摘 要

越来越多的人正在使用汽车，人们对汽车的安全性能也就倍加注重。曲轴是发动机的核心，它对外输出扭矩，在恶劣的工作条件下承受着重大的压力，对于开发设计者而言，是一个巨大的挑战。在开发设计初期阶段对发动机曲轴连杆机构进行运动学与动力学分析，对发动机零部件的应力、应变、模态、强度和疲劳进行准确的分析计算，这样很大程度的减少了曲轴的设计时间。

ANSYS功能强大,在诸多领域有着广泛的使用。本文通过有限元分析系统对曲轴进行分析。从曲轴的种类和结构得出结论,创建了模型的尺寸,实现了曲轴的三维参数化建模。

本文在参数化实体模型的根本上，研究整个曲轴的强度，将不一样的边界约束给曲轴强度造成的作用进行对比。分析曲轴圆角应力的影响因素。进行曲轴三维模态分析。

关键词：曲轴、模态分析、应力、ANSYS、有限元。

Finite Element Analysis of Automobile Engine Crankshaft

ABSTRACT

More and more people are using cars, people on the safety of the car will pay more attention. Crankshaft is the core of the engine, its external output torque, in harsh working conditions under great pressure, for the development of designers, is a huge challenge. In the early stage of development and design of the engine crankshaft link mechanism for kinematics and dynamics analysis of the engine parts stress, strain, mode, strength and fatigue for accurate analysis and calculation, which greatly reduces the design of the crankshaft time.

ANSYS is powerful and has extensive use in many areas. In this paper, the crankshaft is analyzed by finite element analysis system. Based on the conclusion and shape of the crankshaft, the size of the model is created, and the three - dimensional parametric modeling of the crankshaft is realized.

In this paper, the strength of the crankshaft is studied on the basis of the parametric solid model, and the effects of the different boundary constraints on the crankshaft strength are compared. Analysis of the Factors Affecting the Cylindrical Stress of Crankshaft. Three-dimensional modal analysis of crankshaft.

Key words: crankshaft、 modal analysis、 stress、ANSYS、finite element.

目录

第一章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.1.1 课题来源 1

1.1.2 课题研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

第二章 有限元发展史 3

2.1有限元介绍 3

2.2有限元的基本概念 3

2.3 有限元法的发展趋势 3

第三章 曲柄连杆机构受力分析 5

3.1曲柄连杆机构运动学 5

3.1.1 中心曲柄连杆机构运动学 5

3.1.2 曲柄连杆机构中的作用力 6

3.2 曲轴的设计 9

3.2.1 曲轴的工作条件和设计要求 9

3.2.2 曲轴的结构型式 9

3.2.3 曲轴的材料 10

第四章 曲轴结构有限元分析 11

4.1引言 11

4.2在分析ANSYS的过程中的主要任务有 11

4.3 曲轴有限元模型的建立 11

4.4 曲轴单拐模型边界条件的施加 12

4.4.1 载荷边界条件 12

4.4.2约束边界条件 13

4.5拉压工况分析 13

4.6对主轴颈-曲拐交接圆角优化设计分析 20

4.6.1取受压工况为例进行分析 20

第五章 曲轴三维模态有限元分析 25

5.1 曲轴模态分析设置 25

5.2 模态计算结果分析 25

第六章 结论与展望 31

参考文献 32

致谢 33

绪论

1.1 选题背景

1.1.1 课题来源

曲轴属于发动机的关键部件，同样在发动机里受力最大。汽车发动机曲轴进行工作的时候十分复杂，其绝大部分失效的形式是弯曲疲劳失效。设计曲轴时，要注意交变弯曲应力的作用。曲轴和汽车的其他部件有着密切的联系。一旦曲轴失效，那么其它的部件也会失效。所以在设计曲轴的时候，一定要准确地了解曲轴的应力以及变形的大小分布。

有限元手段由于科学技术水平的不断提高在越来越多的领域被使用。在工程设计领域中，是一种强大的计算工具。经过几十年以来的发展,它已经越来越成熟,同样也起到越来越重要的作用。将有限元技术使用在汽车发动机零部件上在很早之前就已经开始。通过这样的方式能够让汽车发动机零部件更加可靠，并且让设计的时间变短，有效地促进了汽车发动机曲轴的发展。

1.1.2 课题研究目的及意义

曲轴属于一个汽车发动机的核心，一个曲轴的具体情况对于汽车发动机的整体有着十分重要的影响。所以运用有限元手段对曲轴进行设计具有十分重要的意义。

通过有限元技术能够将曲轴的强度进行计算，不一样的曲轴需要通过不一样的手段将边界的条件进行解决。对于曲轴强度研究的过程中要使用十分精准的模型。曲轴的实体造型是根据之前的系统进行的，进而把打造的模型放到有限元分析系统里。在前人研究的基础上,总结和改进,开展对曲轴有限元模型规范的研究.

1.2 国内外研究现状

通过多自由度的模型，将活塞总成实施非线性的仿真。随着计算机和有限元技术的进步,模型自由度可以大到无法想象。国外的加工工艺广泛采用数控技术，曲轴磨床都基本采用CNC控制技术。其清洗采用专用清洗机来保证曲轴的清洁。

如今我国有很多企业都进行曲轴的制造，可是规模质量都有着相当大的不同。在高端市场的企业，我国绝大部分主要厂商的市场份额支持共享和社会维修市场;而在中小企业的低端市场,因为它的技术和设备,生产和质量保证能力较低,主要在社会服务市场。现状况下，国内曲轴生产的主要是普通机床和专用机床，其生产速度和机械化技能普遍较低，