汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的結(jié)構(gòu)及有限元分析

全套設(shè)計(jì)（圖紙）加扣扣194535455PAGE摘要對(duì)于汽車而言,發(fā)動(dòng)機(jī)無疑是其最關(guān)鍵的核心所在，而在發(fā)動(dòng)機(jī)中，連桿在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞過程中起到不可或缺的作用；作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件之一,連桿在工作時(shí)所處工況極其惡劣,高頻的擺動(dòng)會(huì)使桿身發(fā)生形變,同時(shí)連桿需要長期承受來自氣缸的爆發(fā)沖擊載荷以及交變載荷,因此,連桿在使用過程中易出現(xiàn)零部件桿身拉斷、接觸疲勞等失效形式；因此，為了將連桿失效的幾率降低，則需要從連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有限元分析以及試制加工三方面入手，保證連桿的設(shè)計(jì)以及加工的合理性，以最大限度的保證整車的可靠性。關(guān)鍵詞：連桿；CAD；有限元；工藝AbstractAutomobileengineconnectingrodisoneofthemostimportantpartsoftheengine,theenginepowerperformanceandreliabilityplaysanimportantrole;Asoneoftheimportantpartsofengine,connectingrodwithverybadworkingconditionofworkplace,high-frequencyoscillationcanmaketheshaftdeformationoccurs,andtheoutbreakoftheconnectingrodneedlong-termfromcylinderunderimpactloadandalternatingload,therefore,connectingrodshaftsnapprocessinparts,andcontactfatiguefailuremodes;Therefore,inordertocuttheoddsofconnectingrodfailure,youneedfromtheconnectingrodstructuredesign,finiteelementanalysis,andmanufactureprocessingofthreeaspects,toensuretherationalityofthedesignoftheconnectingrodandtheprocessing,thegreatestextentensuretheconsistencyofdesignproductsandprocessingproducts,hasabetterchanceofconnectingrodfailuretoaminimum.Keywords:connectingrod;CAD;FEM;technological

目錄第一章概論 11.1課題背景 11.2連桿研究發(fā)展現(xiàn)狀 21.3本文研究的主要內(nèi)容 4第二章EC5連桿幾何模型的建立 62.1概述 62.2CATIA軟件介紹[8] 62.3模型的建立 8第三章連桿的有限元分析 123.1有限元法的基本介紹 133.1.1有限元法的基本思想 133.1.2有限元分析的基本過程 143.2ANSYSWorkbench軟件介紹 153.2.1ANSYSWorkbench概述及特點(diǎn) 163.2.2ANSYS功能的介紹 163.3連桿的工況分析以及載荷計(jì)算 183.3.1連桿的工況分析 183.3.2發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的載荷處理 193.3.2.1連桿承受最大拉力的計(jì)算 203.3.2.2連桿承受最大壓力的計(jì)算 203.3.2.3連桿裝配載荷 213.4連桿的有限元分析 223.4.1過盈以及接觸問題的處理 223.4.2連桿分析類型的確定 243.4.3連桿的前處理 253.4.4接觸設(shè)置 283.4.5施加載荷和約束 293.4.6后處理 323.5連桿的疲勞分析 413.5.1疲勞分析問題概述 413.5.2疲勞問題中的幾個(gè)基本概念 413.5.3疲勞分析 443.5.3.1：AWE中疲勞分析的前提 443.5.3.3疲勞結(jié)果分析： 49第四章連桿的工藝分析 504.1機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展前景 504.2連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)性要求 504.2.1連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 504.2.2連桿的技術(shù)性要求 514.3連桿工藝過程分析 544.3.1定位基準(zhǔn)的選擇 544.3.2工藝過程安排注意的問題 544.3.3確定夾緊方法以及表面的加工方法 554.3.4連桿加工工藝路線的制定 564.3.5切削量選擇的一些基本原則 60第五章結(jié)論 62致謝 63參考文獻(xiàn) 64PAGE64第一章概論1.1課題背景汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿作為直接接收由氣缸爆發(fā)的巨大壓力的最為重要的部件之一，已經(jīng)被相當(dāng)普及的應(yīng)用在各類動(dòng)力機(jī)車上。發(fā)動(dòng)機(jī)連桿在接收氣體燃燒爆發(fā)出的力時(shí)需要承受各種復(fù)雜的往復(fù)力、彎矩以及扭矩；事實(shí)上，連桿的運(yùn)動(dòng)軌跡無非兩種，一種是連桿小頭沿著缸徑方向的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，以及連桿大頭伴隨曲軸曲拐的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這兩種運(yùn)動(dòng)進(jìn)而合成了連桿的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。因此，連桿在使用過程中就需要同時(shí)具有高強(qiáng)度、高韌性以及高的疲勞安全系數(shù)。只要發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，連桿就在往復(fù)不停地做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此連桿的使用期限是必須要保證的；連桿在工作過程中主要有三方面的載荷：循環(huán)慣性力對(duì)連桿產(chǎn)生的拉伸載荷、由于可燃混合氣爆發(fā)產(chǎn)生的爆發(fā)壓力以及由于直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)合成所產(chǎn)生的彎曲載荷，這三種載荷的將會(huì)使連桿產(chǎn)生拉斷、壓斷或扭斷等疲勞破壞現(xiàn)象的出現(xiàn)[1]；我們很有必要設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造在強(qiáng)度、韌性以及疲勞強(qiáng)度等方面更高的連桿來滿足國內(nèi)外對(duì)連桿日益增長的需求。傳統(tǒng)的機(jī)械零部件的生產(chǎn)過程是：首先是由工程師們根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行初步設(shè)計(jì)或是在已有的產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)、或者是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的改進(jìn)，然后做出模型或樣品，再進(jìn)行多次試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，重新設(shè)計(jì)，重新制造并進(jìn)行試驗(yàn)分析，這樣一個(gè)過程會(huì)消耗大量的時(shí)間以及人力物力[2]。其一般步驟是：目標(biāo)設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、加工設(shè)計(jì)、試生產(chǎn)。它需要不斷的完善和總結(jié)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法在很大程度上對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)風(fēng)格質(zhì)量和先進(jìn)性收到設(shè)計(jì)人員水平的局限，有時(shí)質(zhì)量提高受到嚴(yán)重限制[3]。因此，我們亟需尋找新的快速高效、成本低廉以及質(zhì)量達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品開發(fā)方法；由二十世紀(jì)末至二十一世紀(jì)初，隨著計(jì)算機(jī)的大力發(fā)展和應(yīng)用普及，設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)過程逐漸被改變，人們開始將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)，例如從最初的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，人們直接采用CAD技術(shù)在三維軟件中進(jìn)行等比例建立模型，同時(shí)可以將所開發(fā)產(chǎn)品的材料屬性等參數(shù)進(jìn)行輸入，并可以同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)品的裝配分析等，如果出現(xiàn)類似于靜動(dòng)態(tài)干涉問題，那么便直接可以在軟件中進(jìn)行模擬分析，大大提高了效率，這樣可以快速高效地解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程必須要加工出實(shí)物的致命缺陷。