摘 要

当今社会提倡节能和低碳环保，随着电的飞速发展，各行各业都在尝试以“电”为主要能源，柴油发动机则占据着主要地位，而连杆作为柴油机的重要零部件，就显得至关重要。

在柴油机的零部件中，连杆作为极其重要的一部分，是连接活塞和曲轴的重要零件，它们在工作过程中需要有足够的刚度来完成高强度的运转。连杆实际工作中被破坏的形式有很多，但最主要的有疲劳产生的断裂，或者发生变形。连杆被破坏的地方一般出现在应力很高的区域。因此连杆必须在拥有高强度的前提下才能工作，刚性和韧性也是必不可少的，只有满足这些条件，柴油机连杆才能顺利运转。因此，连杆的设计必须保证它有足够的强度和刚度，既不能产生裂纹，也不能出现变形，所以可以采用有限单元法来对柴油机连杆进行校核，判断连杆强度是否满足要求。

本课题的研究对象是柴油机连杆，一开始学习和使用UG来建立连杆的实体模型，利用ANSYS软件有限元法对连杆分析，通过计算来确定连杆的载荷边界条件，对连杆在两种不同工况（标定工况和最大扭矩工况）、两种不同状态（受拉和受压）分别进行了静力学强度分析以及模态分析，得到了连杆在两大工况、四小工况下的应力和应变云图，分析了连杆各个部位的应力值和位移大小，并对连杆结构提出改进建议。

关键词：柴油机连杆；有限元；强度；静态分析；模态分析

Application of Visual Virtual Design in Diesel Engine Connecting Rod Analysis

Abstract

Nowadays，the society is promoting energy conservation and low carbon environmental protection. With the rapid development of electricity, all walks of life are trying to "electricity" as the main energy. Diesel engine is occupying the main position, and the connecting rod as an important part of the diesel engine, it is essential.

In the diesel engine parts, the connecting rod as an extremely important part, it is connected to the piston and crankshaft important parts. They need to have enough rigidity to complete high-intensity operation in the work process. There are many forms of damage in the actual work of the connecting rod, mainly including fatigue caused by the fracture, or deformation .Where the connecting rod is broken, it usually appears in the area of high stress, so the connecting rod must be able to work under the premise of high strength. Its rigidity and toughness are also indispensable. Only by satisfying these conditions, the connecting rod of diesel engine can be smooth to run. In short, the design of the connecting rod must ensure that it has sufficient strength and stiffness, neither cracks nor deformation occurs, which it can use the finite element method to check the diesel engine link to determine whether the strength of the link to meet the requirements.

The subject of the research is the diesel engine connecting rod. At the beginning, I studied and used UG to establish the solid model of connecting rod. Then I used ANSYS software finite element method to analyze the connecting rod, and through the calculation to determine the link load boundary conditions. It was used to analyze the static strength of the connecting rod in two different conditions (calibration conditions and maximum torque conditions), two different states (tension and compression), respectively, and modal analysis. So I got the connecting rod in the two working conditions, four small operating conditions under the stress and strain cloud. And then I were analyzed the stress value and displacement of each part of the connecting rod. In the end， I made the corresponding improvements to the connecting rod structure.

Key words: Diesel engine connecting rod; finite element; strength; static analysis; modal analysis

目 录

第一章 前言

1.1 课题的研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状与发展 1

第二章 连杆的载荷和强度分析 3

2.1 连杆大小端的拉伸和压缩载荷 3

2.2 衬套、轴瓦的过盈应力和螺栓预紧力 3

2.3 连杆应力和变形静态分析 3

2.4 连杆的强度实验研究 4

2.5 本文的主要研究内容 4

第三章 连杆模型的建立与有限元分析 5

3.1 连杆模型的建立 5

3.2 有限元法的优缺点 6

3.3 Workbench的介绍 6

3.4 材料的选择 7

3.5 单元网格的划分 8

第四章 连杆的强度计算 11

4.1 连杆的参数 11

4.2 连杆在标定工况下的受力计算 12

4.2.1 最大受拉工况 12

4.2.2 最大受压工况 13

4.3 连杆在最大扭矩工况下的受力计算 13

4.3.1 最大受拉工况 13

4.3.2 最大受压工况 14

第五章 连杆的强度分析 17

5.1 标定工况 17

5.1.1 连杆受拉 17

5.1.2 连杆受压 19

5.2 最大扭矩工况 21

5.2.1 连杆受拉 21

5.2.2连杆受压 23

第六章 模态分析 26

6.1 模态分析基础理论 26

6.2 连杆的模态分析 26

6.2.1 标定工况 26

6.2.2 最大扭矩工况 29

第七章 展望 33

第八章 致谢 34

第九章 参考文献 35

前言

1.1 课题的研究背景及意义

“柴油机”这个名词是我们大家都能耳熟能详的，柴油机创建至今已经有几十年的历史了，在我们生活中随处可见，因其功率大、热效率高、燃油性好等特点，故而被广泛应用于船舶、卡车以及大型机械设备上，在各行各业占据主导地位。如今，全球各大厂商正在研发绿色环保的柴油机，各国政府也会支持这个技术，同时提出了很多鼓励政策，所以柴油机在未来将会得到更普遍的应用。

而作为柴油发动机的核心传力部件，柴油机连杆则是必不可少的。连杆的作用是将活塞在运转时受到的力传到曲轴上，并把活塞做往复运动转变成曲轴做旋转运动，也就是两种不同运动方式的转换。上文提到过，连杆运动时会产生破损，而主要破坏形式是发生变形甚至断裂，破坏的位置出现在连杆上的几个应力比较高的区域。因此，在设计连杆时，连杆不仅要具备足够的强度保证能顺利运转，还要考虑连杆的疲劳强度。连杆的可靠性也是很重要的，如果设计不合理，柴油机在工作时，连杆会因为强度不够而出现应力集中的现象，从而导致连杆发生变形或断裂，轻则影响柴油机正常运行，重则导致柴油机产生损坏，甚至出现事故。

1.2 国内外研究现状与发展