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淺析基于Pro/MECHANICA的連桿機構應力工況

發布日期:2018-11-22 瀏覽次數[] 文章來源:網絡整理

  在以上靜力分析的基礎上,對連桿質量的影響因素進行了靈敏度分析。通過分析可知對連桿質量影響最大的為桿身的厚度,另外桿身與連桿高,缺點是:1)電源要求高(大電流);2)效率較低;3)壽命較短,不可長時間連續使用。

  2.2 敏感度分析

  2 連桿機構應力和靈敏度分析

  1.2 連桿機構的載荷計算

  連桿小端襯套是以一定的過盈量壓入連桿小端孔內,會產生一定的壓力,柴油機工作過程中由于溫度升高,壓力會增大。

  現在的大多數有限元軟件雖然分析功能強大,但幾何建模功能很弱,對于形狀相對復雜的實體大都采用Pro/E,SOLIDWORKS,UG等三維建模功能強大的軟件創建幾何模型,然后以 IGES、PARA、STL 等文件格式將數據導入有限元軟件進行分析。導入過程中容易造成數據丟失,致使分析結果的可信度降低,因此分析人員常常需要花費大量的時間精力修復幾何模型。一般來說,因模型帶來的誤差要比有限元方法本身帶來的誤差大的多,Pro/Mechanica完全實現了幾何建模和有限元分析的無縫集成,成功解決了數據丟失的問題,在工程設計領域越來越受到人們的重視。用戶在Pro/E環境下創建幾何模型后,直接從應用程序切換到Pro/Mechanica環境進行有限元分析,可以方便地進行模型的靈敏度分析和優化設計。

  1 連桿機構的工況分析

  某型號柴油機連桿的主要結構參數為:連桿小端孔的直徑為32mm,大端孔的直徑為65.5mm,大小頭孔的中心距為191mm,大小端厚均為38mm,桿身厚為20mm,桿身凹槽底板厚為4mm,桿身和小端過度圓弧半徑150mm,桿身和大端過度圓弧半徑為100mm,桿身大端寬(桿身輪廓線延長和大孔中心線相交寬度)為28mm,桿身小端寬(桿身輪廓線延長和小孔中心線相交寬度)24mm,根據其圖紙在PRO/E中對連桿體連桿蓋建立三維模型,點擊菜單中的應用程序Mechanica進入有限元模塊,PRO/MECHANICA通過AutoGEM自動劃分網格,模型圖如圖1所示。對于所建立的連桿模型,需要定義連桿和曲柄銷的材料特性,連桿體和連桿蓋材料為35CrMo,彈性模量206000Mpa,泊松比0.28,拉伸屈服應力為835Mpa,拉伸極限應力980Mpa;螺栓材料為35CrMoV,彈性模量為206000Mpa,泊松比0.28,拉伸屈服應力為930Mpa,拉伸極限應力為1080Mpa。

  根據應力圖分析可知連桿的最大應力出現在連桿蓋螺栓凸臺過度處,最大拉伸應力為121.75Mpa,連桿小端油孔處應力為73.06Mpa,遠遠小于連桿材料的抗拉強度,最大變形出現在大端蓋與連桿體接觸的內側,變形量為0.0171133mm;連桿的最大壓縮應力出現在連桿小端兩邊內側面上,應力值為242.7Mpa,材料的屈服極限為835Mpa,安全系數為3.44,最大變形同樣也出現在連桿小端兩邊內側面上,變形量為0.04441mm,變形在彈性變形范圍內,連桿是比較安全的。

  2.1 最大應力工況分析

  1)螺栓的預緊力計算

  連桿作為發動機的重要組成部件,其工作性能的好壞直接影響到整個發動機的性能,由于連桿最復雜的平面運動,在運動過程中主要承受氣體壓力和慣性力所產生的交變載荷,對連桿的設計要求為在保證連桿有足夠的強度,剛度的基礎上,盡可能的減輕連桿的質量。本文用Pro/Mechanica對連桿進行準靜態分析,得出連桿的應力和變形云圖,可以清楚的看到連桿的受力和變形情況,在此基礎上對連桿進行了靈敏度分析,得出其主要設計參數對連桿質量的影響情況。對連桿的優化設計提供了一定的參考。

  3 結論

  本文利用三維軟件Pro/E對某型號柴油機連桿建立三維實體模型,并在MECHANICA模塊中對其最大受力工況進行了加載分析,得出了其受力和變形云圖,代寫碩士論文,可以清楚的看到連桿在最大受拉和受壓工況的受力情況及變形量。分析可知此連桿在工作過程中相對安全。同時,本文還對連桿質量的影響因素進行了靈敏度分析,由分析結果可知對連桿質量影響較大的參數為連身厚度,桿身與連桿小頭的過渡圓弧半徑,以及桿身凹槽的圓弧半徑,為連桿的優化設計了理論基礎。

  連桿螺栓把連桿體與連桿蓋以較大的預緊力連接在一起,既要使連桿體與連桿蓋在工作工程中不分離,還要把軸瓦以一定的過盈量壓入連桿大端孔內。預緊力過大或者過小都有可能造成連桿螺栓的塑性變形或者斷裂。分析過程中用PRO/MECHANICA模塊中提供的緊固件來仿真螺栓。

  對連桿體大頭孔內定義全約束,在連桿小端孔120范圍內及連桿大端孔180范圍內施加載荷,沿圓周方向余弦規律分布,軸向均勻分布,得到連桿的最大拉伸工況應力變形云圖2,圖3所示,計算得出小端的拉伸載荷為23.2898Mpa,大端的拉伸載荷為11.3782Mpa;同理得到連桿的最大壓縮工況應力變形云圖4,圖5所示,小端的壓縮載荷為41.2214Mpa,大端的壓縮載荷為20.1386Mpa。

  2)連桿小頭襯套的作用力

  1.1 連桿機構的建模及劃分網格

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