4110柴油机连杆设计及有限元分析-任务书
连杆工艺设计及有限元分析 (1)
本科毕业设计论文题目连杆工艺设计及有限元分析专业名称机械设计及其自动化学生姓名梁乐指导教师李郁毕业时间二零一四年六月目录摘要........................................................................................................................... - 2 -ABSTRACT .............................................................................................................. - 3 -第一章绪论............................................................................................................. - 3 -1.1课题研究的意义......................................................................................... - 3 -1.3论文的章节安排......................................................................................... - 5 -第二章连杆零件的分析......................................................................................... - 6 -2.1 连杆的作用................................................................................................ - 6 -2.2 连杆的结构特点........................................................................................ - 6 -2.3 连杆的工艺分析........................................................................................ - 6 -2.4 连杆的材料和毛坯.................................................................................... - 8 -第三章连杆零件的工艺编................................................................................... - 9 -3.1 连杆机械加工工艺过程............................................................................ - 9 -3.2连杆工艺过程的安排............................................................................... - 10 -3.3连杆加工工艺应考虑的问题................................................................... - 14 -................................................................................................................................. - 17 -第五章总结与展望............................................................................................. - 25 -5.1论文总结................................................................................................... - 25 -致谢..................................................................................................................... - 25 -参考文献................................................................................................................. - 26 -毕业设计小结......................................................................................................... - 26 -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。
4110柴油机连杆设计及有限元分析
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。
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
Key words: Diesel engine；Connecting rod；Strength check；Pro/E；ANSYS
柴油机连杆课程设计
柴油机连杆课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解柴油机连杆的基本结构、工作原理及作用；2. 学生能够掌握柴油机连杆的力学特性，如受力分析、运动规律等；3. 学生能够了解柴油机连杆的材料、加工工艺及装配要求；4. 学生能够掌握柴油机连杆故障诊断与维修的基本方法。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，对柴油机连杆进行简单的受力分析；2. 学生能够运用实际操作，完成柴油机连杆的拆装、检查、维修等任务；3. 学生能够运用团队合作，完成柴油机连杆相关项目的实践操作。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设备的兴趣，提高他们对机械行业的认识；2. 培养学生严谨、务实的学习态度，注重理论与实践相结合；3. 培养学生团队合作精神，提高沟通与协作能力；4. 培养学生安全意识，遵守操作规程，爱护设备。