另外一點(diǎn)，傳統(tǒng)的產(chǎn)品生產(chǎn)過程中在零件質(zhì)量控制上顯得尤為不足，在有限元技術(shù)未迅速發(fā)展之前，零件的強(qiáng)度以及剛度等特性是否滿足要求，幾乎是完全需要依賴實(shí)物產(chǎn)品的試驗(yàn)結(jié)果，而且，即便有實(shí)驗(yàn)作為依據(jù)，但是也缺乏足夠的分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的工具和手段，現(xiàn)在雖然為了保證產(chǎn)品的可靠性依然需要通過試驗(yàn)手段來保證，但是有限元在產(chǎn)品產(chǎn)前分析已經(jīng)起到了不可或缺的作用，有限元分析可以在很大程度上避免在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)設(shè)計(jì)冗余以及缺陷，根據(jù)分析結(jié)果出現(xiàn)問題及早發(fā)現(xiàn)，避免實(shí)際加工后的人力物力浪費(fèi)，這樣就極大地提高了一款新產(chǎn)品由方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、質(zhì)量分析以及加工制造地效率同時(shí)對(duì)產(chǎn)品性能的提升也有很大的幫助。1.2連桿研究發(fā)展現(xiàn)狀連桿的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但是基本結(jié)構(gòu)變化不大，針對(duì)連桿大端的切口形式的不同可分為平切口式連桿和斜切口式連桿；汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的直徑大于發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的直徑,一般會(huì)采用平切口式連桿；而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中受力狀況較為惡劣,受力也較大,而且發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的直徑往往超過了發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的直徑,因此一般柴油機(jī)將會(huì)采用斜切口式設(shè)計(jì)，如圖1.2.1；另外是連桿螺栓的裝配會(huì)造成連桿大端存在靜載荷，連桿的小頭襯套是經(jīng)過液氮冷卻后依靠壓力機(jī)壓入的；最初的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面國內(nèi)外的差距并不大，關(guān)鍵是在做結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行輕量化時(shí)存在較大差距。

圖1.1平口式與斜口式按照目前連桿的發(fā)展趨勢來看,依據(jù)其加工制造方式的不同基本可以分為三種:粉末冶金制造連桿、模鍛成型、鑄造成型連桿；所謂鑄造連桿又有多種分類：鑄造又有球墨鑄鐵鑄造和可鍛鑄鐵鑄造；模鍛成型的鋼料有不可調(diào)質(zhì)鋼以及可調(diào)質(zhì)之分；鍛造法主要工藝流程是：首先將鋼坯加熱到鍛造溫度，然后將鋼坯送到自動(dòng)軋鋼機(jī)進(jìn)行初軋，使其延伸成一定要求的幾何形狀和尺寸的預(yù)制坯，再將預(yù)制坯送到鍛壓機(jī)的鍛模中進(jìn)行終鍛，或者用多模鍛造法，則不需軋制。而由上世紀(jì)末開始粉末冶金制造連桿的方法也逐漸開始在全世界發(fā)展開來[4]。近些年，國內(nèi)外眾多學(xué)者針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿有限元分析已經(jīng)進(jìn)行了諸多的研究，連桿的有限元分析，在以往的對(duì)連桿進(jìn)行有限元分析的過程方法中，往往會(huì)將連桿的各部分零件進(jìn)行簡化進(jìn)而看做是一個(gè)整體來分析，這樣分析可以在很大程度上簡化分析過程，但隨之帶來的也是對(duì)計(jì)算結(jié)果的可靠性的質(zhì)疑；本身發(fā)動(dòng)機(jī)連桿就是一個(gè)裝配體，既然為裝配體，那么對(duì)其而言，必然由各種大小零部件組成，而由零件組成的裝配體，各個(gè)零件之間就必然存在接觸和連接的問題，這些細(xì)節(jié)往往是影響整個(gè)分析結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵所在，因此為了在最大程度上保證模擬分析結(jié)果和實(shí)際零部件運(yùn)行狀態(tài)的一致，這些問題必然是不可忽略的[5]。多數(shù)情況下，在進(jìn)行分析時(shí)會(huì)將零件載荷進(jìn)行一定程度的簡化，同樣對(duì)于連桿有限元分析所考慮的工況為小頭襯套過盈、大頭軸瓦過盈、螺栓預(yù)緊、爆發(fā)工況以及由于連桿的往復(fù)慣性力所致，需分析連桿的疲勞系數(shù)；綜上所述，伴隨著分析手段的不斷發(fā)展和人們對(duì)實(shí)物本質(zhì)不斷深入的了解，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的分析種類主要集中在以下幾點(diǎn)：連桿的應(yīng)力以及疲勞分析、對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及現(xiàn)在發(fā)展尚不成熟的動(dòng)力學(xué)分析。發(fā)動(dòng)機(jī)連桿是比較復(fù)雜的裝配結(jié)構(gòu)件，縱觀近些年來對(duì)連桿進(jìn)行有限元分析的過程，由最初對(duì)連桿模型的二維結(jié)構(gòu)靜力結(jié)構(gòu)分析到現(xiàn)在逐漸發(fā)展壯大的對(duì)連桿的三維結(jié)構(gòu)模型的動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算，可以看到，對(duì)連桿進(jìn)行有限元分析的結(jié)果的可靠性也有了越來越大的進(jìn)步[6]。在發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的加工工藝方面的技術(shù)有了長足的發(fā)展也是從二十世紀(jì)八九十年代開始，該階段，開始有理論和相對(duì)不太成熟的連桿裂解工藝的試驗(yàn)，近些年來，在國內(nèi)的部分汽車制造企業(yè)也開始大力發(fā)展這種連桿加工工藝；即預(yù)先在需斷裂位置利用機(jī)械方法或者激光束等技術(shù)制造預(yù)裂紋,然后經(jīng)過進(jìn)一步加工將連桿體和連桿蓋分離,國內(nèi)的部分車企也已經(jīng)采用該種工藝。連桿脹斷的加工工藝首先在技術(shù)層面上對(duì)傳統(tǒng)的連桿加工精度和可靠性提出了挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的連桿桿身和桿蓋的分離方式無外乎兩種：鋸斷和銑斷，而這兩種加工方式必然都會(huì)對(duì)連桿桿身和桿蓋接觸部位的材料造成消耗，最終導(dǎo)致連桿桿身和桿蓋接觸部位的連接出現(xiàn)問題，而脹斷連桿則幾乎不會(huì)出現(xiàn)這種問題，其可以直接按照預(yù)裂紋進(jìn)行分離，重新貼合后接觸精度較傳統(tǒng)方法也會(huì)高很多；另一點(diǎn)就經(jīng)濟(jì)效益而言，一旦我國掌握該種連桿加工工藝的核心技術(shù)，一方面會(huì)大幅提高連桿的壽命，另一方面將顯著降低進(jìn)口需求的依賴性，進(jìn)而降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，將會(huì)節(jié)省大量的資金；發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的裂解原理就是首先根據(jù)特定材料的延展特性，使該種材料產(chǎn)生預(yù)定的裂紋，然后通過特殊的方法來控制該紋理的特征走向，最后達(dá)到特定的裂紋效果即連桿桿身和桿蓋的分離，這樣做的目的很多，首先在連桿的裝配精度大幅提高，隨即帶來的即是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿所承受動(dòng)載荷能力的提高等；發(fā)動(dòng)機(jī)可以說是整輛汽車的心臟，而連桿又是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，很大程度上對(duì)連桿的好壞整車性能會(huì)起到很大作用[7]。1.3本文研究的主要內(nèi)容本文旨在通過三方面的工作，對(duì)特定的一種汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿建立比較完善的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的分析與加工過程，主要有以下三方面的工作：第一：根據(jù)給定的連桿參數(shù)如大、小頭孔徑，兩孔中心距等建立連桿的三維實(shí)體模型，此步驟將在CATIA的零件設(shè)計(jì)模塊以及創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)模塊完成，通過連桿的模型建立進(jìn)一步熟悉cad技術(shù)在新的產(chǎn)品開發(fā)過程中所起到的作用；此步驟即為下邊對(duì)連桿進(jìn)行有限元分析做準(zhǔn)備工作；第二：在對(duì)連桿進(jìn)行有限元分析之前做需要做的工作是分析發(fā)動(dòng)機(jī)連桿工作時(shí)所處的工況、約束和邊界條件等；由于實(shí)際連桿工作過程中狀態(tài)極其復(fù)雜，因此在分析時(shí)需要對(duì)模型以及受力狀態(tài)進(jìn)行一定程度的簡化，比如對(duì)模型，一些對(duì)分析結(jié)果影響不大的圓角可以刪除，否則在有限元軟件中分析時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題；另外對(duì)于連桿所處工況，如前所述，實(shí)際分析時(shí)只取集中比較典型的工況進(jìn)行處理；有限元分析三方面的內(nèi)容：連桿大頭軸瓦與連桿蓋、小頭襯套與連桿小頭孔不同情況下的接觸壓力；不同工況下連桿小頭襯套和大頭軸瓦的變形量以及在循環(huán)工況下連桿的高周疲勞系數(shù)值。