某型单缸柴油机曲轴的有限元校核与改进设计.doc

1、 摘 要曲轴是汽车发动机中最重要的部件之一，其承受的负荷也十分复杂，因此曲轴的尺寸参数对发动机的性能和寿命都有着直接的影响。本设计根据某型单缸柴油机曲轴的参数，使用Pro/ENGINEER软件进行三维实体建模，并以Pro/MECHANICA对此柴油机曲轴在实际工作中受到的最大爆发压力和最大拉力进行有限元分析，根据两种工况下曲轴的应力分布情况，对其进行优化改进，使其强度符合发动机的工作要求。 关键词：曲轴；应力；有限元；Pro/E；改进ABSTRACTCrankshaft is one of the most important parts of an automobile engine, an

2、d the load it can support is also very complicated. Therefore, the size and the parameters of the crankshaft have a direct impact on the engine performance and life. This design is according to one type of the parameters of single-cylinder diesel engine crankshaft, using Pro/ENGINEER software to thr

3、ee-dimensional solid modeling, and using the Pro / MECHANICA to do finite element analysis on the maximum explosion pressure and maximum tension in practical work of this crankshaft. And to optimize and improve it under both conditions of the stress distribution of the crankshaft, make the strength

4、meet the operational requirements of the engine. Keywords: Crankshaft; stress; FEA; Pro / E; improve目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪 论11.1 课题的意义及背景11.1.1 课题的来源11.1.2 课题的研究目的11.1.3 设计的主要工作21.2 绪论小结2第二章 Pro/E及有限元简介32.1 Pro/E软件32.1.1 Pro/E软件介绍32.1.2 Pro/MECHANICA介绍32.2 有限元介绍42.2.1 有限元的历史和基本概念42.2.2 有限元在产品设计中的应用5

5、2.2.3 有限元法的发展趋势5第三章 曲轴的三维模型建立63.1 曲轴初始参数及零件图63.1.1 曲轴的基本参数63.1.2 曲轴零件图63.2 曲轴的三维模型建立7第四章 曲轴有限元分析194.1 曲轴的设计参数及材料特性常数194.2 曲轴的受力分析194.2.1 曲柄连杆机构运动学194.2.1 曲轴受压分析204.2.2 曲轴受拉分析214.3 曲轴的网格划分224.4 曲轴的约束与载荷施加234.4.1 受压时约束与载荷234.4.2 受拉时约束与载荷244.5 曲轴有限元计算结果及分析244.5.1 受压时应力及应变图244.5.2 受拉时应力及应变图254.6 本章小结27第

6、五章 曲轴的优化改进285.1 曲轴的改进285.1.1 改进方案285.1.2 改进后的零件图285.2 改进后的三维建模295.3 改进后的有限元分析295.3.1 网格的划分295.3.3 改进后拉应力分析315.4 本章小结33第六章 设计总结34参 考 文 献35致 谢3635四川理工学院毕业设计第一章 绪 论 1.1 课题的意义及背景1.1.1 课题的来源自从第一台柴油机诞生至今已有一百多年的历史，与汽油机相比，柴油机拥有更大的压缩比，更强的动力，其排放性也逐步超越了普通汽油机。随着柴油机技术的不断发展，它的应用是愈加广泛，当今的柴油机已经摆脱过去那种污染大噪音大的形象了。发动机曲

7、轴是发动机中最为重要、载荷最大的零件之一，它的功用是将发动机各缸活塞的往复功汇总起来，并以回转运动的形式传递给飞轮，然后对外输出做功。所以其尺寸参数，结构和曲轴的加工工艺水平对发动机的寿命及其工作可靠性都有着至关重要的影响。因此对曲轴进行分析研究是发动机制造设计中必不可少的一步。1.1.2 课题的研究目的一个好性能的产品需要有高水平的设计，例如本设计的发动机，其曲轴设计的优劣性直接决定了发动机的性能。在发动机中，活塞与连杆相连，连杆又与曲轴相连。在做功过程时，气缸内的气体膨胀推动活塞向下运动，而连杆将此爆发压力以直线运动传递给曲轴。在活塞上行时，活塞与连杆的惯性力又拉动曲轴进行回转运动，曲轴处

