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浅析基于Pro/MECHANICA的连杆机构应力工况

发布日期:2018-11-22 浏览次数[] 文章来源:网络整理

  在以上静力分析的基础上,对连杆质量的影响因素进行了灵敏度分析。通过分析可知对连杆质量影响最大的为杆身的厚度,另外杆身与连杆高,缺点是:1)电源要求高(大电流);2)效率较低;3)寿命较短,不可长时间连续使用。

  2.2 敏感度分析

  2 连杆机构应力和灵敏度分析

  1.2 连杆机构的载荷计算

  连杆小端衬套是以一定的过盈量压入连杆小端孔内,会产生一定的压力,柴油机工作过程中由于温度升高,压力会增大。

  现在的大多数有限元软件虽然分析功能强大,但几何建模功能很弱,对于形状相对复杂的实体大都采用Pro/E,SOLIDWORKS,UG等三维建模功能强大的软件创建几何模型,然后以 IGES、PARA、STL 等文件格式将数据导入有限元软件进行分析。导入过程中容易造成数据丢失,致使分析结果的可信度降低,因此分析人员常常需要花费大量的时间精力修复几何模型。一般来说,因模型带来的误差要比有限元方法本身带来的误差大的多,Pro/Mechanica完全实现了几何建模和有限元分析的无缝集成,成功解决了数据丢失的问题,在工程设计领域越来越受到人们的重视。用户在Pro/E环境下创建几何模型后,直接从应用程序切换到Pro/Mechanica环境进行有限元分析,可以方便地进行模型的灵敏度分析和优化设计。

  1 连杆机构的工况分析

  某型号柴油机连杆的主要结构参数为:连杆小端孔的直径为32mm,大端孔的直径为65.5mm,大小头孔的中心距为191mm,大小端厚均为38mm,杆身厚为20mm,杆身凹槽底板厚为4mm,杆身和小端过度圆弧半径150mm,杆身和大端过度圆弧半径为100mm,杆身大端宽(杆身轮廓线延长和大孔中心线相交宽度)为28mm,杆身小端宽(杆身轮廓线延长和小孔中心线相交宽度)24mm,根据其图纸在PRO/E中对连杆体连杆盖建立三维模型,点击菜单中的应用程序Mechanica进入有限元模块,PRO/MECHANICA通过AutoGEM自动划分网格,模型图如图1所示。对于所建立的连杆模型,需要定义连杆和曲柄销的材料特性,连杆体和连杆盖材料为35CrMo,弹性模量206000Mpa,泊松比0.28,拉伸屈服应力为835Mpa,拉伸极限应力980Mpa;螺栓材料为35CrMoV,弹性模量为206000Mpa,泊松比0.28,拉伸屈服应力为930Mpa,拉伸极限应力为1080Mpa。

  根据应力图分析可知连杆的最大应力出现在连杆盖螺栓凸台过度处,最大拉伸应力为121.75Mpa,连杆小端油孔处应力为73.06Mpa,远远小于连杆材料的抗拉强度,最大变形出现在大端盖与连杆体接触的内侧,变形量为0.0171133mm;连杆的最大压缩应力出现在连杆小端两边内侧面上,应力值为242.7Mpa,材料的屈服极限为835Mpa,安全系数为3.44,最大变形同样也出现在连杆小端两边内侧面上,变形量为0.04441mm,变形在弹性变形范围内,连杆是比较安全的。

  2.1 最大应力工况分析

  1)螺栓的预紧力计算

  连杆作为发动机的重要组成部件,其工作性能的好坏直接影响到整个发动机的性能,由于连杆最复杂的平面运动,在运动过程中主要承受气体压力和惯性力所产生的交变载荷,对连杆的设计要求为在保证连杆有足够的强度,刚度的基础上,尽可能的减轻连杆的质量。本文用Pro/Mechanica对连杆进行准静态分析,得出连杆的应力和变形云图,可以清楚的看到连杆的受力和变形情况,在此基础上对连杆进行了灵敏度分析,得出其主要设计参数对连杆质量的影响情况。对连杆的优化设计提供了一定的参考。

  3 结论

  本文利用三维软件Pro/E对某型号柴油机连杆建立三维实体模型,并在MECHANICA模块中对其最大受力工况进行了加载分析,得出了其受力和变形云图,代写硕士论文,可以清楚的看到连杆在最大受拉和受压工况的受力情况及变形量。分析可知此连杆在工作过程中相对安全。同时,本文还对连杆质量的影响因素进行了灵敏度分析,由分析结果可知对连杆质量影响较大的参数为连身厚度,杆身与连杆小头的过渡圆弧半径,以及杆身凹槽的圆弧半径,为连杆的优化设计了理论基础。

  连杆螺栓把连杆体与连杆盖以较大的预紧力连接在一起,既要使连杆体与连杆盖在工作工程中不分离,还要把轴瓦以一定的过盈量压入连杆大端孔内。预紧力过大或者过小都有可能造成连杆螺栓的塑性变形或者断裂。分析过程中用PRO/MECHANICA模块中提供的紧固件来仿真螺栓。

  对连杆体大头孔内定义全约束,在连杆小端孔120范围内及连杆大端孔180范围内施加载荷,沿圆周方向余弦规律分布,轴向均匀分布,得到连杆的最大拉伸工况应力变形云图2,图3所示,计算得出小端的拉伸载荷为23.2898Mpa,大端的拉伸载荷为11.3782Mpa;同理得到连杆的最大压缩工况应力变形云图4,图5所示,小端的压缩载荷为41.2214Mpa,大端的压缩载荷为20.1386Mpa。

  2)连杆小头衬套的作用力

  1.1 连杆机构的建模及划分网格

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