這些結(jié)果在初始技術(shù)設(shè)計(jì)階段已經(jīng)可以很大程度上保證連桿的可靠性。第三：在對(duì)連桿進(jìn)行有限元分析并保證連桿的強(qiáng)度、剛度以及疲勞系數(shù)后，便可對(duì)該連桿進(jìn)行試制加工的工藝編制，在該環(huán)節(jié)，將直接實(shí)地對(duì)生產(chǎn)連桿的廠家進(jìn)行考察，充分了解國內(nèi)主要連桿生產(chǎn)廠家在實(shí)際生產(chǎn)工程中的工藝流程是怎樣的，然后對(duì)比分析本文所涉及的連桿，對(duì)其進(jìn)行工藝編制，在廠方的指導(dǎo)以及新技術(shù)的融合下完成對(duì)該連桿的工藝編制并進(jìn)行審核。綜上，望通過對(duì)連桿的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度以及工藝設(shè)計(jì)，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，對(duì)現(xiàn)代連桿的設(shè)計(jì)生產(chǎn)有更深一步的理解，加深對(duì)實(shí)際工程技術(shù)的認(rèn)知，對(duì)個(gè)人技術(shù)成長有較強(qiáng)的提升。第二章EC5連桿幾何模型的建立2.1概述發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)等這一切工作的前提是必須要有基本模型作為支撐，即首先需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率以及布置要求等參數(shù)，確定所設(shè)計(jì)連桿的基本參數(shù)和數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)輔助軟件建立得到連桿的基本模型，得到的模型應(yīng)該最大程度上保證與實(shí)際設(shè)計(jì)零件的一致性，以保證后續(xù)設(shè)計(jì)工作如有限元分析、工藝設(shè)計(jì)等工作的準(zhǔn)確性和可靠性。2.2CATIA軟件介紹[8]CATIA是法國達(dá)索（Dassault）系統(tǒng)公司的大型高端CAD/CAE/CAM一體化應(yīng)用軟件，在世界CAD/CAE/CAM領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位，其內(nèi)容涵蓋了從產(chǎn)品到概念設(shè)計(jì)、工業(yè)造型設(shè)計(jì)、三維模型設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)模擬與仿真、工程圖輸出、到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程，應(yīng)用范圍涉及航空航天、汽車、機(jī)械、造船、通用機(jī)械、數(shù)控（NC）加工、醫(yī)療器械和電子等諸多領(lǐng)域。CATIAV5是達(dá)索公司在為數(shù)字化企業(yè)服務(wù)過程中不斷探索的結(jié)晶，代表著當(dāng)今這一領(lǐng)域的最高水平，包含了眾多最先進(jìn)的技術(shù)和全新的概念，指明了企業(yè)未來的發(fā)展方向，與其他同類軟件相比具有絕對(duì)的優(yōu)勢。CATIA軟件的全稱是ComputerAidedTri-DimensionalInterfaceApplication，在它上述提到的眾多的模組里，各個(gè)模組又有一個(gè)到幾十個(gè)不同的模塊，其中功能模組如基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)計(jì)、形狀、分析與模擬、AEC工廠、加工、數(shù)字化裝配、設(shè)備與系統(tǒng)、制造的數(shù)字化處理、加工模擬、人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與分析、知識(shí)工程模塊和ENOVIAV5VPM（如圖2.1所示）圖2.1CATIAV5R21中的模組以及模塊菜單1.“基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)”模組“基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)”模組主要包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料庫、CATIA不同版本之間的轉(zhuǎn)換、圖片制作、實(shí)時(shí)渲染（RealTimeRendering）等基礎(chǔ)模塊。2.“機(jī)械設(shè)計(jì)”模組“機(jī)械設(shè)計(jì)”模塊提供了機(jī)械設(shè)計(jì)中所需要的絕大多數(shù)模塊，包括零部件設(shè)計(jì)，裝配件設(shè)計(jì)、草圖繪制器、工程制圖、線框和曲面設(shè)計(jì)等模塊。另外，“機(jī)械設(shè)計(jì)”模組還可以通過專用的應(yīng)用程序來滿足鈑金與模具制造商的需求，以大幅提升其生產(chǎn)力并縮短上市時(shí)間。3.“形狀”模組包括了自由曲面造型（Freestyle）、汽車白車身設(shè)計(jì)（AutomotiveClassA）、創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)（GnerativeShapeDesign）和快速曲面重建（QuickSurfaceReconstruction）等模塊。4.“加工”模組5.“數(shù)字化裝配”模組6.“分析與模擬”模組7.“AEC工廠”模組8.“人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與分析”模組9.“設(shè)備與系統(tǒng)”模組10.“知識(shí)工程模塊”模組2.3模型的建立該連桿模型在CATIA零件設(shè)計(jì)模塊中完成，整個(gè)模型的完成主要有三部分組成：①連桿體；②小頭襯套（具有鈑金特征）；③螺栓；連桿的建模思路為：首先以固定不變的基準(zhǔn)建立桿身部分模型，如圖2.2所示圖2.2利用布爾操作建立連桿小頭及桿身連接模型，如圖2.3所示圖2.3對(duì)上述模型進(jìn)行雙向拔模并兩次進(jìn)行布爾操作得到模型效果如圖2.4所示圖2.4插入新幾何體建立連桿大端模型并建立通過多截面實(shí)體操作獲得連桿大端兩側(cè)面結(jié)果,如圖2.5所示圖2.5插入新幾何體并通過一系列基本操作:定義肋、凸臺(tái)鏡像、分割、布爾操作，過程圖解以及桿身凹槽如圖2.6圖2.6大小頭為達(dá)到輕量化效果所建立的減重結(jié)構(gòu)，如圖2.7圖2.7最終模型如圖2.8所示圖2.8連桿的最終模型如上圖所示。第三章連桿的有限元分析傳統(tǒng)上對(duì)連桿進(jìn)行有限元分析時(shí)，由于大多數(shù)連桿結(jié)構(gòu)均為對(duì)稱形式，因此傳統(tǒng)有限元分析一般都采用二維平面進(jìn)行分析，這樣分析過程就可以大大簡化，但是簡化模型的過程直接導(dǎo)致的問題就是模型計(jì)算結(jié)果的與實(shí)際狀態(tài)相差較大，結(jié)果差強(qiáng)人意；而伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的設(shè)計(jì)者采用三維模型進(jìn)行分析，而且盡可能通過各種手段模擬出連桿裝配體中各個(gè)零件的真正裝配狀態(tài)，以便得出更接近實(shí)際狀態(tài)的結(jié)果，傳統(tǒng)意義上對(duì)零件的強(qiáng)度等問題的分析流程如以下流程所示：圖3.1在有限元軟件中對(duì)于一個(gè)裝配體結(jié)構(gòu)進(jìn)行FEA分析時(shí)，分析連桿運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，確定連桿所處工況后，關(guān)鍵問題在于如何讓在軟件中將該裝配體的約束正確無誤的體現(xiàn)出來，以及如何正確模擬連桿裝配體各個(gè)零件之間的接觸問題，不同的軟件中接觸問題設(shè)置的功能按鈕以及內(nèi)部算法都會(huì)存在不同程度的不同，因此計(jì)算結(jié)果也會(huì)存在不同程度的差異；該論文未對(duì)連桿裝配體進(jìn)行過多的簡化，只將一些過度圓角、倒角以及襯套內(nèi)部的鈑金特征和軸瓦內(nèi)部的卡槽特征進(jìn)行了簡化，以便能夠在分析時(shí)模擬出最真實(shí)的狀況，同樣這樣帶來的問題就是設(shè)置一系列約束、接觸問題以及計(jì)算過程的繁瑣；同時(shí)為了簡化約束設(shè)置問題，本論文采取1/2連桿模型進(jìn)行有限元分析。3.1有限元法的基本介紹3.1.1有限元法的基本思想有限元分析（FEA，F(xiàn)initeElementAnalysis）的基本概念是將復(fù)雜的模型進(jìn)行離散化后，用簡單地模型代替復(fù)雜的模型對(duì)計(jì)算進(jìn)行簡化。