算出不同形式水套的稳态热分析。
然后对不同冷却系统水套进行热应力、X轴方向应力、Y轴方向应力和剪应力分析，并对结果进行讨论，最后可选择出较好的设计方案。
[ 关键词]发动机冷却系统，稳态，有限元方法，热应力The FEA for Water Jackets in the Engine Cooling System Liu Xintian 1, Liu Changhong 2,Tan Jingyi 2,Huang Hu 2(1. School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai, 200030;2. College of Automobile Engineering, Shanghai University of Engineering Science,Shanghai, 200336)[Abstract] This paper firstly brings forward three different designs for water jackets in the engine cooling system, and exactly builds their models by UG. According to the symmetry of the cylinderand the same temperature between the cylinders, secondly, the 1/2 section is interceptedand the mechanics model can be established. Thirdly, the boundary conditions are loaded.The steady-state can be simulated with ANSYS. Then the thermal stress, X-axis stress,Y-axis stress and shearing strength for water jackets in the engine cooling system can beattained. Based on the thermal stress analysis and the discussion of the three different waterjackets, finally the better design can be selected.[Key words] engine cooling system; steady-state; FEM; thermal stress.1引言发动机冷却系统是汽车的重要组成部分之一，冷却系统的作用是使发动机在各种转速和各种行驶状态下都能有效的控制温度，其中水套是整个冷却系统的关键部分。
基于有限元的缸盖低周疲劳寿命仿真分析
第３ 期
车
技
术
与
研
究
ＢＵＳ ＆ Ｃｏ ＡＣＨ ＴＥＣＨ ＮｏＬ０ ＧＹ ＡＮＤ ＲＥＳＥＡ ＲＣＨ
基于有限元的缸盖低 周疲 劳寿命仿真分析
杨 林 强 ，钱 德 猛 ，路
（ 江淮 汽 车股 份有 限公 司 ， 合肥
明
２ ３ ０ ６ ０ １ ）
摘
要： 对ｃ ｏ ｆ ｉ ｎ — ｍａ ｎ ｓ ｏ ｎ模 型进 行 修 正 ， 通过 有限元 的方法对整机模型进行 分析 ， 得 到 缸 盖 的 温 度 场 及 应
Ｙ ａ ｎ ｇ Ｌ ｉ ｎ ｑ ｉ ａ ｎ ｇ ， Ｑ ｉ ａ ｎ Ｄ ｅ ｍｅ ｎ ｇ ， Ｌ ｕ Ｍｉ ｎ ｇ
（ Ａｎ ｈ ｕ ｉ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ ｉ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｃｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ， Ｈｅ ｆ ｅ ｉ ２ ３ ０ ６ ０１ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
其中 ， Ａ（ Ａｏ － ， ， ｔ ＾ ） ＝ ｌ ／ ｋ Ａｏ － Ａ ｏ ｅ ｘ ｐ （ ＜ 一 Ｔ ｏ ＞ ｔ ｈ ／ ￣ ＂ ） （ ４ ）
式中： △ 为塑性应 变幅 ； ＜ 一 Ｔ ｏ ＞为温差 ； “为时 间 ； ｋ 、 Ａ。 、 ｒ为常量 。总应 变幅为 △ ： △ △占 Ｂ （ ） （ ） 啪 （ △ ， ， ｔ ＾ ） （ Ⅳ ， ） （ ５ ）
应用 。本文基于修正 的 ｃ ｏ ｆ ｉ ｆ ｎ — ｍ ａ ｎ ｓ ｏ ｎ 模型， 运用有 限元
Hale Waihona Puke 在 时 的弹性模 量 ； Ⅳ ， 为疲劳 寿命 ；
材料 有关 的常数 。
Ａ Ａ（ Ａ ， Ｔ ｍ ， ｔ ＾ ） （ Ⅳ ， ）
、 ｂ 。 、 ｂ 、 ｂ 为 与
基于有限元法的单缸柴油机机体结构设计
基于有限元法的单缸柴油机机体结构设计徐一心，姜树李，郭晨海，曹晓辉(江苏大学汽车与交通工程学院．江苏镇江212013)摘要：针对原X170F柴油机整机比质量差的问题．提出了改换机体材料的设计方案。
应用Pr o／E三维造型软件和H yper M es h有限元软件，建立了X170F柴油机机体的实体模型和有限元网格模型，并用A ns ys软件对原机和改换材料后的机体进行了结构强度与刚度的有限元分析，重点考察气缸套内孔的同轴度、圆柱度和漏光率。
对改换材料后机体应变较大的部位进行了必要的结构改进．将机体的变形减小到安全范围内，达到降低整机比质量的目的。
关键词：柴油机；整机比质量；气缸套内孔；有限元分析；变形中围分类号：T K422．文献标识码：A文章编号：1003-188X(2012)02-02$0-040引言X170F风冷柴油机是20世纪70年代的产品，80年代经过一轮改进，但从目前的情况来看，X170F柴油机的很多技术参数不能满足第2代单缸柴油机的要求。