8、在一种连续变换的受力状况下，因此曲轴必须保证足够的强度与刚度，避免在复杂的工作中发生疲劳断裂，造成发动机的直接报废和重大的事故。为了提高保证曲轴的工作安全性，加大曲轴的尺寸截面积固然可行，但这样势必会造成对整个发动机设计的阻碍，而且曲轴截面尺寸过大对动力传输也有一定的影响。因此不能只从简单的加厚加宽等方面进行改进，而是从曲轴的材料选择，加工工艺如圆角等地方进行一定的优化，从而既使曲轴的强度刚度达到了要求，也控制了尺寸和质量。针对上述的改进特点，目前有限元技术随着计算机科学越来越快的发展，其运用在发动机和其他几乎所有工程类分析中都十分的普遍了，因此采用计算机有限元分析对曲轴的性能进行研究不仅十分

9、简易，而且其分析结果精度高，准确率高，效率快的特点也很重要。1.1.3 设计的主要工作本设计的主要工作分为以下几个部分：1、学习并熟练掌握Pro/E软件的操作，根据本设计所给的曲轴零件图纸进行三维实体建模。2、运用Pro/E软件中的Mechanica程序，对已有的曲轴三维模型进行有限元的分析。并根据分析结果对原有曲轴进行优化及改进。3、按照已改进后曲轴的尺寸参数进行再次三维实体建模，并进行有限元的校核，完成最终曲轴零件图的改进设计。1.2 绪论小结本章主要对本设计的要求及方法进行了一定的叙述，简单的分析了曲轴的工作情况及其在发动机中的重要性，并简要的介绍了有限元法在次设计中的作用及运用。第二章

10、 Pro/E及有限元简介2.1 Pro/E软件2.1.1 Pro/E软件介绍Pro/E是美国PTC公司旗下的产品。1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数研究。1988年，V1.0版本诞生。经过10余年的发展，Pro/E已经成为三维建模的领头羊。Pro/E是一款集CAD/CAM/CAE功能一体化的综合性三维软件，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。Pro/E软件以其强大的单一数据库体系结构为基础，基于特征建模、参数化、全相关单一数据库等主要特点，为产品提供了从设计、装

11、配、制造、分析、数据管理、二次开发等一系列完整的解决方案，是目前最优秀的机械设计自动化软件之一，其功能强大的三维产品设计系统已经在自动化、机械、汽车、电子电器、模具、医疗器械、航空航天等众多恒业和部门得到了广泛的应用。曾经引发了机械设计自动化领域的革命性变化，是目前最优秀的、最具有名气的机械设计自动化软件之一。这次设计首先运用Pro/ENGINEER5.0对曲轴建立一个三维实体模型，再使用Pro/MECHANICA程序为分析平台对曲轴的三维模型进行拉应力及压应力的有限元分析，为曲轴的改进设计提供依据。2.1.2 Pro/MECHANICA介绍Pro/MECHANICA可以分为以下3个模式：1、

12、 FEM(Finite Element Modeling)模式FEM模式没有求解器，能够完成对模型的网格划分、边界约束、载荷、理想化等前置处理，随后需要使用第三方软件进行求解，如NASTRAN、ANSYS等。在为安装Pro/MECHANICA的环境下，FEM模式同样可用。2、 集成模式（Integrated mode)集成模式运行与Pro/ENGINEER平台之上，操作界面与Pro/ENGINEER相同，能够直接实用Pro/ENGINEER的参数进行分析及优化。在Pro/ENGINEER环境中点击下拉式菜单“应用程序”Mechanica即可进入集成模式。3、独立模式（Independent M

13、ode)独立模式不需要Pro/ENGINEER平台的支持，能够独立运行，可导入第三方软件的模型，功能要比集成模式稍强，但与Pro/ENGINEER的集成性不佳，其操作及界面更接近UNIX环境，较不容易掌握。2.2 有限元介绍2.2.1 有限元的历史和基本概念在古代，那时候的数学家就将一个内接于圆的多边形逼近圆的周长来估算值。把一个圆当作成一个有限个多边形，将预测的值几乎精确算到了40多位数字。1941年Hrennikoof第一次提出了所谓的网格法，在其著作中谈到了有限元法的关键特性，但并未正式提出。在1960年Clough第一次用了“有限元”这个名词，之后，关于有限元应用的著作就剧增起来。最近