它是將許多被稱為有限元的小的互聯(lián)子域作為求解域，對(duì)每一個(gè)小的單元進(jìn)行近似求解，然后通過這個(gè)小的求解域來近似得到這個(gè)域的總的滿足條件，因此這個(gè)解是近似解[9]；在工程或物理問題的數(shù)學(xué)模型（基本變量、基本方程、求解域和邊界條件等）確定以后，有限元法作為對(duì)其進(jìn)行數(shù)值分析的基本思想可概括為如下3點(diǎn)[10]：（1）將一個(gè)表示結(jié)構(gòu)或連續(xù)體的求解域離散為若干個(gè)子域（單元），并通過他們邊界上的節(jié)點(diǎn)相互連接成為一個(gè)整體；（2）用每一個(gè)單元內(nèi)所假設(shè)的近似函數(shù)來分片地表示全求解域內(nèi)待求解的未知場變量。而每個(gè)單元內(nèi)的近似函數(shù)由未知場函數(shù)（或其導(dǎo)數(shù)）在單元各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)值和其對(duì)應(yīng)的插值函數(shù)來表達(dá)。由于在連接相鄰單元的節(jié)點(diǎn)上，場函數(shù)具有相同的數(shù)值，因而將它們作為數(shù)值求解的基本未知量。這樣一來，求解原待求場函數(shù)的無窮自由度問題就轉(zhuǎn)換為求解場函數(shù)節(jié)點(diǎn)值的有限自由度問題。（3）通過和原問題數(shù)學(xué)模型（如基本方程、邊界條件等）等效的變分原理或加權(quán)余量法，建立求解基本未知量（場函數(shù)節(jié)點(diǎn)值）的代數(shù)方程組和常微分方程組。此方程組成為有限元求解方程，并表示為規(guī)范化的矩陣形式，接著用相應(yīng)的數(shù)值方法求解該方程，從而得到原問題的解答。有限元法具有以下特點(diǎn)：（1）對(duì)于復(fù)雜幾何構(gòu)型的適應(yīng)性（2）對(duì)于各種物理問題的適用性（3）基于縝密的數(shù)值計(jì)算的可靠性（4）適合計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的高效性但是需要注意的是，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，并非所有的問題計(jì)算時(shí)都能得到完全準(zhǔn)確的解，而有限元法是目前為止一種最方便高效的方法，有限元法相對(duì)來說計(jì)算精度較高，而且可以適用于各種尺寸和形狀復(fù)雜的幾何形狀以及其他方面的分析，因此，在近些年已經(jīng)發(fā)展為行之有效的工程分析手段。3.1.2有限元分析的基本過程ANSYS分析過程包含四個(gè)主要步驟：第一點(diǎn)：確定結(jié)構(gòu)的分析類型；此過程主要是做有限元分析的前期準(zhǔn)備工作，使設(shè)計(jì)分析人員明白所處理的是一個(gè)什么類型的問題，需要用什么樣的方法去解決，是靜力學(xué)問題還是動(dòng)力學(xué)問題，是實(shí)體模型還是平面模型等，從而確定后續(xù)前處理工作是采用什么樣的有限單元來模擬，另外一個(gè)關(guān)鍵性問題，裝配問題應(yīng)該如何讓分析，單獨(dú)零件問題應(yīng)該如何分析，這些問題都是在動(dòng)手操作之前就應(yīng)該很清楚；第二點(diǎn)：前處理；主要工作任務(wù)是將將幾何模型劃分網(wǎng)格，注意幾何模型的來源有兩種，直接從外部CAD軟件導(dǎo)入和直接在有限元分析軟件中進(jìn)行建模，CAE分析軟件的強(qiáng)項(xiàng)在于分析，個(gè)人建議應(yīng)該通過專業(yè)的CAD軟件對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行建模，最后組成裝配體直接從外部打入CAE軟件中；然后進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，靜力結(jié)構(gòu)分析主要注意兩個(gè)參數(shù)的輸入：彈性模量和泊松比；另外還有密度等參數(shù)在適當(dāng)?shù)姆治銮闆r下也需要調(diào)整；第三點(diǎn)：加載并求解；對(duì)于靜力結(jié)構(gòu)分析加載載荷之前，大多數(shù)情況下均需要對(duì)零部件進(jìn)行約束定義，同樣對(duì)于連桿的裝配體，也需要建立適當(dāng)?shù)募s束來限制連桿模型的自由度，而且在本論文中，個(gè)人認(rèn)為自由度限制顯得尤為繁瑣；另外對(duì)于加載，加載之前需要對(duì)連桿運(yùn)動(dòng)時(shí)所處工況有充分的了解，然后將各工況進(jìn)行細(xì)化，不同工況下對(duì)應(yīng)連桿的不同約束；在約束以及全部工況均設(shè)置好之后，則需要求解，應(yīng)該按照不同的工況對(duì)應(yīng)相應(yīng)的約束進(jìn)行求解即可；第四點(diǎn)：后處理；檢查結(jié)果并分析結(jié)果的可靠性。詳細(xì)過程如下圖3.2所示：初步確定初步確定前處理求解后處理分析類型：靜力分析、模態(tài)分析單元類型：殼單元、實(shí)體單元模型類型：零件、組件檢驗(yàn)結(jié)果的正確性查看結(jié)果得出結(jié)論求解施加載荷和約束建立、導(dǎo)入幾何模型劃分網(wǎng)格定義材料屬性圖3.23.2ANSYSWorkbench軟件介紹ANSYSWorkbench是基于在ANSYS經(jīng)典界面延伸發(fā)展出的一款界面精簡，操作使用簡單的快速分析后處理求解器，其涉及的學(xué)科和分析范圍相當(dāng)廣泛，從基本的結(jié)構(gòu)分析包括各種線性和非線性應(yīng)力及剛度分析、模態(tài)分析等等，還有熱分析、流體分析、磁場分析幾大功能模塊；涉及學(xué)科有材料力學(xué)、流體力學(xué)、振動(dòng)、熱力學(xué)、光電學(xué)、耦合場等學(xué)科，真正的將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和各物理學(xué)科現(xiàn)象進(jìn)行結(jié)合，將不可見的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和抽象現(xiàn)象利用數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀的表達(dá)；同時(shí)，該軟件可在當(dāng)下百分之九十以上的計(jì)算機(jī)運(yùn)作，強(qiáng)化可使用性能。3.2.1ANSYSWorkbench概述及特點(diǎn)Workbench是ANSYS公司開發(fā)的新一代協(xié)同仿真環(huán)境。ANSYSWorkbench具有以下特點(diǎn)：協(xié)同仿真、項(xiàng)目管理雙向參數(shù)傳輸功能高級(jí)的裝配部件處理工具先進(jìn)的網(wǎng)格處理功能分析功能內(nèi)嵌可定制的材料庫Workbench文檔管理在Workbench中，當(dāng)指定文件夾及保存了一個(gè)項(xiàng)目后，系統(tǒng)會(huì)在磁盤中保存一個(gè)項(xiàng)目文件（*.wbpj）及一個(gè)文件夾（*_files）。Workbench是通過此項(xiàng)目文件和文件夾及其子文件來管理所有相關(guān)文件的；另外根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，由于該連桿模型是直接通過外部導(dǎo)入Workbench的，因此導(dǎo)入的模型在軟件中肯定有自身的鏈接路徑，在分析完后由于生成了一個(gè)文件和文件夾，如果想要移動(dòng)該文件和導(dǎo)入的幾何模型，就會(huì)出現(xiàn)Geometry處出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)，此時(shí)就必須將幾何模型重新替代即是更改鏈接到已移動(dòng)的路徑，替代后報(bào)錯(cuò)消失，而且此時(shí)已有結(jié)果的Setup、Solution均會(huì)顯示需要更新，如果此時(shí)更新的話那么前面設(shè)置的一系列的裝配體各零件的名稱、所劃網(wǎng)格以及所設(shè)置的接觸等參數(shù)全部就會(huì)恢復(fù)默認(rèn)狀態(tài)，均需要重新進(jìn)行設(shè)置；因此最好的解決方法就是在進(jìn)行分析之前就將導(dǎo)入的模型位置以及所需要放置結(jié)果保存文件夾的位置確定好，這樣就可以避免一系列不必要的問題出現(xiàn)。3.2.2ANSYS功能的介紹1.結(jié)構(gòu)分析靜力分析：用于靜態(tài)載荷。可以考慮結(jié)構(gòu)的線性和非線性行為，例如：大變形、大應(yīng)力、應(yīng)力剛化、接觸、塑性、超彈性及蠕變等。模態(tài)分析：計(jì)算線性結(jié)構(gòu)的自振頻率及振型，譜分析是模態(tài)分析的擴(kuò)展，用于計(jì)算由隨機(jī)振動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變（也叫做響應(yīng)譜或PDS）。諧響應(yīng)分析特征屈曲分析專項(xiàng)分析2、ANSYS熱分析熱分析包括以下類型：相變（熔化及凝固）內(nèi)熱源（例如電阻發(fā)熱等）熱傳導(dǎo)熱對(duì)流熱輻射3、ANSYS電磁分析電磁分析中考慮的物理量是磁通量密度，磁場密度、磁力、磁力矩、阻抗、電感、渦流、耗能及磁通量泄漏等。磁場可由電流、永磁體、外加磁場等產(chǎn)生。磁場分析包括以下類型：靜磁場分析交變磁場分析。瞬態(tài)磁場分析電場分析高頻電磁場分析4、ANSYS流體分析流體分析主要用于確定流體流動(dòng)及熱行為。流體分析包括以下類型：CFD（CouplingFluidDynamic耦合流體動(dòng)力）聲學(xué)分析容器內(nèi)流體分析流體動(dòng)力學(xué)耦合分析5、ANSYS耦合場分析3.3連桿的工況分析以及載荷計(jì)算在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿進(jìn)行有限元分析之前,必須要對(duì)連桿在工作過程中所處的基本工況類型做詳細(xì)的分析和分類,以確定連桿在實(shí)際工作中所承受的載荷類型,進(jìn)而才能對(duì)其載荷值找到突破口進(jìn)行分析計(jì)算,進(jìn)而確定在實(shí)際操作中怎樣對(duì)連桿的受力方式進(jìn)行加載模擬分析3.3.1連桿的工況分析連桿的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如下圖3.3所示[13]:圖3.3圖中：L連桿長度，mm；R曲柄銷半徑，mm；w曲軸的角速度，rad/s；α曲軸的轉(zhuǎn)角；β連桿的擺角，逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)；X活塞的位移，mm。