本文针对X170F柴油机整机比质量差的问题，对机体进行改进设计。
改进设计的原则是：在不降低机体结构强度和刚度的前提下，减小X170F柴油机的整机比质量，同时保证改进后的强度和可靠性。
1机体有限元模型的建立1．1三维模型的建立文中实体模型全部采用PR O／E进行三维精确造型，包括曲轴箱、气缸盖、齿轮室盖、气缸体、气缸套、气缸垫、轴承座、后盖板、当量高压油泵和缸盖螺栓等零件。
在计算中为了保证计算精度，对柴油机曲轴箱、气缸盖、气缸套、曲轴、轴瓦和螺栓等零件均采用10节点四面体二次单元划分网格…，两个构件之间采用接触单元模拟接触面【“。
有限元模型的坐标原点位于气缸轴线与曲轴轴线交点处，曲轴箱各组件有限元模型如图1所示。
定义气缸套端为曲轴箱前端，后盖板端为曲轴箱后端，齿轮室端为齿轮室侧，飞轮端为飞轮侧。
1．2计算条件及方案本研究共进行了6次有限元分析，方案如下：收藕日期：201l一04—1l作者简介：徐一心(1987一)，女．四川乐山人．硕士研究生。
基于MATLAB_Simulink的单缸发动机动态仿真
单缸内燃机运动分析介绍课件
运动分析可以优化性能参数，提 高单缸内燃机的性能
性能参数和运动分析共同决定了 单缸内燃机的工作效果和效率
性能参数在实际应用中的意义
功率：决定了单
1 缸内燃机的输出 能力，影响设备 的工作效率
燃油效率：决定 了单缸内燃机的
3 燃油经济性，影 响设备的运行成 本
连杆的作用：连接活 塞和曲轴，传递动力
连杆的运动：上下往 复运动，带动活塞运 动
连杆的运动规律：与 曲轴的旋转角度和活 塞行程有关
连杆的运动分析：通过 力学原理和运动学原理 进行分析，了解连杆的 运动特性和受力情况
01
02
03
04
曲轴运动分析
曲轴旋转：曲轴在气缸内 旋转，带动活塞上下运动
连杆运动：连杆连接曲轴 和活塞，传递动力
演讲人
目录
01. 单缸内燃机的基本结构 02. 单缸内燃机的运动分析 03. 单缸内燃机的性能参数 04. 单缸内燃机的发展趋势
气缸、活塞、连杆、曲轴等部件
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
气缸：单缸内 燃机的核心部 件，负责燃烧 燃料产生动力
活塞：在气缸 内上下运动， 将燃料燃烧产 生的压力转化 为机械能
活塞运动：活塞在气缸内 上下运动，压缩气体
气门运动：气门控制气体 的进出，实现进气和排气
曲轴转速：曲轴的转速决 定了发动机的功率和扭矩
曲轴平衡：曲轴需要平衡， 以减少振动和噪音
功率、扭矩、转速等参数
功率：单缸内燃机的输出功 率，单位为千瓦（kW）或
马力（hp）
扭矩：单缸内燃机的输出扭 矩，单位为牛顿米（Nm）
扭矩：决定了单 缸内燃机的输出
EH42型柴油机机体有限元静力分析
EH42型柴油机机体有限元静力分析摘要：本文研究对象是EH42型单缸柴油机的机体，首先利用Solidwork软件建立该型柴油机机体的实体模型；在Hypermeh软件中，导入机体实体模型进行手动网格划分，并对网格优化，提高划分质量，建立了机体的有限元模型；最后，将机体的有限元模型导入ANSYS软件中，施加了机体在最大爆发压力工况下所受的载荷与约束，得出了机体在该工况下最大应力值、应变值及其分布状况。
分析结果达到了对机体强度校核的目的，验证了该型柴油机机体结构的设计是安全的。
机体是柴油机中结构、最复杂、最重要的零部件之一。
机体的受力非常复杂，它承受着柴油机工作时气缸内的气体压力和活塞往复惯性力等动载荷，也承受紧固其他零部件的螺栓产生的预紧力，在设计柴油机机体时，必须使其具有足够的刚度和强度。
因此，对机体进行有限元静力分析，保证机体设计和结构优化的可靠性，是当前整个柴油机设计过程中必不可少的重要环节。
本文以EH42型柴油机的机体为研究对象，用有限元分析对其机体进行静力分析。
分析的结果较为真实的反映了柴油机机体的应力、应变，为柴油机的设计、结构优化提供了相關的计算依据，其部分参数如表1所示。
1.机体的有限元模型1.1机体实体模型的建立本文根据EH42型柴油机的机体图纸尺寸，用Solidwork软件建立了三维实体模型，主要建模思路是：首先绘制机体的整体轮廓，EH42型柴油机机体的整体尺寸为长629mm，宽199mm，高370mm；接着在创建机体内腔、主轴承孔及其凸台、齿轮室等；再对机体气缸体部分创建的同时需要完成气缸孔、冷却水道、气缸体外形轮廓及安装凸台的创建；最后再创建机体各个面上的螺纹孔和直孔。
在建立机体实体模型时，对机体进行了简化：（1）忽略一些如凸台、油道、水道、销孔局部性细小结构；（2）对螺栓、螺纹孔进行简化处理。
经过以上简化处理后机体的实体模型见图1、图2。
1.2机体有限元模型的建立有限元网格的好坏直接关系到计算和分析的准确度，本文用HyperMeh软件建立机体的有限元网格模型。
气缸冲击动力学建模与仿真分析
气缸冲击动力学建模与仿真分析杜群贵孙智权黄崇溪翟晓晨【摘要】摘要：将气缸在行程末端的冲击问题看成一个由细长活塞杆、质量负载、活塞以及端盖组成的振动系统。
首先应用弹性体的一维波动方程建立细长活塞杆纵向振动变形的数学模型，用模态叠加方法解析了冲击力、接触位移以及接触时间。
然后利用非线性有限元软件LS-DYNA对气缸冲击过程进行数值仿真计算分析，详细研究了当驱动负载质量以及活塞初始冲击速度不同时，活塞冲击接触面接触合力和接触作用时间的变化情况。
对比分析了理论解析解与LS-DYNA数值解，验证了解析解的准确性，得出了冲击力分别随速度和负载的变化规律；进一步对冲击振动响应进行了频率分析，并研究了气缸冲击力的变化原因。
研究结果为气缸的设计和使用提供了理论和实际参考。
