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(全套CAD)4G63发动机曲轴设计及有限元分析(图纸论文整套)

时间:2021-02-21 04:55 来源:网络整理 转载:临湘资讯网
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1、解析法解析法是对构件逐个列出方程,通过各个构件之间的联立线性方程组来求解运动副约束反力和平衡力矩,解析法又包括单位向量法、直角坐标法等。、图解法图解法形象比较直观,机构各组成部分的位移、速度、加速度以及所受力的大小及改变趋势均能通过图解一目了然。图解法作为解析法的辅助手段,可用于对计算机结果的判断和选择。解析法取点数值较少,绘制曲线精度不高。不经任何计算,对曲柄连杆机构直接图解其速度和加速度的方法最早由克莱茵提出,但方法十分复杂[]。、复数向量法复数向量法是以各个杆件作为向量,把在复平面上的连接过程用复数形式加以表达,对于包括结构参数和时间参数的解析式就时间求导后,可以得

2、是过去由于手段的原因,大部分复杂的机构运动尽管能够给出解析式,却难以计算出供工程使用的计算结果,不得不用粗糙的图解法求得数据。随着计算机的发展,可以利用复杂的计算表达式来精确求解各种运动过程和动态过程,从而形成机械性能分析和产品设计的现代理论和方法。随着计算技术的飞速发展,出现了开发对象的自动离线及有限元分析结果可视化显示的热潮,使有限元分析的“瓶颈”得以逐步解决。对象的离散从手工到全自动,从简单对象的一维单一网络到复杂对象的多维多种网络单元,从单材料到多种材料,从单纯的离散到自适应离散,从对象的性能校核到自动适应动态设计、分析。这些重大的发展使有限元分析拜托了仅为性能校

3、度、刚度、稳定性及可靠性等方面的设计和校核计算。同时要满足校核计算,需要对机构进行运动学分析。而为了真是全面地了解机构在运动工况下的力学特性,本文采用了运动学仿真,针对机构进行了实时的,高精度的动力学响应分析与计算,对提高设计水平具有重要意义,而且更直观清晰的反应曲柄连杆机构在运行过程中的受力状况,便于精确计算,同时应用有限元分析,对机构疲劳等强度与刚度的计算能够直观的了解,充分保证曲轴在工况下的强度,对进一步研究发动机的平和与震动、发动机增压的改造等均有较为实用的应用价值。国内外的研究现状多刚体运动学模拟是近十年来发展起来的机械计算机模拟技术,提供了在设计过程中对设计方

4、到机构的运动性能。该方法是机构运动分析的较好方法。通过对机构运动学、动力学的分析,我们可以清楚了解内燃机工作机构的运动性能、运动规律等,从而可以更好地对机构进行性能分析和产品设计。但是过去由于手段的原因,大部分复杂的机械运动尽管能够给出解析表达式,却难以计算出供工程设计使用的结果,不得不用粗糙近似的图解法求得数据。近年来随着计算机的发展,可以利用复杂的计算表达式来精确求解各种运动过程和动态过程,从而形成了机械性能分析和产品设计的现代理论和方法。通过对机构运动学和动力学分析,我们可以清楚了解内燃机工作机构的运动性能、运动规律等,从而可以更好地对机构进行性能分析和产品设计。但

5、为了确定机构的惯性力,必须先知道其加速度和质量的分布。加速度从运动学中已经知道,现在需要知道质量分布。实际机构质量分布很复杂,必须加以简化。为此进行质量换算。、机构运动件的质量换算质量换算的原则是保持系统的动力学等效性。质量换算的目的是计算零件的运动质量,以便进一步计算它们在运动中所产生的惯性力[]。表缸内绝对压力计算结果四个冲程终点压力计算公式计算结果进气终点压力压缩终点压力膨胀终点压力排气终点压力注:平均压缩指数,=;压缩比,=;平均膨胀指数,=;;最大爆发压力,=;此时压力角=,取=。表气压力计算结果四个冲程进气终点压缩终点膨胀终点排气终点()连杆质量的换算连杆是做

6、及生产有着积极的指导作用。实现了曲轴建模和分析计算的自动化、智能化[]。设计研究的主要内容对内燃机运行过程中曲柄连杆机构受力分析进行深入研究,其主要的研究内容有:()对曲柄连杆机构进行运动学和动力学分析,分析曲柄连杆机构中各种力的作用情况,并根据这些力对曲柄连杆机构的主要零部件进行强度、刚度等方面的计算和校核,以便达到设计要求;()分析曲柄连杆机构中主要零部件曲轴,连杆等的工作条件和设计要求,进行合理选材,确定出主要的结构尺寸,并进行相应的尺寸检验校核,以符合零件实际加工的要求;()应用ProE软件对曲柄连杆机构的零件分别建立实体模型;()应用ProE软件将零件模型图转化