發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的基本運(yùn)動(dòng)簡圖如上圖所示，連桿在運(yùn)動(dòng)中最大拉伸載荷出現(xiàn)在進(jìn)氣沖程的上止點(diǎn)附近，連桿承受慣性載荷，慣性載荷使連桿體出現(xiàn)拉伸，事實(shí)上，該慣性載荷包含三部分：活塞組的往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性載荷、連桿體上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性載荷以及連桿大頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性載荷；此時(shí)，連桿小頭襯套上部和大頭軸瓦下部承受較大的壓力；連桿最大壓縮載荷出現(xiàn)在做功沖程的上止點(diǎn)附近，連桿承受由于可燃混合氣點(diǎn)燃而產(chǎn)生的最大氣體爆發(fā)壓力，連桿小頭襯套下部承受活塞銷傳遞的壓力以及連桿大頭軸瓦承受由連桿所傳遞的氣體壓力，以及慣性載荷；除了承受在連桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中承受拉壓載荷，以及由于循環(huán)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性載荷之外，連桿還會(huì)產(chǎn)生由于裝配產(chǎn)生的螺栓預(yù)緊力，連桿小頭襯套過盈裝配產(chǎn)生的過盈力，大頭軸瓦過盈裝配產(chǎn)生的過盈力作用。本文對(duì)連桿的有限元分析過程，將分析以下幾種主要作用力：（1）可燃?xì)怏w的最大爆發(fā)壓力；對(duì)連桿產(chǎn)生最大壓縮載荷（2）活塞組和活塞銷產(chǎn)生的慣性力；對(duì)連桿產(chǎn)生最大拉伸載荷（3）裝配產(chǎn)生的作用力（包括螺栓預(yù)緊力、軸瓦以及襯套裝配所產(chǎn)生的過盈載荷）3.3.2發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的載荷處理發(fā)動(dòng)機(jī)以及連桿的基本參數(shù)如下表3.1所示：表3.1發(fā)動(dòng)機(jī)及連桿的基本參數(shù)序號(hào)類別參數(shù)1缸徑75mm2連桿總成質(zhì)量0.4102kg3連桿長度143mm4行程90.5mm5最大燃?xì)獗l(fā)壓力12MPa6活塞、活塞環(huán)、活塞銷總質(zhì)量0.299kg7最大連續(xù)超轉(zhuǎn)速7500r/min8曲柄半徑45.25mm9曲柄連桿比0.326610最大角速度785.4rad/s11連桿大頭軸瓦直徑過盈量0.03-0.06mm12連桿小頭襯套直徑過盈量0.05-0.08mm13螺栓預(yù)緊力37000N(Max)3.3.2.1連桿承受最大拉力的計(jì)算連桿進(jìn)行循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，連桿承受慣性拉伸力，最大轉(zhuǎn)速工況時(shí)連桿承受最大拉力；對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，最大拉伸載荷出現(xiàn)在進(jìn)氣沖程的上止點(diǎn)附近，其數(shù)值為活塞組換算到小頭中心的往復(fù)慣性力[14]，該連桿在進(jìn)行計(jì)算時(shí)只利用活塞組件的質(zhì)量進(jìn)行慣性力計(jì)算，即得到最大拉伸載荷；在最大轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)氣沖程上止點(diǎn)附近，連桿小頭承受的最大拉伸載荷P可由下式計(jì)算[15]：(3.1)其中：為活塞組質(zhì)量（kg），其中包括活塞，活塞環(huán)以及活塞銷卡簧等零部件的質(zhì)量；為活塞銷質(zhì)量（kg）；如上表所示，、總質(zhì)量為=0.299kg；R為曲軸曲柄半徑（m），R=0.04525m；為曲柄的角速度（rad/s），最大轉(zhuǎn)速工況時(shí)=785.4rad/s；l為連桿大孔和小孔中心距（m）,l=0.13854m；為曲柄連桿比，=R/l=0.3266帶入相關(guān)數(shù)據(jù)得：最大拉伸載荷:3.3.2.2連桿承受最大壓力的計(jì)算在做功沖程上止點(diǎn)附近，連桿承受最大壓縮載荷，此時(shí)，連桿小頭所承受的最大壓縮載荷為最大燃?xì)獗l(fā)壓力與活塞組和活塞銷產(chǎn)生的往復(fù)慣性力之差（即上述計(jì)算的最大拉伸載荷）[15]：(3.2)其中：為連桿所承受的最大壓縮載荷（N）；為發(fā)動(dòng)機(jī)最大爆發(fā)壓力（MPa），=12MPa；取最大轉(zhuǎn)矩工況時(shí)的最大爆發(fā)壓力值（注意中已說明）；為活塞組件和活塞銷產(chǎn)生的慣性力；（也即上述連桿的拉伸載荷，）（N）；計(jì)算該值所涉及到的角速度采用最大轉(zhuǎn)矩工況時(shí)產(chǎn)生的最大爆發(fā)壓力值所對(duì)應(yīng)的角速度以及轉(zhuǎn)速（非上述計(jì)算中的最大轉(zhuǎn)速工況對(duì)應(yīng)的角速度值）；該角速度由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得來；為活塞直徑，也即缸徑（m）；注意：最大燃?xì)獗l(fā)壓力是由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而來，包含兩種情況，標(biāo)定工況和最大扭矩工況；此處最大爆發(fā)壓力的來源為最大轉(zhuǎn)矩工況；另外，活塞組以及活塞銷所產(chǎn)生的慣性力計(jì)算中所涉及的角速度即采用該工況時(shí)產(chǎn)生的最大爆發(fā)壓力所對(duì)應(yīng)的角速度，該值由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的來；計(jì)算得出：3.3.2.3連桿裝配載荷連桿所承受的裝配載荷包含三種：連桿螺栓產(chǎn)生的裝配預(yù)緊力，連桿小頭襯套過盈配合產(chǎn)生的過盈載荷以及大頭軸瓦過盈配合產(chǎn)生的過盈載荷；連桿螺栓的主要作用是連接連桿蓋和連桿桿身，保證桿身和連桿蓋在任何工況下不發(fā)生分離和橫向錯(cuò)位，切均能可靠結(jié)合[16]；螺栓預(yù)緊力的計(jì)算過程這里不做過多的贅述，分析時(shí)所加載的螺栓預(yù)緊力為；對(duì)于大頭軸瓦和小頭襯套過盈配合直接可以在Workbench軟件中根據(jù)過盈量來模擬，因此，由于過盈配合而產(chǎn)生的過盈載荷就不再計(jì)算；連桿大頭軸瓦直徑過盈量為0.03-0.06mm，連桿小頭襯套直徑過盈量為0.05-0.08mm。綜上所述，連桿所承受的載荷如下表3.2所示：表3.2連桿承受載荷序號(hào)載荷類型載荷值1連桿承受最大拉伸載荷(N)11071.632連桿承受最大壓縮載荷（N）34924.23螺栓裝配預(yù)緊力(N)370004連桿小頭襯套過盈量(mm)0.05-0.085連桿大頭軸瓦過盈量(mm)0.03-0.063.4連桿的有限元分析本節(jié)將按照有限元分析的基本過程對(duì)連桿進(jìn)行靜力分析。3.4.1過盈以及接觸問題的處理接觸問題就是當(dāng)兩個(gè)分離的表面相互觸碰并互切時(shí)，就稱它們?yōu)榻佑|狀態(tài)[11]；在一般物理意義中，處于接觸狀態(tài)的表面具有以下特點(diǎn)：不相互穿透、能夠傳遞法向壓力和切向摩擦力以及通常不傳遞法向拉力；因此，它們之間可以自由地分開并遠(yuǎn)離。接觸問題屬于強(qiáng)非線性問題，因?yàn)殡S著接觸狀態(tài)的改變，接觸表面的法向和切向剛度都有顯著的變化；接觸問題是狀態(tài)改變的非線性問題，意即系統(tǒng)的剛度依賴于接觸的狀態(tài)；另外使得接觸問題變得復(fù)雜化的一些其他因素包括：典型的在分析初期，接觸區(qū)域處于未知狀態(tài)，另外多數(shù)問題涉及到摩擦，還有除了和其他部件接觸某些部件可能是無約束的即在建立起接觸之前，這樣的部件初始為無約束自由體，整體剛度為零，靜態(tài)分析中，無約束自由體在數(shù)學(xué)上是不穩(wěn)定的，求解“溢出”。另外明確接觸剛度是影響精度和收斂行為的最重要的參數(shù)。連桿的裝配接觸問題，現(xiàn)有，設(shè)計(jì)分析基本都是CAD軟件中導(dǎo)入實(shí)體模型，然后在Workbench中對(duì)輸入的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分和分析；對(duì)于多數(shù)的CAD程序，一個(gè)單個(gè)的體無論多復(fù)雜都是代表單個(gè)零件，在裝配體中，多個(gè)體模型將由幾個(gè)零件連接在一起。一個(gè)裝配體零件的邊界通常表示CAD模型內(nèi)在數(shù)學(xué)上的不連續(xù)，也就是說在對(duì)裝配體劃分網(wǎng)格時(shí)。不同的體之間的邊界處的網(wǎng)格不連續(xù)，邊界一邊的節(jié)點(diǎn)不會(huì)與邊界另一邊的節(jié)點(diǎn)相通話；對(duì)于CAD裝配模型進(jìn)行裝配接觸設(shè)置必須具有以下幾點(diǎn)特征：第一點(diǎn)，零件必須沿一個(gè)邊界相互“觸碰”；第二點(diǎn)，邊界面不需要完全吻合，幾何圖形上的一些數(shù)學(xué)“噪音”是可以接受的；第三點(diǎn)，在生成裝配接觸對(duì)之前，兩個(gè)相鄰零件之間必須先劃分網(wǎng)格。