【期刊名称】中国机械工程【年(卷),期】2016(027)008【总页数】6【关键词】气缸冲击力；解析解；LS-DYNA仿真；频率分析0 引言随着气动技术的飞速发展，气缸广泛地应用于各种工业生产线上。
但是，由于气动系统中介质空气的高度可压缩性和低黏度等内在固有特性，当活塞运行到行程末端时就会产生冲击端盖现象。
同时，气缸也不可避免地会由于安装制造误差、供气压力波动、缓冲不良、负载惯性以及运行一段时间之后紧固螺栓松动等外在因素，产生活塞冲击端盖现象[1]，并伴随着不良振动与噪声，这也是导致气缸失效的最主要原因。
气缸的冲击问题是一个经典的杆结构弹性碰撞力学问题。
近年来，国内外学者针对杆的弹性碰撞问题作了很多研究。
文献[2]采用波传播法给出了质点和均匀杆纵向碰撞响应解析解；文献[3-4]也采用波传播法解析了一般边界条件下杆的纵向冲击振动问题，但解析式随着波传播次数的增加而变得过于复杂，其工程应用难以推广。
文献[5-6]采用模态分析方法解析了杆的点弹性碰撞问题，但局限于特殊的边界条件；文献[7-8]采用直接模态叠加法将碰撞问题转化为具有初速度的振动问题，解析了不同边界条件、多种截面形状的杆类冲击问题的频率方程及动力响应。
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单缸发动机汽缸的运动仿真及有限元分析ee（ee）指导老师：ee[摘要]根据传统设计中存在的修改障碍，提出了气缸的运动仿真。
利用PRO/E针对气缸运动中存在的问题进行研究，软件设计为我们提供了设计无障碍的目标，并克服了设计产能的常见困难，得到从概念、设计、模拟、制造整合，克服传统设计修改的障碍，可以轻松快速的进行设计变更。
最后利用ANSYS对连杆应力进行有限元分析，利用软件将实物数字化，利用网格划分，受力的加载，得出连杆最大应力和应变，再与实际情况进行对比，证明分析是正确的。
从而为连杆机构的优化分析提供充分的理论依据。
由于气缸设计和分析过程繁琐，设计修改需求大，为了有效提高个人产能和流程产能。
需要进行气缸运动仿真及有限元分析.[关键词]单缸发动机;运动仿真;有限元分析;PRO/E; ANSYSSingle cylinder engine motion simulation and finiteelement analysisee(eeTutor: eeAbstract: According to the traditional design in the presence of obstacles to modifying, puts forward the cylinder motion simulation. Using PRO/E for the problems in the research of software design, we provide design the accessibility of the target, and to overcome the design capacity of common difficulties, we get integration from concept, design, simulation, manufacturing, to overcome the traditional design modifications of the disorder, we can change design quickly and easily. The ANSYS connecting rod stress finite element analysis, draw rod the maximum stress and strain. With the practical condition carries on the contrast analysis, proved correct. Thus for the optimization of the connecting rod structure provides sufficient theory basis. Since the cylinder design and analysis process is complicated, modify the design demand, in order to effectively improve personal capacity and flow capacity. The need for the cylinder motion simulation and finite element analysis.Key words：single-cylinder engine; simulation; finite element; analysis ;PRO/E; ANSYS目录前言 (1)1、设计目的 (1)2、机构分析 ......................................................................................................... 错误！未定义书签。
2.1单缸发动机的概述及应用领域 ............................................................ 错误！未定义书签。
2.2零部件分析................................................................................................. 错误！未定义书签。
3.机构运动系统设计........................................................................................ 错误！未定义书签。