14、20多年来，有限元法已经成为一种能分析复杂结构的强大工具。其用途已经广泛的运用于工程结构、流体运动、传热等方面。随着计算机技术的发展，使得有限元能模拟解决许多实际问题，发展前景越来越广阔了。有限元法（Finite Element Method，FEM），也被称作有限单元法或者有限元素法。他的基本思路是把我们所需要的求解区域离散成为一组有限个数并且有着一定方式仍然互相连接在一起的单元组合体。他可以依据不同的分析学科，导出每一小单元的方程，把这一个个的方程组成一个整体结构的系统方程，然后对系统方程进行求解，得出结果。2.2.2 有限元在产品设计中的应用在目前工程技术领域，最常运用的数据模拟办法就是

15、有限元法。有限元因其运算功能强大，处理方法灵活，实用性广等特点在工程领域中被广泛认可。有限单元法在产品零件设计中的作用越来越重要，运用有限元法不仅可以在虚拟中实际模拟出零件，从而对零件进行改进、优化、分析，这样做既大大的缩短了零件的设计周期，也很大的提高了设计精准以及设计的合格度。因此不论是曲轴还是其他零件，在设计改进时使用有限元法已经是一道默认的步骤了。2.2.3 有限元法的发展趋势最近这些年的发展中，有限元分析逐渐趋于分析系统，它的分析已经不仅仅只局限于零件的分析。随着计算机技术与计算机硬件性能的飞速提升，更加强大的有限元分析软件也会随之产生，使使用者们能快速建立出更准确、更复杂的三维模型

16、，以及提供更强大精确的分析结果与解决方法。以后有限元的发展将逐步完善和应用其高精度理论，有限元分析中的静态、线性、简单模式也将逐步扩大其运用范围。求解能力更加强大，分析系统中的的分界线也将越来越模糊。第三章 曲轴的三维模型建立3.1 曲轴初始参数及零件图3.1.1 曲轴的基本参数柴油机为四冲程，卧式，水冷，自然吸气，直喷式燃烧室；柴油机最高转速2400r/min，最大功率：5.8kW， 柴油机最大爆发压强，柴油机气缸直径85mm，柴油机连杆质量880g，柴油机气缸直径85mm，活塞及活塞销质量750g。3.1.2 曲轴零件图图3-1 曲轴零件图3.2 曲轴的三维模型建立1、运行Pro/E5.0

17、，在工具栏中点击文件，新建一个模型，类型选择零件，子类型选择实体。2、点击旋转选择TOP平面为草绘平面，并确定中心线，在草绘界面绘制如下图形图3-2 旋转草绘选择确定，在旋转角度中输入360，点击确定，即生成曲轴体图3-3 旋转体3、点击拉伸、移除材料，选择TOP基准面草绘切槽的形状，首先切出长方形槽，再在切出的长方形面上切半圆的槽，最终形成U型键槽。图3-4 草绘键槽图3-5 草绘半圆图3-6 键槽4、点击拉伸，选择刚才绘制的曲轴体末端表面为草绘面，绘制直径为45mm的圆点击确定，输入拉伸长度25，点击确定，即可生成曲轴主轴颈。图3-7 主轴颈5、绘制曲臂和上一步一样，点击拉伸，选择末端平面

18、为草绘面，根据给定零件数据进行草绘，点击修改修改各个参数，拉伸出厚度为20mm的曲臂。图3-8 曲臂6、同上在曲臂上部拉伸出一个2mm的台阶面，选择上一个曲臂的末端表面，选取上半圆为参考面，绘制同样大小的圆，并进行拉伸，即得到2mm的台阶面。在台阶面上继续点击拉伸，绘制出曲轴销，长度为25mm，直径为58mm。图3-9 台阶面图3-10 曲柄销7、为了倒曲臂上部的部分圆角比较棘手。首先点击打开倒圆角工具，选取曲柄的上半圆的弧线，点击集，在集中点击细节,如下图设置部分环。图3-11 部分环设置好部分环后，再回到集，在半径栏中右键选择添加半径，添加如下图。输入好后，最后点击确认最后得到所需圆角。图