7、引起曲轴疲劳失效,而一旦曲轴失效,就可能引起其他零件随之破坏。所以对于整体式多缸曲轴,如何比较准确地得到应力、变形的大小及分布,对用于指导曲轴的设计和改进,具有重要意义。随着发动机的不断强化,曲轴的工作条件愈加苛刻,保证曲轴的工作可靠性至关重要,其设计是否可靠,对柴油机的使用寿命有很大影响,因此在研制过程中需要给予高度重视。由于曲轴的形状及其载荷比较复杂,对其采用经典力学的方法进行结构分析往往有局限性。有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法,是分析各种结构问题的强有力的工具,使用有限元法可以方便地进行分析并为设计提供理论依据。曲轴连杆机构作为发动机的传递

8、机零部件设计的可靠性,缩短了设计周期,大大推动了汽车发动机工业的发展。现今,高性能的产品需要有高水品的设计,设计技术是决定产品性能的关进因素之一。随着科技的进步和使用要求的不断提高,设计方法和设计手段也不断改善,以经验和试制、实验为典型特征的传统设计方法已远不能满足现代产品对性能的需求,取而代之的是以计算机为基本工具,以数值仿真分析为主要手段的现代设计理论和方法的广泛应用。汽车发动机设计是典型的机械系统设计,针对汽车发动机的现代设计技术研究具有代表性意义。曲轴是汽车发动机至今为止关键的部件之一,其性能优劣直接影响着汽车发动机的可靠性和寿命,所以利用计算机仿真技术对曲轴设计

9、复杂平面运动的零件。为了方便计算,将整个连杆(包括有关附属零件)的质量用两个换算质量和来代换,并假设是集中作用在连杆小头中心处,并只做往复运动的质量;是集中作用在连杆大头中心处,并只沿着圆周做旋转运动的质量,如图所示:图连杆质量的换算简图[]为了保证代换后的质量系g,发动机,曲轴,设计,有限元分析,毕业设计,全套,图纸,下载gt第章绪  论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。曲轴承受着气缸内的气体压力及往复和旋转质量惯性力引起的周期性变化的杂合,并对外输出扭矩,理论和实践表明,发动机的曲轴的破坏形式主要是弯曲破坏。因此在曲轴内产生交变的弯曲应力,可以

10、案进行分析和优化的有效手段,在机械设计领域获得越来越广泛的应用。它是利用计算机建造的模型对实际系统进行试验研究,将分析的方法运用于模拟实验,充分利用已有的基本物理原理,采用与实际物理系统实验相似的研究方法,在计算机上运行仿真实验。目前国内对发动机曲柄连杆机构的动力学分析的方法有很多,而且已经完善和成熟。其中机构运动学分析是研究两个或者两个以上的物体间的相对运动,即位移、速度和加速度的变化关系:动力学则是研究产生运动的力。发动机曲柄连杆机构的动力学分析主要包括气体力、惯性力、轴承力、和曲轴转矩等的分析,传统的内燃机工作机构运动力学、运动学分析方法主要有图解法和解分析法[]。

11、动和动力的机构,通过它把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。因此,曲柄连杆机构是发动机中主要的受力部件,其工作可靠性就决定了发动机工作的可靠性。随着发动机强化指标的不断提高,机构的工作条件更加复杂。在多种周期性变化载荷的作用下,如何在设计过程中保证机构具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为曲柄连杆机构设计的关键性问题[]。通过设计,确定发动机曲柄连杆机构的总体结构和部件结构,包括必要的结构尺寸确定、运动学和动力学分析、材料的选取等,以满足实际生产的需要。在传统的设计模式中,为满足设计的需要须进行大量的数值计算,同时为了满足产品的使用性能,须进行强

12、的工具的原始阶段计算结果的可视化显示从简单的应力、位移和温度场等的静动态显示、色彩色调显示,一跃变成对模型可能出现缺陷的位置、形状、大小以及可能波及区域的显示。这种从抽象数据到计算机形象化现实的飞跃,是现在甚至将来计算程序设计、分析的重要组成部分。有限元法随着计算机科学的发展,在包括汽车发动机在内的几乎所有工程领域得到愈来愈广泛的运用。有限元技术的出现,为工程设计领域提供了一个强有力的计算工具,经过迄今约办半个世纪的发展,它已日趋成熟使用,在近乎所有的工程设计领域发挥着越来越重要的作用。而汽车发动机零部件的设计是有限元技术最早的应用领域之一。有限元技术的应用提高了汽车发动

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