Workbench中定義了五種接觸類型[17]：圖3.4Bonded(綁定接觸）：不允許面或線間有相對(duì)滑動(dòng)或分離，可將此區(qū)看做為被連接在一起，可用作線性求解。如果接觸是從數(shù)學(xué)模型中設(shè)定的，程序?qū)⑻畛渌械拈g隙，忽略所有的初始滲透。NoSeparation(不分離)：和綁定類似，它只適用于面。不允許接觸區(qū)域的面分離，但是沿著接觸面可以有小的無摩擦滑動(dòng)。Frictionless（無摩擦）：代表單邊接觸，即，如果出現(xiàn)分離則法向壓力為零。只適用于面接觸。因此，根據(jù)不同的載荷，模型間可以出現(xiàn)間隙。為非線形求解，因?yàn)樵谳d荷施加過程中接觸面積可能會(huì)發(fā)生改變，假設(shè)摩擦系數(shù)為零，因此允許自由滑動(dòng)。使用這種接觸方式時(shí)，需注意模型約束的定義，防止出現(xiàn)欠約束。程序會(huì)給裝配體上加上弱彈簧，幫助固定模型，以得到合理的解。Rough（粗糙）：這種接觸方式和無摩擦雷士，但表現(xiàn)為完全的摩擦約束，即沒有相對(duì)滑動(dòng)，只適用于面接觸。默認(rèn)情況下，不自動(dòng)消除間隙。這種情況相當(dāng)于接觸體間摩擦系數(shù)無窮大。Frictional（有摩擦）：這種情況下，在發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)前，兩接觸面可以通過接觸區(qū)域傳遞一定數(shù)量的剪應(yīng)力。有點(diǎn)像膠水，模型在滑動(dòng)發(fā)生前定義一個(gè)等效的剪應(yīng)力，作為接觸壓力的一部分。一旦剪應(yīng)力超過此值，兩面將發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。只適用于面接觸，摩擦系數(shù)可以是任意非負(fù)值。注意：前兩種為線性接觸行為，后三種為非線性接觸類型。對(duì)于過盈配合的設(shè)置，該連桿模型過盈配合位置有連桿軸瓦與桿身及桿蓋、連桿小頭與襯套配合，選定好接觸狀態(tài)之后只需在offset出設(shè)置過盈量即可。3.4.2連桿分析類型的確定本論文所分析連桿模型初步確定為靜態(tài)強(qiáng)度分析，包括連桿整體以及各個(gè)零件的應(yīng)力以及變形、接觸壓力、疲勞分析等；由于連桿為由外部軟件導(dǎo)入的實(shí)體模型，因此單元類型選擇實(shí)體單元；連桿模型類型為裝配體，該連桿裝配體共有以下幾種零件組成：連桿桿身、連桿桿蓋、連桿螺栓兩條、連桿大頭軸瓦兩片、連桿小頭襯套，另外分析輔助零件，連桿軸頸以及活塞銷；為了在定義約束時(shí)進(jìn)行簡化，因此在分析時(shí)將采用二分之一的裝配模型進(jìn)行分析。另外，為防止過度的將模型簡化而導(dǎo)致不準(zhǔn)確的結(jié)果，因此，本論文對(duì)在Workbench中分析所采用的連桿只進(jìn)行了局部過度圓角處理、局部倒角處理以及襯套內(nèi)孔的鈑金特征去除和連桿大頭軸瓦內(nèi)部卡槽的處理；能夠保證在修改小的局部特征之后分析結(jié)果不出現(xiàn)大的偏差。裝配體如圖3.5所示： 圖3.53.4.3連桿的前處理連桿有限元分析前處理包括三方面的內(nèi)容：幾何模型的導(dǎo)入、材料屬性的定義、過盈以及接觸問題的處理和網(wǎng)格的劃分。第一，幾何模型的導(dǎo)入；該連桿模型通過CATIA實(shí)體模型進(jìn)行導(dǎo)入，采用Stp格式主要是因?yàn)樵摳袷较聦?dǎo)出模型為實(shí)體，如果直接將CATIA格式導(dǎo)為Igs格式的話，形成的是所提取出的面，在畫網(wǎng)格時(shí)會(huì)比較繁瑣而且沒有什么意義，因此，采用stp格式導(dǎo)入；另外在導(dǎo)入之前需要注意的問題：導(dǎo)入之前需要將部分基本不會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的圓角、倒角等刪除掉，在該連桿模型中處理掉的還有連桿小頭襯套內(nèi)孔表面的鈑金特征，以及連桿大頭軸瓦內(nèi)孔面上卡槽特征，這樣可以很大程度上減少因局部網(wǎng)格劃分質(zhì)量較差而帶來的計(jì)算結(jié)果偏差較大等問題的出現(xiàn)；最后，依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，由于Workbench中有自動(dòng)識(shí)別裝配體之間的接觸副的功能，因此在導(dǎo)入之后對(duì)這些接觸修改時(shí)就會(huì)很方便，但是同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問題，就是workbench自動(dòng)識(shí)別出的接觸并不一定能保證是你想要的全部接觸，有可能接觸位置個(gè)數(shù)變多或是變少，為了避免這個(gè)問題，如果在導(dǎo)入之前，在CATIA裝配體模式下，所有裝配約束都已經(jīng)建立好的情況下，最好是再在特征樹上將全部的約束都刪掉（當(dāng)然，這樣是不會(huì)模型中各個(gè)零件的位置和接觸狀態(tài)的），然后再轉(zhuǎn)換為stp格式，這樣做就可以避免在導(dǎo)入workbench之后出現(xiàn)接觸副位置和個(gè)數(shù)與預(yù)料狀況不同的結(jié)果出現(xiàn)。連桿導(dǎo)入模型如圖3.6所示圖3.6導(dǎo)入幾何體后，Geometry中共有9個(gè)Part，包括：連桿桿身、連桿桿蓋、上軸瓦、下軸瓦、螺栓1、螺栓2、襯套、活塞銷、曲軸軸頸。第二：材料屬性的建立；該連桿所有零部件所使用材料如下表3.3所示,表3.3連桿零件材料零件名稱材料彈性模量泊松比σs（Mpa）σb（Mpa連桿桿身C702100000.3543940連桿蓋C702100000.3543940連桿螺栓鋼2110000.27710002100軸瓦鋼2110000.277襯套鋼2110000.277由于組成連桿的這五種零件的彈性模量以及泊松比值均相差不大，在對(duì)結(jié)果影響不大的前提下，統(tǒng)一將零部件的材料設(shè)置為C70，以連桿桿身為例，設(shè)置結(jié)果如圖3.7所示：圖3.7第四：網(wǎng)格的劃分；進(jìn)行Mesh，該連桿網(wǎng)格采用實(shí)體單元四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分；網(wǎng)格劃分應(yīng)該注意一些問題：由于該連桿為裝配模型，因此各個(gè)零件尺寸大小相差較大，比如連桿桿身、桿蓋與軸瓦厚度方向的尺寸，桿身小頭與小襯套厚度方向尺寸，在這些零件的接觸位置由于兩者尺寸相差較大，如果劃分網(wǎng)格的尺寸按照傳統(tǒng)的劃法，直接給定一個(gè)整體的尺寸進(jìn)行劃分，必然會(huì)導(dǎo)致一些零件的劃分效果不理想，例如軸瓦尺寸過薄，劃分得出的網(wǎng)格就會(huì)顯得細(xì)長，這樣計(jì)算出的結(jié)果必然會(huì)與實(shí)際情況有較大的偏差；事實(shí)要保證網(wǎng)格的高質(zhì)量劃分，至少需要保證兩種尺寸相差較大的零件結(jié)合處網(wǎng)格尺寸必須要有一個(gè)過渡，即在零件接觸部位附近網(wǎng)格的尺寸應(yīng)該適當(dāng)程度的加密，保證兩零件在接觸區(qū)域的網(wǎng)格密度是一致的，否則此處的應(yīng)力結(jié)果會(huì)有較大的變化；因此直接采用Workbench現(xiàn)有的網(wǎng)格劃分工具conactsizing，選擇在上述已經(jīng)定義好的各零件接觸狀態(tài)進(jìn)行劃分，Mesh設(shè)置的尺寸為3.0mm，得出網(wǎng)格如下圖3.8所示：圖3.8劃分結(jié)果:四面體Solid單元，共48584節(jié)點(diǎn),24308個(gè)網(wǎng)格單元；3.4.4接觸設(shè)置接觸類型均為非線性接觸；采用Frictional接觸類型的有：軸頸和軸瓦（包括上軸瓦和下軸瓦）、下軸瓦和上軸瓦、下軸瓦和桿蓋、上軸瓦和桿身、桿身和桿蓋；活塞銷和襯套、襯套和桿身；采用Frictional理由：這些零件連接部位，均為非線性接觸，均法向可分離，且有摩擦力；采用Bonded接觸類型的有：螺栓1和桿身、螺栓1和桿蓋、螺栓2和桿身、螺栓2和桿蓋；采用Bonded理由：僅在螺栓和連桿接觸部位采用Bonded接觸，由于該部位類似于共用節(jié)點(diǎn)，無相對(duì)位移產(chǎn)生，因此采用該接觸類型；連桿中各零件的接觸類型設(shè)置如圖3.9所示：圖3.93.4.5施加載荷和約束求解步驟包含兩個(gè)步驟：施加載荷和約束；對(duì)連桿裝配體進(jìn)行靜力結(jié)構(gòu)分析，必須防止整個(gè)模型出現(xiàn)剛體位移，對(duì)連桿做出的位移約束限制[18]如下：在連桿對(duì)稱面上包括所有零件桿身、桿蓋、連桿螺栓、軸瓦、襯套、連桿軸頸以及活塞銷加FrictionlessSupport，此約束是通過在所有對(duì)稱面上加該約束進(jìn)而限制所有對(duì)稱面法向位移，此約束共用；對(duì)軸頸和軸瓦對(duì)稱的面上添加Fixedsupported約束，最大拉伸工況時(shí)，小頭襯套上施加載荷，軸頸固定Fixed；最大壓縮載荷時(shí)，小頭襯套施加載荷，活塞銷固定Fixed；載荷添加如下：每個(gè)螺栓的二分之一模型分別添加9000N的螺栓預(yù)緊力；軸瓦和襯套的過盈量和分別在Connection中的上軸瓦和桿身、下軸瓦和桿蓋以及襯套和桿身的Frictionnal連接選項(xiàng)下的Details中的Advanced設(shè)置offset值0.03mm和0.05mm；由于循環(huán)慣性產(chǎn)生的最大拉伸載荷施加在連桿小頭，最大爆壓工況產(chǎn)生的最大壓力同樣施加在連桿小頭；如下圖3.10，流型樹顯示在AWE中所進(jìn)行的設(shè)置按鈕顯示，下圖為約束以及載荷在添加之后所顯示的結(jié)果。圖3.10求解時(shí)直接選擇性的通過某種工況下需要計(jì)算某種毅力或應(yīng)變結(jié)果進(jìn)行選擇計(jì)算。