课程性质：本课程属于机械类课程，以理论教学与实践操作相结合的方式进行。
学生特点：学生具备一定的机械基础知识，动手能力强，对机械设备有一定的好奇心。
教学要求：结合课程性质、学生特点，注重理论与实践相结合，强调实际操作能力的培养。
通过本课程的学习，使学生能够掌握柴油机连杆的相关知识，具备一定的维修与故障诊断能力。
教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 柴油机连杆的结构与工作原理- 连杆的组成、作用及力学特性- 连杆与曲轴、活塞的连接方式- 连杆在实际工作中的运动规律2. 柴油机连杆的材料与加工工艺- 常用连杆材料的特点及选择- 连杆加工工艺流程及要求- 现代加工技术在连杆制造中的应用3. 柴油机连杆的装配与维修- 连杆与曲轴、活塞的装配方法及注意事项- 连杆的检查、故障诊断与维修方法- 常见连杆故障案例分析4. 柴油机连杆实践操作- 拆装与组装柴油机连杆- 连杆受力分析及运动规律实验- 连杆故障诊断与维修实操教学内容根据课程目标，结合教材章节进行组织。
教学大纲明确教学内容的安排和进度，注重理论与实践相结合，强调学生对柴油机连杆知识的系统掌握和实际操作能力的培养。
连杆有限元分析
1、 采用 42CrMoA 设计的连杆, 其最小疲劳安全系数大于 1.6，可以满足连杆设计 工况。
2、 在连杆工作载荷下，连杆杆身与连杆盖结合面处所有的法向应力基本上都大 于 0Mpa，因此连杆杆身与连杆盖不会分离。
3、 在连杆工作载荷下，连杆轴瓦与连杆大头的接触压力大部分面积都大于 10MPa，因此连杆大端孔处的变形在允许范围内。
Ho
图 4 连杆的最小压应力分布图（装配载荷+气体爆发压力＋n=3000rpm）
图 5 连杆和连杆盖的接触面的应力分布图（装配载荷＋n=3000rpm） -6-
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图 6 连杆和连杆盖的接触面的应力分布图（装配载荷+气体爆发压力＋n=3000rpm）
图 7 轴瓦与连杆大头的接触面的应力分布图（装配载荷＋n=3000rpm） -7-
0.3
连杆盖
42CrMoA
207000
0.3
轴瓦、衬套
钢
207000
0.3
螺栓、螺母
钢
207000
0.3
曲轴、活塞销
钢
207000
0.3
3.4 计算结果及分析
抗拉强 度σ b(Mpa) 890 890
疲劳强 度σ -1(Mpa) 350 350
3.4.1 连杆应力与疲劳安全系数 由于连杆是在交变载荷下工作，采用以下公式计算其疲劳安全系数：
梁端部的竖向挠度与载荷线性相关（当挠度较小时），直到它接触到障碍物为 止。这时梁端部的边界条件发生突然的变化，阻止竖向挠度继续增大，因此梁的 响应将不再是线性的。边界非线性是极度不连续的：在模拟分析中发生接触时，
-1-
结构的响应特性会在瞬间发生很大的变化。
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柴油发动机连杆课程设计说明书
机电及自动化学院《机械制造工艺学》课程设计说明书设计题目：柴油发动机连杆工艺规程设计姓名：学号：0811114019班级：机电（1）班届别：2008指导教师：2011 年7月摘要连杆是柴油机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。
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。
机械加工工艺是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保障。
然而夹具又是制造系统的重要部分，工艺对夹具的要求也会提高，专用夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具都朝着柔性化、自动化、标准化、通用化和高效化方向发展以满足加工要求。
所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。
目录摘要 (I)绪论 (4)第一章机械加工工艺规程的制定 (7)1.1零件的工艺性分析 (7)1.1.1产品结构和工艺分析 (7)1.1.2 平面加工 (7)1.1.3 孔加工 (8)1.1.4 技术要求分析 (8)1.2毛坯的确定 (9)1.2.1 有关设计条件的说明 (9)1.2.2. 毛坯的材料 (10)1.2.3 制坯方法的确定 (10)1.3连杆工件的定位基准和定位方案分析 (12)1.4加工经济精度与加工工序安排 (13)1.4.1加工经济精度 (13)1.4.2连杆加工主要加工表面的工序安排 (13)1.5典型表面的加工方法 (14)1.6连杆加工工艺过程的确定 (15)1.6.1定位基准的选择 (15)1.6.2工艺路线的拟定 (15)1.7加工设备与工艺装备的选择 (18)第二章机械加工工艺卡片的设计 (20)2.1确定加工工艺过程 (20)2.2机械加工余量的确定 (20)2.3各项加工数据的计算 (21)致谢 (28)参考文献 (30)绪论一、连杆的结构特点连杆是发动机的主要零件之一，它连接活塞和曲轴，把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴；将活塞的往复运动变为曲柄的旋转运动，又受到曲轴的驱动而带动活塞压缩缩气缸中的气体。
连杆的设计和有限元分析
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。
柴油机连杆的工艺设计
第1章柴油机连杆分析1.1柴油机连杆零件的作用柴油机连杆由柴油机连杆大头、杆身和柴油机连杆小头三部分组成，柴油机连杆大头是分开的，一半与杆身为一体，一半为柴油机连杆盖，柴油机连杆盖用螺栓和螺母与曲轴主轴颈装配在一起。
柴油机连杆是较细长的变截面非圆形杆件，其杆身截面从大头到小头逐步变小，以适应在工作中承受的急剧变化的动载荷。
其形状也比较复杂，很多表面并不容易加工，不管是在其工作过程之中还是在加工过程中也很容易产生变形。
基本要求如：柴油机连杆杆身不垂直度<0.5,小头、大头两端面对称面与杆身相应对称面之间的偏移<0.6，杆身横向对称面对大小头孔中心偏移<1.首先必须保证大头中心孔中心线和小头孔中心线之间的平行度，这样才能保证柴油机连杆在工作过程中平稳不刮曲轴和轴瓦；第二个就是保证两个端面的平行度，以及两端面中心线与两孔中心线之间的垂直度，用于保证工作中不会刮伤曲轴平衡块，可以减少噪声，保持平稳；第三个要保证的是柴油机连杆体和盖的分和面之间的配合和吻合，以保证大头孔的圆柱度，以免刮伤轴瓦；第四要确保大小头孔中心线之间的距离，如果其得不到保证，将保证不了发动机在工作时的气体压缩比等。
1.2零件的工艺分析由零件图可知：可将其分为三组加工表面。
它们相互间有一定的位置要求。
现分析如下：首先柴油机连杆的加工表面如下：（1）以端面互为基准加工的两端面。
（2）以小头孔为中心的加工有：钻两个Φ4的油孔，加工侧面工艺凸台。