19、3-12 部分环半径图3-13 部分环圆角8、因为曲柄销左右两端对称，曲柄参数相同，主轴颈参数相同，即可按照47步绘得如下。图3-14 曲轴9、在绘制好的主轴颈末端表面继续草绘，拉伸出直径为30mm，长度为50mm的轴。图3-15 曲轴10、绘制放置飞轮的轴，在第9步末端表面，拉伸出直径25mm，长度33mm的轴。图3-16 飞轮轴绘制好此轴后，点击拉伸、移除材料选择TOP平面为放置面，进入草绘，绘制键槽的长方形部分。图3-17 草绘键槽在工具栏部分选择向两边延伸，长度为8mm。确认后即可得到长方形部分键槽。图3-18 移除材料切好长方形部分后，再次点击拉伸、移除材料，选择键槽底面草绘面，绘制

20、两个半径同为8mm的圆，方法同第3步，即可得到连接飞轮键的键槽。图3-19 移除材料图3-20 飞轮槽11、根据之前拉伸步骤，绘制出曲轴最后一台阶面和一段将要进行螺纹绘制的轴。图3-21 曲轴末端12、按照以上操作，曲轴的整体结构已经大致绘制完成，现在将要进行一些小细节的绘制。现在对曲轴各个需要倒角的部分进行倒角，点击工具栏中的 倒圆角和边倒角对曲轴进行倒角处理。 （1） （2）（3）图3-22 曲轴倒角注：边倒角的部分，都倒45，D=1mm。倒圆角部分，除去主轴颈与曲臂连接部分、曲柄销与曲臂连接部分倒5mm，其余部分倒1mm。13、现在对曲轴的端面进行挖孔，零件图的孔为M10，深度为15mm

21、。首先点击工具栏中的孔，按照下图进行设置。图3-23 孔的设置点击放置，选择TOP，RIGHT基准平面为便宜参照，放置孔的位置后，点击确认最后生成孔。图3-24 孔的放置图3-25 M10孔14、最后一步，对曲轴末端的轴进行螺纹绘制生成。点击插入螺旋扫描切口，在弹出的菜单管理器对话框中，点击完成，然后选择TOP平面为基准面，点击确定，再点击缺省，进入螺纹轨迹的草绘界面。设置竖直中心线，绘制如下图形。图3-26 螺纹轨迹点击确定，再输入节距为1.5，点击回车，进入螺纹截面绘制。图3-27 螺纹截面绘制点击确定，即可生成所需螺纹，如下图3-28 螺纹生成15、经过上述步骤，最后曲轴零件图即可生成所

22、需三维实体。图3-29 曲轴生成第四章 曲轴有限元分析4.1 曲轴的设计参数及材料特性常数曲轴的设计参数：主轴颈直径45mm，曲柄销直径42mm，曲柄半径R=45mm。柴油机为四冲程，卧式，水冷，自然吸气，直喷式燃烧室；柴油机最高转速n=2400r/min，最大功率：5.8kW， 柴油机最大爆发压强，柴油机气缸直径85mm，柴油机连杆质量880g，柴油机连杆长度活塞及活塞销质量750g。本设计中，曲轴的材料选用45钢调质，弹性模量为，泊松比为0.269，密度为，屈服强度为355MPa，抗拉强度为600MPa。4.2 曲轴的受力分析4.2.1 曲柄连杆机构运动学曲柄连杆机构是将活塞的直线往复运动

23、转变为曲轴的圆周运动，发动机中普遍采用的机构类型有两类：一类是中心曲柄连杆机构，另一类是偏心曲柄连杆机构。本设计采用的是中心曲柄连杆机构。中心曲柄连杆机构是发动机中最常用的形式，由于活塞A为直线往复运动，曲柄OB做圆周运动，而连杆为平面复合运动比较复杂，这里主要研究曲轴，为了简化，所以将连杆的上半部份看作随活塞A运动，而连杆的下半部随曲柄销B运动，并且这样的影响也不大。图中OB=R为曲柄半径，AB=L为连杆长度，连杆比是发动机中一个重要的结构参数，其范围在1/31/5。运动时活塞A做往复运动，曲柄OB以等角速度旋转。是曲柄转角，是气缸轴线和曲柄转动方向位置间的夹角，当时，对应的和表示活塞和连杆