求解所需結(jié)果類型如下表3.4：表3.5連桿分析工況類型工況所需分析結(jié)果備注裝配（螺栓預(yù)緊、軸瓦過盈以及襯套過盈）螺栓應(yīng)力螺栓變形襯套變形軸瓦變形桿身和桿蓋的接觸壓力連桿和上下軸瓦的接觸壓力裝配+循環(huán)慣性力工況連桿平均應(yīng)力襯套變形軸瓦變形桿身和桿蓋的接觸壓力連桿和上下軸瓦的接觸壓力裝配+最大爆發(fā)工況連桿平均應(yīng)力襯套變形軸瓦變形桿身和桿蓋的接觸壓力連桿和上下軸瓦的接觸壓力 3.4.6后處理連桿在不同工況下所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力以及變形結(jié)果如下所示，工況一，裝配工況（螺栓預(yù)緊載荷、軸瓦過盈以及襯套過盈）下，各結(jié)果如下；裝配工況下螺栓的應(yīng)力分布，如圖3.11所示：圖3.11螺栓材料的屈服強(qiáng)度1000MPa，螺栓裝配工況的最大應(yīng)力，符合強(qiáng)度條件，滿足設(shè)計(jì)要求；裝配工況下螺栓的變形結(jié)果如圖3.12所示：圖3.12螺栓最大變形為0.029mm，滿足設(shè)計(jì)要求裝配工況下襯套變形如圖3.13所示：圖3.13襯套最大變形為0.053mm,滿足設(shè)計(jì)要求；裝配工況下軸瓦的變形如圖3.14所示：圖3.14軸瓦變形最大值0.005mm，滿足設(shè)計(jì)要求；裝配工況下桿身和桿蓋、桿身和上軸瓦、桿蓋和下軸瓦的接觸壓力如圖3.15所示：圖3.15接觸壓力最大值出現(xiàn)在軸瓦上如圖所示，，因此，滿足設(shè)計(jì)要求；工況二，裝配以及循環(huán)慣性力綜合工況，各項(xiàng)結(jié)果如下：連桿平均應(yīng)力如圖3所示，放大250倍后如圖3.16所示：圖3.16裝配以及循環(huán)慣性力綜合工況下連桿的平均應(yīng)力最大值為783.54MPa，略大于屈服極限，但小于強(qiáng)度極限，但是由上圖可以看出，最大應(yīng)力是出現(xiàn)在連桿桿身和桿蓋與螺栓的接觸部位，而且該處截面變化較大，因此，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，該處的應(yīng)力值不足以代表整個(gè)連桿的應(yīng)力結(jié)果，由上圖可以看出，整個(gè)連桿整體的應(yīng)力范圍在0MPa-400MPa，小于屈服極限，因此，該連桿強(qiáng)度在該種工況下滿足設(shè)計(jì)要求放大250倍后的應(yīng)力結(jié)果云圖如圖3.17所示，符合實(shí)際變形結(jié)果：圖3.17裝配和循環(huán)慣性力工況下的襯套變形如圖3.18所示：圖3.18該工況下襯套變形最大值為0.072mm，滿足設(shè)計(jì)要求。裝配和循環(huán)慣性力工況下軸瓦的變形如圖3.19所示：圖3.19軸瓦變形最大值為0.00517mm，滿足設(shè)計(jì)要求。裝配和循環(huán)慣性力工況下桿身和桿蓋、桿身和上軸瓦、桿蓋和下軸瓦的接觸壓力如圖3.20所示：圖3.20接觸壓力最大值為，滿足設(shè)計(jì)要求。工況三，裝配和最大爆發(fā)力工況下，各結(jié)果如下所示，裝配和最大爆發(fā)力工況下，連桿平均應(yīng)力如圖3.21所示：圖3.21放大230倍之后的結(jié)果如圖3.22所示：圖3.22裝配和最大爆發(fā)工況下連桿的平均應(yīng)力最大值為671.8MPa,略大于屈服極限543MPa，但小于強(qiáng)度極限940MPa，同樣最大平均應(yīng)力出現(xiàn)的位置為桿身和桿蓋結(jié)合部位，與螺栓相連接，該處截面變化較大，而且過渡不夠圓滑，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，同樣，除該處應(yīng)力集中外，連桿其他部位的應(yīng)力均在0MPa-400MPa之間，是小于連桿本身的屈服極限的，而且連桿本身工作載荷區(qū)間并非始終為該極限拉伸載荷，局部應(yīng)力集中不足以代表整個(gè)連桿的應(yīng)力變化過程，因此，該連桿是滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的；圖3放大230倍之后的變形結(jié)果也是符合常理的，因此該設(shè)計(jì)符合要求。裝配和最大爆發(fā)力工況下，襯套變形結(jié)果如圖3.23所示：圖3.23襯套變形最大值為0.086mm，滿足設(shè)計(jì)要求。裝配和最大爆發(fā)工況下下，軸瓦的變形結(jié)果如圖3.24所示：圖3.24軸瓦變形為0.00485mm，滿足設(shè)計(jì)要求。裝配和最大爆發(fā)工況下桿身和桿蓋、桿身和上軸瓦、桿蓋和下軸瓦的接觸壓力如圖3.25所示：圖3.26接觸應(yīng)力的最大值，滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。3.5連桿的疲勞分析3.5.1疲勞分析問題概述疲勞問題[19]一般情況下分為兩種:高周疲勞和低周疲勞；所謂高周疲勞是指載荷加載的循環(huán)次數(shù)在1e4-1e9的情況下產(chǎn)生的，高周疲勞基于應(yīng)力疲勞；低周疲勞是在循環(huán)次數(shù)相對(duì)較低時(shí)產(chǎn)生的，由于塑性變形經(jīng)常會(huì)伴隨低周疲勞，因此低周疲勞的計(jì)算應(yīng)該基于應(yīng)變疲勞。本論文中，對(duì)連桿進(jìn)行高周疲勞分析，AWE的疲勞分析模塊即為基于應(yīng)力疲勞理論進(jìn)行處理，適用于對(duì)連桿進(jìn)行疲勞分析。疲勞分析基于線性靜力分析，即在線性靜力分析之后進(jìn)行；疲勞分析為假設(shè)線性行為；3.5.2疲勞問題中的幾個(gè)基本概念恒定振幅載荷：即循環(huán)載荷的最大值與最小值為固定值時(shí)，則為恒定振幅載荷；對(duì)該連桿進(jìn)行分析時(shí)即采用恒定振幅載荷。比例載荷：指主應(yīng)力的比例時(shí)恒定的，并且主應(yīng)力的削減不隨時(shí)間變化，這意味著由于載荷增加或反作用造成的響應(yīng)將會(huì)容易計(jì)算；該連桿分析采用比例載荷；對(duì)于非比例載荷不做過多贅述；應(yīng)力定義：在最大最小應(yīng)力值作用下的比例載荷和恒定振幅的情況：應(yīng)力范圍：平均應(yīng)力：應(yīng)力幅或交變應(yīng)力： 應(yīng)力比：R= 當(dāng)施加的載荷為大小相等、方向相反時(shí)，發(fā)生對(duì)稱循環(huán)載荷；即為：當(dāng)施加載荷后又撤除該載荷，即為發(fā)生脈動(dòng)循環(huán)載荷；即為：由于連桿在整個(gè)工作過程中，其他部件對(duì)連桿所施加的載荷均為單向的循環(huán)載荷，因此，在AWE中分析時(shí)對(duì)連桿施加脈動(dòng)循環(huán)載荷。如下圖3.27所示：圖3.27 應(yīng)力-壽命曲線：即為S-N曲線，S-N曲線是通過對(duì)試件做疲勞測試所得到的彎曲或軸向測試所反映的單軸應(yīng)力狀態(tài)；對(duì)于S-N曲線，以下幾點(diǎn)須知：第一點(diǎn)：S-N曲線表示的是應(yīng)力幅與失效循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系；第二點(diǎn)：如果同一部件所加載的載荷更高，則導(dǎo)致部件失效的循環(huán)次數(shù)將會(huì)變少；第三點(diǎn)：部件在承受一定循環(huán)次數(shù)的循環(huán)載荷后，所出現(xiàn)的破壞或是；裂紋將有可能會(huì)導(dǎo)致失效；在該連桿的分析過程中，將不考慮平均應(yīng)力理論，忽略其影響，如上圖，將采用附圖MeanStressCorrectionTheory中的SN-None選項(xiàng)參考材料C70S6由實(shí)驗(yàn)得出的疲勞壽命曲線，如圖3.28所示：圖3.28則參考該種材料的疲勞壽命曲線在AWE中手動(dòng)輸入材料C70的應(yīng)力幅和循環(huán)次數(shù)如圖3.29所示：圖3.29由上圖輸入的數(shù)據(jù)可得出C70材料的疲勞壽命曲線如圖3.30所示：圖3.30如上圖所示，該曲線通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制得到，為雙對(duì)數(shù)曲線，表征C70的疲勞壽命值隨應(yīng)力幅的大小變化而變化的曲線圖；由圖中可得出，應(yīng)力幅值越大，則C70的疲勞壽命值越小，這符合一般規(guī)律。3.5.3疲勞分析3.5.3.1：AWE中疲勞分析的前提疲勞分析大的前提時(shí)基于靜力分析的基礎(chǔ)；盡管在模型中也可能存在非線性問題（例如本問題中有很多接觸均為非線性），在處理問題時(shí)就應(yīng)該分析這種行為到底會(huì)不會(huì)對(duì)結(jié)果影響較大；因?yàn)槠诜治鍪羌僭O(shè)線性行為的，而不論實(shí)際問題到底是線性問題或是非線性問題。對(duì)于該連桿的疲勞分析過程，由于疲勞主要發(fā)生在桿身和桿蓋，因此在進(jìn)行疲勞分析時(shí)只針對(duì)桿身和桿蓋兩個(gè)零件，而涉及到桿身和桿蓋的非線性接觸只有一個(gè)，就是它們兩者的接觸部位；對(duì)結(jié)果影響不大，即可以直接假設(shè)線性行為進(jìn)行疲勞分析；同時(shí)聲明，即該疲勞分析所有結(jié)果只針對(duì)桿身和桿蓋進(jìn)行；3.5.3.2疲勞參數(shù)設(shè)置及結(jié)果（FatigueTool強(qiáng)度因子；影響連桿疲勞強(qiáng)度的因素比較多，除卻平均應(yīng)力外，其他因素類似于表面光潔度，圓角等綜合用強(qiáng)度因子來表示，以說明實(shí)際部件和試件的差異；該值一般情況下取0.8左右；載荷類型為脈動(dòng)循環(huán)載荷，即Zero-Based；分析類型為應(yīng)力分析，即表示該疲勞分析為高周疲勞分析。以下幾種所需結(jié)果在參數(shù)全部設(shè)置完畢后再進(jìn)行計(jì)算。