3.1发动机形式的选择 ................................................................................... 错误！未定义书签。
3.2发动机方案的确定 ................................................................................... 错误！未定义书签。
4、发动机动力系统的设计 ......................................................................... 错误！未定义书签。
4.1曲柄连杆机构设计 ................................................................................... 错误！未定义书签。
4.1.1总体设计连杆的设计 ................................................................... 错误！未定义书签。
4.1.2曲轴的设计 ..................................................................................... 错误！未定义书签。
4.2活塞设计 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。
4.2.1活塞材料.......................................................................................... 错误！未定义书签。
4.2.2活塞的结构设计 ............................................................................ 错误！未定义书签。
5、机构造型及其运动仿真 ......................................................................... 错误！未定义书签。
5.1零件装配 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。
5.1.1零件图 .............................................................................................. 错误！未定义书签。
5.2运动仿真 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。
5.2.2 设置驱动......................................................................................... 错误！未定义书签。
5.2.3 设定分析条件并运行 .................................................................. 错误！未定义书签。
5.3检查及结论................................................................................................. 错误！未定义书签。
6、连杆有限元分析 ......................................................................................... 错误！未定义书签。
参考文献 ................................................................................................................. 错误！未定义书签。
前言此次毕业设计让我们巩固了所学知识，发动机气缸运动仿真及有限元分析,让我们了解到发动机在动力机械中起着非常重要的作用，让大家看到曲柄滑块机构的一个广泛应用。
以及通过此次毕业设计来提升自己对PRO/E，ANSYS软件的熟悉，同时在此次设计过程中积累的知识，应用到以后的工作生产当中，为将来工作岗位上的技术要求打下基础。
我们在本次设计中主要的任务是发动机的结构分析，零部件尺寸设计，利用PRO/E进行发动机缸体、连杆、活塞、底盖的建模与装配，了解发动机的构造、了解发动机内各个零部件的连接方式，了解活塞连杆机构运动方式，然后发动机通过燃烧所得化学能输出动力的运动仿真，使得活塞连杆在发动机内的运动方式一目了然。
同时，利用ANSYS软件对连杆应力进行有限元分析，利用软件将食物数字化，然后将连杆网格划分，受力的加载，最终得出连杆最大应力和应变。
再与实际情况进行对比，证明分析时正确的。
从而为连杆机构的优化分析提供充分的理论依据。
通过老师的细心指导，查阅各个方面的资料，最终圆满完成此次毕业设计任务。
1、设计目的单缸发动机的运动仿真与有限元分析这一课题，设计目的主要在于让学生熟悉PRO/E建模环境，装配以及仿真的基本操作，了解发动机基本构造，和各个零部件的作用以及连接方式，通过运动仿真展示活塞连杆机构的运动方式，最后利用ANSYS软件进行连杆受力分析，使得投产前就可以将单缸发动机的运动、受力等方面得出一个预先的测试，极大的节约了经济成本，使得抽象复杂的运动机构具体化、简约化。