24、轴径在上止点位置；当，对应的和表示活塞和连杆轴径在下止点位置。称为连杆摆动角，是连杆轴线偏离气缸轴线的角度，逆时针为正、顺时针为负。图4-1 曲柄连杆机构4.2.1 曲轴受压分析根据受力分析，曲轴所受到的最大压缩力出现在气缸膨胀冲程开始时，活塞处在上止点附近，其值为柴油机的最大爆发压力减去活塞连杆组本身的惯性力。其中受力面为曲柄销上端的180范围内，约束力面为主轴颈下端的180范围。受压时曲轴受力示意图如下所示。图4-2 曲轴受压图经分析可得，当活塞处在上止点时，即压缩行程处于终了位置时，获得最大爆发压力，由于此时爆发压力很大，活塞连杆组所产生的向上的惯性力可以忽略不计，为了简化计算，所以只考

25、虑柴油机气缸最大爆发压力所产生的力。根据公式： （4-1）式中即为最大爆发压力，为柴油机最大爆发压强，为气缸截面积， 为气缸直径。最大爆发压力： 4.2.2 曲轴受拉分析根据受力分析，曲轴所受到的最大拉伸力出现在进气冲程开始时，活塞处在上止点附近，其大小为活塞及活塞销的惯性力加上连杆的惯性力。其中受力面为曲柄销下端的180范围内，约束力面为主轴颈上端的180范围。受压时曲轴受力示意图如下所示。图4-3 曲轴受拉图曲轴受拉时，所受到的最大拉力即为图示位置时，此时的最大拉伸力就是活塞与活塞销的质量以及柴油机连杆的质量所产生的惯性力。根据公式，最大拉力： （4-2）式中为活塞与活塞销质量，为柴油机连

26、杆质量，为活塞与连杆的共同加速度。由于活塞与连杆的质量本设计已给出，为求最大拉力还需计算活塞与连杆的共同加速度的大小。根据活塞加速度的近似公式： （4-3）式中为活塞与连杆加速度，为曲柄半径，为曲柄角速度，为曲柄转角，此时为，为连杆比，为连杆长度。求出了活塞与连杆的加速度，已知活塞与活塞销质量，柴油机连杆质量，则根据（4-2）可得最大拉力： 4.3 曲轴的网格划分对曲轴进行有限单元分析时，首先需要进行曲轴的网格的划分，因为曲轴不是完全对称，所以进行有限元分析时要以整体最为研究对象。因此，采用四面体形式对其进行网格的划分，自定义部分重要区域最大网格的尺寸为9mm，经计算机分析，共划分出15724

27、个元素，4028个节点，划分后的网格图如下所示。图4-4 曲轴网格划分4.4 曲轴的约束与载荷施加4.4.1 受压时约束与载荷对曲轴进行压应力分析时，由于在活塞上止点时产生最大爆发压力，此时曲轴的压应力最大也最集中，本设计为了简化分析，因此只对此时曲轴的压应力分布与集中问题进行研究，若此时的曲轴未出现问题，则在其余角度时曲轴受压的刚度与强度也必然符合要求。受压时，对曲柄销上表面施加向下为62420N的承载载荷。第一种约束，在主轴颈与机体接触面范围内节点施加径向X与Y方向的位移约束，在自由端止推面施加轴向Z方向的位移约束和止旋约束。第二种约束是在曲轴主轴颈范围内的所有节点上施加弹簧支座约束，且均

28、布在所有选中节点上，此类约束更加接近实际情况，分析结果更准确，但本设计并未给出轴承参数，所以假想弹簧支座的弹簧刚度无法估计。因此本设计采用第一种约束方案。4.4.2 受拉时约束与载荷对曲轴进行受拉分析时，在进气行程开始是产生最大的惯性力，此时曲轴的拉应力最大也最集中，本设计为了简化分析，因此只需要研究此时曲轴的拉应力情况，若满足，则在其余角度时曲轴受拉的刚度与强度也必然符合要求。受拉时，对曲柄销下表面施加向上为5858N的承载载荷。也采用第一种约束方案，在主轴颈与机体接触面范围内节点施加径向X与Y方向的位移约束，在自由端止推面施加轴向Z方向的位移约束和止旋约束。4.5 曲轴有限元计算结果及分析

29、4.5.1 受压时应力及应变图对曲轴进行网格划分、加载约束后，运用Pro/E软件对其进行计算机分析计算，得到以下应力图和应变图。图4-5 受压应力图图4-6 受压应变图根据对曲轴的有限元分析结果可知，当曲轴受压时，最大的压应力出现在主轴颈与曲臂相连的倒角处，以及曲柄销与曲臂相连的倒角处，而且这两个部位的应力比较集中，远远大于其余部位。曲轴的最大压应力为187.7MPa小于曲轴所选择材料的屈服强度355MPa，改进时可做略微调整，节省材料，对部分尺寸也可适当减小。由分析可得，曲轴的主要应变部位也是其应力最大最集中的部位，也是主轴颈与曲臂连接、曲柄销与曲臂连接的倒角处，以及曲轴销底部。曲轴的最大应

