(完整版)柴油机连杆的优化设计毕业设计

毕业设计（论文）题目6108柴油机连杆的优化设计注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。

与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

毕业设计（论文）作者（签字）：年月摘要连杆在现代汽车工业中所起到的作用无可替代，是发动机中主要传动部件之一。

但由于连杆工作情况的恶劣，传统的设计方法已经很难兼顾稳定性、经济性等方面，缺乏竞争力。

本文基于这一实际情况首先将完成6108型柴油机连杆各参数的设计计算并进行传统校核，校核均安全后运用CATIA和CAXA等软件分别建立三维和二维模型，完成连杆三维和二维的零件图和装配图。

有限元法是现代设计一种常用的高效能方法，将整个连续体离散为有限个单元，通过各个单位的应力情况得到更直观的分析结果。

本设计利用CATIA对已建好的三维连杆体模型进行有限元分析，得出连杆应力分布图、变形图、位移图等信息，对照所得的应力图等进行更准确的分析，最后提出了优化方案。

关键词：连杆三维建模 CATIA 有限元分析优化设计ABSTRACTConnecting rod in the modern automobile industry plays a irreplaceable role, is one of the main transmission parts in the engine. But due to the bad connecting rod working condition, the traditional design method is hard to balance stability, economy, etc., the lack of competitiveness. First in this paper, based on the actual situation will complete the design calculation and the parameters of 6108 type diesel engine connecting rod for traditional check, check all safety using CATIA and CAXA software respectively after three under two kinds of model is set up, finish connecting rod three peacekeeping 2 d part drawing and assembly drawing. Finite element method (fem) is a kind of commonly used highly efficient modern design method, the entire continuum of finite discrete units, more intuitive is obtained by the stress state in each unit ofanalysis results. This design using CATIA to already developed three-dimensional model for finite element analysis of connecting rod body, it is concluded that the connecting rod stress distribution and deformation figure, displacement diagram, such as information, control the should try to make more accurate analysis, finally put forward the optimization scheme.Keywords: finite element analysis of connecting rod 3 d modeling using CATIA optimization design目录摘要 (I)ABSTRACT ......................................................... I I 1 绪论 . (1)1.1 连杆简介及设计要求 (1)1.1.1 连杆简介 (1)1.1.2 设计要求 (2)1.2 CATIA简介 (2)1.3 本课题研究方向及意义 (2)1.4 本章小结 (3)2 连杆参数设计及校核 (4)2.1 材料选择及强化处理 (4)2.1.1 连杆材料的选择 (4)2.1.2 强化处理工艺 (4)2.2 连杆主要尺寸参数的设计 (4)2.2.1 连杆长度L (4)2.2.2 连杆小头设计 (5)2.2.3 连杆衬套设计 (6)2.2.4 连杆杆身设计 (6)2.2.5 连杆大头设计 (7)2.2.6 连杆螺栓设计 (8)2.3 连杆小头的强度计算 (9)2.3.1连杆小头承受的作用力 (9)2.3.2 连杆小头轴承的比压校核 (13)2.3.3 连杆小头的疲劳安全系数 (13)2.3.4 连杆小头横向直径减少量 (14)2.4 连杆杆身的强度计算 (14)2.4.1连杆所受最大拉伸力和压缩力 (14)2.4.2 连杆中间截面的应力和安全系数 (15)2.5连杆大头的强度计算 (17)2.5.1 强度计算假设 (17)2.5.2 连杆大头盖受力 (18)2.5.3 连杆大头横向直径减少值 (20)2.6连杆螺栓的强度计算 (20)2.6.1 连杆螺栓的受力 (20)2.6.2 螺纹所受拉应力 (20)2.6.3 螺栓安全系数 (21)2.7 本章小结 (22)3 连杆三维模型的建立 (23)3.1 连杆的建模思路 (23)3.2 连杆的建模过程 (23)3.2.1 连杆体的建立 (23)3.2.2 连杆衬套、连杆大头盖、螺栓、轴瓦 (30)3.3 连杆装配思路 (31)3.4 连杆的装配 (31)3.5 本章小结 (33)4 连杆的有限元分析 (34)4.1 有限元分析思路 (34)4.2 连杆材料的选择 (34)4.3 网格的划分 (35)4.4 检查模型 (35)4.5 添加连接和设置边界条件 (36)4.5.1 添加连接 (36)4.5.2 边界条件 (36)4.6 施加载荷、计算模型、生成应力图 (36)4.7连杆疲劳强度校核 (38)4.8优化方案 (40)4.9 本章小结 (40)5 结论 (41)参考文献 (42)致谢 (43)附录 (44)附件：连杆二维零件图和装配图 (44)1 绪论1.1 连杆简介及设计要求1.1.1 连杆简介连杆在发动机中起到的作用十分重要，是一个不可或缺的部件。

它将活塞往复直线运动转换为曲轴的旋转运动，在活塞和曲轴之间传递作用力以输出功率。

连杆由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等零件组成，连杆体与连杆盖分为连杆小头、杆身和连杆大头。

连杆在工作中，除承受活塞传来的气体作用力外，还有活塞组和连杆小头的往复惯性力以及连杆本身绕活塞销座变速摆动的惯性力。

因此，连杆在一个复杂的应力状态下工作。

它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。

连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。

通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。

连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能，又要求具有足够的刚性和韧性。

连杆的基本载荷是拉伸和压缩。

最大拉伸载荷出现在进气冲程开始的上止点附近，最大压缩载荷出现在膨胀冲程开始的上止点附近。

此外，由于连杆是一细长杆件，在压缩载荷作用下，还会引起平行和垂直于曲轴轴线平面内的弯曲。

两种弯曲都会给杆身以附加弯曲应力。

连杆摆动的角加速度和转动惯量而产生的惯性力矩，也使连杆承受附加弯矩。

连杆结构如图1-1所示。

图1-1 连杆结构1.1.2 设计要求查《柴油机设计手册》，连杆的设计要求为：（1）结构简单，尺寸紧凑，可靠耐用；（2）在保证具有足够强度和刚度的前提下，尽可能的减轻重量，以降低惯性力；（3）尽量缩短长度，以降低发动机的总体尺寸和总重量；（4）大小头轴承工作可靠，耐磨性好；（5）连杆螺栓疲劳强度高，连接可靠；（6)易于制造，成本低。

连杆不仅是传力构件也是运动件，不能只靠加大尺寸来改变承载能力，要从材料选用、构形设计、热处理、表明强化等方面采取措施进行优化。

1.2 CATIA简介CATIA是法国达索飞机公司开发的CAD/CAM软件，其强大的曲面设计在飞机、汽车、轮船等领域有很高的知名度，它的曲面造型功能体现在提供了丰富的造型工具来支持用户的造型需求，能满足特殊行业对曲面光滑性的苛刻要求。

CATIA V5R20作为CATIA产品系列，具有良好的开放性和协同性，其内容有：配置、二维草图的绘制、零件设计、装配设计、创成式外形设计、自由曲面设计、IMA造型设计、工程图设计、钣金设计、高级渲染、DMU 电子样机、模具设计、数控加工、结构分析等。

本设计将采用CATIA V5R20进行三维模型的创建和有限元分析。