（3）以大头孔为中心的加工表面有：加工M12螺栓孔。
柴油机连杆精度的参数主要有五个：1.柴油机连杆大端中心面和小端中心面相对于柴油机连杆身中心面的对称；2.柴油机连杆大小头空中心距尺寸精度；3.柴油机连杆大小头孔平行度；4.柴油机连杆大小头孔的尺寸精度、形状精度；5.柴油机连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。
其余技术参数如下表：表1技术要求项目具体要求或数值满足的主要性能大、小头孔的椭圆度，锥度椭圆度0.012锥度0.014保证与衬套、轴瓦的良好配合两孔中心距0.030.05 气缸气体的压缩比两孔轴线在同一个平面内在柴油机连杆轴线平面内：0.03，在垂直柴油机连杆轴线平面内：0.06减少气缸壁和曲轴颈磨损大孔两端面对轴线的垂直度0.015 减少曲轴颈边缘磨损两螺孔中心线（定位孔）的位置精度在两个在45方向上的平行度：0.020.04，对结合面的垂直度：0.015保证正常承载和轴颈与轴瓦的良好配合第2章机械加工工艺规程设计2.1生产纲领的确定生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选用的工艺方法和工艺装备。
柴油机连杆零件毕业设计说明书
连杆是汽车发动机主要的传动机构之一，它将活塞与曲轴连接起来，把作用于活塞顶部的膨胀气体压力传给曲轴，使活塞的往复直线运动可逆的转化为曲轴的回转运动，以输出功率。
是为发动机提供安全可靠、经久耐用、节省能源、满足功用的一个重要零件，它对开发轻型、高速、大功率的柴油机有着密切的关系。
因此，连杆的合理结构设计、加工工艺性设计，保证连杆的加工质量，提高生产效率有这重要意义，它是保证柴油机产品质量的关键所在。
此说明书，对连杆零件进行了详细的分析。
设计出了零件加工的工艺规程。
在工艺规程中涉及到了连杆加工的加工工艺，加工设备的选择，加工余量的确定，毛坯的确定，机床、刀具的确定，夹具的设计一系列与连杆加工有紧密联系的因素。
通过对此次设计，学会对中等难度零件的工艺编制，及其特定工序的夹具设计。
关键词：工艺；毛坯；夹具。
ABSTRACTThe connecting rod module is in the diesel engine essential movement power transmission component. It is affects the gas physical strengthand so on each kind of strength transmits on the piston gives the crank, also transforms the crank rotary motion into the piston reciprocal motion part. Is safely provides reliable, durable, the economical energy, satisfied function important components for the engine, it to develops lightly, is high speed, the high efficiency diesel engine has close relationship. Therefore, the connecting rod reasonable structural design, the processing technology capability design, guaranteed the connecting rod the processing quality, enhances the production efficiency to have this vital significance, it is guaranteed the diesel engine product quality the key is at. This instruction book let, has carried on the detailed analysis to the connecting rod components.Designed the components processing technological process. A series of involved the processing craft in the technological process which the connecting rod processed, the processing equipment choice, the processing remainder determination,the semifinished materials determination, the engine bed, the cutting tool determination, the jig design with the connecting rod processing had the close relation the factor.By the endtime of the densign,learn the technics weave of medium difficultry part,and the holding design of the especially working procedure.Key words:roughcast; craft; jig目录目录绪论 (1)1. 零件的工艺分析 (2)1.1 连杆的工作情况 (2)1.2 连杆的结构特点 (2)1.3 连杆机械加工的主要技术要求 (3)2. 毛坯的确定 (4)2.1生产类型的确定 (4)2.2 材料的选择 (4)2.3 毛坯种类与方法的确定 (4)2.4 确定毛坯尺寸公差和加工余量 (4)2.5 毛坯主要加工表面的尺寸及公差的确定 (6)3. 连杆工艺规程的编制 (7)3.1 定位基准的选择 (7)3.2 拟订工艺路线 (7)3.2.1选择表面加工方法 (7)3.2.2加工阶段的划分 (8)3.2.3加工工序的顺序安排 (8)3.2.4机械加工余量、工序尺寸及其公差的确定 (11)3.2.5加工设备与工艺装备的选择 (22)4. 夹具设计 (26)4.1 夹具体材料及制造方法 (26)4.2 夹具体结构设计 (26)4.3 定位分析与定位误差计算 (26)4.4 导向元件的设计 (26)4.5 螺栓、垫圈选择 (27)4.6 夹具的工作原理 (27)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)文献综述绪论绪论本课题研究的主要內容是连杆加工工艺过程的编制以及在加工中用到的一些典型夹具的设计。
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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。