30、变为。4.5.2 受拉时应力及应变图由于最大拉力5858N远远小于最大压力62420N，所以分析拉应力时就未对曲轴进行更密的网格划分，简化分析过程。图4-7 受拉应力图图4-8 受拉应变图根据分析图可知，当曲轴受最大拉力时，主轴颈与曲臂连接倒角的上半面以及曲柄销与曲臂连接倒角的上半面出现最大拉应力，最大拉应力为16.85MPa，远远小于屈服强度355MPa。由应变图可知，最大应变量也出现在拉应力最集中的位置，也即是主轴颈与曲臂连接、曲柄销与曲臂连接倒角处，以及曲柄销上半部分。最大应变为。4.6 本章小结本章主要运用Pro/E软件对给定曲轴的拉、压应力进行计算机有限元分析，为下一章的曲轴改进设计

31、最好铺垫，也为曲轴的改进与优化提供了一定的参考和依据。第五章 曲轴的优化改进5.1 曲轴的改进5.1.1 改进方案根据本设计书上一章的计算和分析，在受到最大拉力和最大压力时，虽然最大压应力和最大拉应力都集中在主轴颈与曲臂连接、曲柄销与曲臂连接倒角处，但两者的最大应力都远小于许用应力，特别是拉应力。所以在本次改进设计中，对曲轴可做适当修改，以减轻曲轴的质量。1、将曲臂的厚度适当减薄，曲臂的上半圆减小，并减短曲臂长度，但曲臂与主轴颈、曲轴销连接的倒角不做修改。2、将主轴颈加长，长度等于曲臂减少的厚度，并缩小主轴颈直径。5.1.2 改进后的零件图图5-1 曲轴改进图5.2 改进后的三维建模根据改进后

32、的零件图，再次通过Pro/E软件对新曲轴进行三维实体建模，建模的步骤与方法同第三章所述。建立好的曲轴三维模型如下图。图5-2 改进后曲轴三维模型5.3 改进后的有限元分析5.3.1 网格的划分网格划分同第四章的叙述，采用四面体形式对其进行网格的划分，自定义部分重要区域最大网格的尺寸为9mm，共划分出15626个元素，4177个节点，划分后的网格图如下所示。图5-3 改进后的网格划分5.3.2 改进后压应力分析因为改进后受压情况与改进前一样，载荷与约束也并未发生改变，这里就不过多的叙述，应力图与应变图如下。图5-4 压应力图图5-5 压应变图根据再次对曲轴的有限元分析结果可知，修改后，曲轴的质量

33、减小，曲臂厚度减小，受压时，最大应力有所增大，还是出现在主轴颈与曲臂相连的倒角处，以及曲柄销与曲臂相连的倒角处，其余部位应力依然很小。此时的最大压应力为294.9MPa还是小于连杆所选择材料屈服强度355MPa，所以改进后压应力校核合格。由应变图得，曲轴的主要应变部位还是其应力最大最集中的部位，也是主轴颈与曲臂连接、曲柄销与曲臂连接的倒角处，以及曲轴销下部。曲轴的最大应变为。5.3.3 改进后拉应力分析因为改进后受拉情况与改进前一样，载荷与约束也并未发生改变，这里就不过多的叙述，应力图与应变图如下。图5-6 拉应力图图5-7 拉应变图根据分析图可知，当曲轴受最大拉力时，主轴颈与曲臂连接倒角的上

34、半面以及曲柄销与曲臂连接倒角的上半面出现最大拉应力，最大拉应力为43.83MPa，略微比修改前大。由应变图可知，最大应变量也出现在拉应力最集中的位置，也即是主轴颈与曲臂连接、曲柄销与曲臂连接倒角处，以及曲柄销上半部分。最大应变为。5.4 本章小结经过本章对新曲轴的有限元分析与计算，上述所修改的曲轴尺寸参数符合设计要求，压应力与拉应力校核合格，因此可以采用此改进方案作为本设计曲轴的改进设计。曲轴体积和质量由原来的即3311.65g，缩减到现在的即2707.92g。体积减少了，缩小了18.2%。质量也相应减少了603.73g，减轻了18.2%。充分的节省了曲轴的材料，降低了生产成本。第六章 设计总