由于對(duì)該連桿進(jìn)行疲勞分析是在恒定振幅、比例載荷的情況下進(jìn)行，因此，對(duì)疲勞分析的結(jié)果有以下幾種表示形式：選取最大爆發(fā)壓力工況下，結(jié)果如下壽命（Life）：對(duì)部件進(jìn)行分析加載知道部件疲勞時(shí)效時(shí)的循環(huán)次數(shù)，即實(shí)際可用壽命；對(duì)連桿的壽命分析結(jié)果如圖3.31所示:圖3.32連桿桿部位置的壽命滿足設(shè)計(jì)要求,壽命最大值為1e6次，而最短壽命位置出現(xiàn)在連桿與螺栓接觸部位，為2460.5；由于該部位是臺(tái)階孔結(jié)構(gòu)，過渡不平緩，存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，因此疲勞壽命較短，對(duì)于該問題，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該加以圓角進(jìn)行修飾。另外，在連桿受壓狀態(tài)下，在連桿大頭和小頭的外側(cè)，壽命值均偏小，因此連桿大小頭兩側(cè)均需要加強(qiáng)材料來保證連桿的疲勞壽命；損傷（Damage）：即設(shè)計(jì)壽命與可用壽命的比值；該損傷值如果過大，則表明實(shí)際可用壽命嚴(yán)重不足，疲勞導(dǎo)致失效的循環(huán)次數(shù)過少，則需要對(duì)部件增加材料或重新對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；該連桿疲勞損傷結(jié)果如圖3.33所示：圖3.33如上圖所示，該連桿的設(shè)計(jì)壽命為1e6次，疲勞損傷最大值同樣出現(xiàn)在螺栓與連桿接觸的臺(tái)階孔位置，為406.42；說明該處的實(shí)際可用壽命最短，該處應(yīng)該采取兩種解決辦法，加強(qiáng)材料或者修改結(jié)構(gòu)；安全系數(shù)（SafetyFactor）：該安全系數(shù)對(duì)應(yīng)的并非實(shí)際可用壽命；而是針對(duì)在AWE中手動(dòng)輸入的“給定設(shè)計(jì)壽命”而言；對(duì)比關(guān)于應(yīng)力分析中的安全系數(shù)概念：極限應(yīng)力與許用應(yīng)力的比值即為安全系數(shù)；而對(duì)疲勞分析而言，該安全系數(shù)即為實(shí)際可用壽命與設(shè)計(jì)壽命的比值，手動(dòng)輸入的設(shè)計(jì)壽命值（DesignLife）為1e6次；所謂實(shí)際可用壽命即疲勞分析結(jié)果Life中的循環(huán)壽命值；安全系數(shù)的疲勞分析結(jié)果如圖3.34所示：圖3.34安全系數(shù)最大值15出現(xiàn)在桿筋部位，小于1的數(shù)值仍然出現(xiàn)在大頭和小頭外側(cè)，需對(duì)該連桿進(jìn)行模型進(jìn)行重新修改，將連桿大頭和小頭均增加材料或者對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)；連桿小頭部位外側(cè)部位始終未薄弱部位，設(shè)計(jì)時(shí)不能對(duì)該處的材料進(jìn)行刪減；疲勞敏感性（FatigueSensitivity）：疲勞敏感性曲線是用來表征零部件的壽命、安全系數(shù)以及損傷等因素隨循環(huán)載荷的變化而變化的曲線；該載荷為人為設(shè)定值，一般情況下從0~200%或400%不等；在對(duì)該連桿進(jìn)行疲勞分析參數(shù)設(shè)置時(shí)，由于已經(jīng)通過計(jì)算得出最大燃?xì)獗l(fā)壓力和最大拉伸載荷數(shù)據(jù)，所以最大值設(shè)置為100%，最小為0；原因即該循環(huán)載荷為脈動(dòng)循環(huán)載荷；最大爆發(fā)壓力工況下該連桿進(jìn)行疲勞分析的疲勞敏感性曲線如圖3.35所示：圖3.35該疲勞敏感性曲線表示連桿壽命次數(shù)隨載荷變化而變化的過程；由上圖可得出，在該連桿的疲勞分析過程中由分析結(jié)果云圖可得出，導(dǎo)致疲勞循環(huán)次數(shù)隨載荷的增加過早下降的主要原因是連桿大頭以及小頭材料過少或者結(jié)構(gòu)不合理；因此需要將該處增加材料或者結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變。應(yīng)力雙軸等值線(BiaxialityIndication）：S-N曲線是通過對(duì)試件做疲勞測試得到的彎曲或軸向測試反映的是單軸的應(yīng)力狀態(tài)；但是一個(gè)部件通常受多軸的應(yīng)力狀態(tài)，而雙軸應(yīng)力結(jié)果有助于確定局部的應(yīng)力狀態(tài)；對(duì)于單軸應(yīng)力狀態(tài)的B值為0，純剪切為-1，雙軸的為0；該連桿的雙軸應(yīng)力狀態(tài)圖如3.36所示：圖3.36如上圖所示，雙軸應(yīng)力狀態(tài)圖指示，整個(gè)連桿體B值基本處于0的狀態(tài)；即連桿在疲勞分析過程中基本處于單軸狀態(tài)；和材料基本特性一致，單軸。3.5.3.3疲勞結(jié)果分析：該連桿在最大爆發(fā)壓力工況下，連桿桿身和桿蓋的局部壽命過短(連桿大頭外側(cè)和連桿小頭外側(cè)),局部破壞嚴(yán)重(連桿螺栓與連桿臺(tái)階孔接觸部位),安全系數(shù)局部過小(連桿大頭外側(cè)和連桿小頭外側(cè)),疲勞敏感性曲線過早下降,主要原因同樣是連桿大頭和小頭外側(cè)疲勞應(yīng)力過大；綜上所述，該連桿整體上除卻連桿大頭和小頭外側(cè)以外，其他部位滿足設(shè)計(jì)要求，需在大頭和小頭部位增加材料或改變結(jié)構(gòu)。

第四章連桿的工藝分析4.1機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展前景機(jī)械制造行業(yè)歸屬于傳統(tǒng)行業(yè),在國內(nèi)發(fā)展已有相當(dāng)長的一段時(shí)期,無論是在理論方面還是在實(shí)踐方面,均積累了大量的經(jīng)驗(yàn),但是,伴隨著社會(huì)的進(jìn)步,時(shí)代的發(fā)展,人們?nèi)找嬖鲩L的生活水平,人們對(duì)產(chǎn)品的需求量不斷增加的同事,對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量以及精細(xì)化程度也提出了更高的要求,先進(jìn)制造技術(shù)這個(gè)概念的提出在傳統(tǒng)的制造技術(shù)不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)的全過程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低能耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，并取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱對(duì)于現(xiàn)代化的機(jī)械制造加工手段，必然少不了計(jì)算機(jī)信息化的參與，自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械加工制造行業(yè)始終是一個(gè)相當(dāng)有生命力的研究領(lǐng)域，該研究領(lǐng)域之所以火熱的原始是因?yàn)榫艿挠?jì)算機(jī)技術(shù)可以高效的提高機(jī)械加工的生產(chǎn)率以及贏得市場競爭，長遠(yuǎn)來看，同時(shí)可以降低生產(chǎn)成本，從上世紀(jì)二十年代以來，機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)就已經(jīng)開始發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，，即剛性自動(dòng)化、柔性自動(dòng)化和綜合自動(dòng)化。綜合自動(dòng)化場常常帶來的是與計(jì)算機(jī)制造輔助系統(tǒng)、集成計(jì)算機(jī)制造技術(shù)等概念相聯(lián)系；綜合自動(dòng)化技術(shù)是集計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、傳統(tǒng)制造技術(shù)、現(xiàn)代管理方法和信息科學(xué)等領(lǐng)域的綜合體，旨在全面性的高機(jī)械制造企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率和對(duì)市場的響應(yīng)速度。4.2連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)性要求4.2.1連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)連桿是將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的爆發(fā)壓力傳遞給汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要部件，在內(nèi)燃機(jī)中是極其重要的部件以及運(yùn)動(dòng)件，連桿的結(jié)構(gòu)以及所承受載荷都比較復(fù)雜；很大程度上，發(fā)動(dòng)機(jī)連桿在承受載荷之后的壽命以及可靠性就可以對(duì)內(nèi)燃機(jī)的可靠性起到?jīng)Q定性作用；在連桿初期的設(shè)計(jì)中必須要保證連桿的剛度、穩(wěn)定性和強(qiáng)度，同時(shí)質(zhì)量和體積保證合理以及小尺寸，這樣可以就很大程度上緩解連桿在進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性載荷，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)就要盡可能的解決過渡問題來緩解應(yīng)力集中，另一方面加工質(zhì)量也將會(huì)直接影響連桿的實(shí)際使用壽命。連桿屬于典型的雜件零件，不但精度