35、结通过这次的毕业设计，我看到了作为一名工科学生，甚至是以后可能成为的工程设计者，在机械产品的设计研发中，对零部件进行建模、分析都是一项重要的也是必须具备的能力，因此这次毕业设计也是为我们以后的工作、为我们以后的发展打下了一个虽然不强但十分坚实的基础。曲轴作为一个发动机中最为重要的部件，同时也时刻承受着各种复杂的载荷，它的结构和参数以及加工工艺不仅直接影响着整个发动机的尺寸和重量，在很大程度上也和发动机的性能、寿命以及工作可靠性息息相关。正是因为曲轴有着如此的重要性，所以本设计在三维实体模型的基础上，对曲轴进行静态有限单元分析，研究其强度是否与发动机设计制造要求相符合。在本次设计中，由于涉及到三

36、维实体建模和有限元分析软件的运用，在之前的大学学习中，虽然都有过接触，但都十分的浅显，所以我选择了Pro/E软件以及其附带的Pro/MECHANICA程序对设计进行建模和有限元分析，因此重新学习软件的运用和操作成为了本次设计的一个重要工作，这也为自己在专业软件方面多学了一个技能。通过对内燃机学、汽车发动机原理、Pro/ENGINEER Wildfire 3.0中文版机械设计高级应用实例等书籍的查阅，完成了对曲轴的建模和分析，针对分析结果对曲轴进行了一定的优化修改，完善了曲轴的尺寸参数，并对修改后的曲轴进行了强度校核。这个过程中，自己的能力有了一定的提高，使自己获取专业知识的途径得到了扩展，在计

37、算机软件的学习上更是取得了很多进步，专业知识的进一步熟悉巩固的基础上学习到了以前没有涉及到的新知识，但其中的辛苦与劳累、欢喜和激动也只有自己才明白。由于学习和设计的时间有限，对于Pro/E软件的把握上还不够，加上自身的知识有限，在曲轴模型的建立上以及有限元分析中难免出现错误和不足之处，还希望老师予以教导和纠正。参 考 文 献1 周龙保.内燃机学M.北京：机械工业出版社，20022 苏 奥林.克鲁戈罗夫.内燃机活塞式及复合式发动机的构造设计及强度计算M. 北京：机械工业出版社，19893 吴健华.汽车发动机原理M.北京：机械工业出版社，2010.54 胡仁喜.Pro/ENGINEER Wildf

38、ire3.0中文版机械设计高级应用实例M.北京：机械工业出版社，2007.35 王霄.Pro/Engineer Wildfire3.0高级设计实例教程M.北京：化学工业出版社，2010.56 林清安.Pro/ENGINEER野火3.0中文版零件设计应用实例M.北京：电子工业出版社，2007.77 熊琳.曲轴的设计M.北京：机械工业出版社，19588 陈敏 刘晓叙.AutoCAD2007机械设计绘图应用教程M.重庆：重庆大学出版社，2008.2致 谢经过三个月时间的努力和学习，毕业设计已经接近尾声，设计的工作基本都已经完成了，为此我要感谢大学期间辅导过我们的老师，没有老师们的指导和教育，我们掌握

39、不到那么多的知识，更重要的是学习知识的方法。在你们的悉心引导下，我们才能顺顺利利的完成自己大学本科的学业。另外，我还要在此特别感谢刘晓叙教授，本设计正是在刘老师的悉心指导下才顺利完成的，在这几个月期间，刘老师不仅仅是在设计的专业知识上给予了我莫大的帮助，他的严谨治学态度和言传身教的学者风范以及高度的责任感给了我很大的感触，在闲暇时，刘老师还和我们畅聊人生，教会了我们很多为人处世的道理。在做设计的过程中，不管是身边的同学还是寝室里的兄弟都给予了我莫大的帮助和启示，没有你们我也不可能顺利的完成课题设计，在此向你们表示由衷的感谢。作为即将毕业的大学生，我会秉承四川理工学院的校训，不断的激励自己，在以后的工作生活中取得更大的成功。感谢教授过我的老师们，感谢我的大学！最后我仅将此设计献给在远方默默关爱着我的父母！