摘要：对曲柄连杆机构进行运动学和动力学分析，应用Pro/E软件对曲轴建立实体模型，应用ANSYS软件对模型进行有限元分析。

    0 引言
    作为发动机传递运动和动力的机构—曲柄连杆机构，它把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。因其是发动机中主要的受力部件，其工作的可靠性决定了发动机工作的可靠性。随着发动机强化指标的不断提高，在设计过程中应保证机构具有足够的疲劳强度和刚度以及良好的动静态力学特性以适应机构更加复杂的工作条件和不断变化的周期性载荷。
    1 研究的主要方向
    对曲柄连杆机构受力情况进行深人研究，内容有：（1）分析曲柄连杆机构中各种力的作用情况，对曲柄连杆机构进行运动学和动力学分析，并根据这些力对曲柄连杆机构的主要零部件进行强度、刚度等方面的计算和校核。（2）应用Pro/E软件对曲轴建立实体模型。（3）应用ANSYS软件对模型进行有限元分析。
    2 曲柄连杆机构的类型及选择方案
    根据运动学观点将内燃机中曲柄连杆机构分为三类，即：偏心曲柄连杆机构、中心曲柄连杆机构和主副连杆式曲柄连杆机构。中心曲柄连杆机构在内燃机中的应用最广泛。经过比较，本设计选择中心曲柄连杆机构。
    3 曲轴的工作条件和设计要求
      曲轴的工作环境使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力。所以，曲轴的设计从总体结构上选择整体式，其刚度和强度较高，加工表面也比较少并具有工作可靠、质量轻的特点。此外，为了提高曲轴的弯曲刚度和强度，采用全支撑半平衡结构，即四个曲拐，每个曲拐的两端都有一个主轴颈，如图1所示。

    4  Pro/E创建曲轴
    曲轴具有以下特点：（1）为避免曲轴旋转时产生严重振动，在连杆轴颈的相反方向上设有平衡重。重心远离曲轴的旋转中心。（2）润滑油经过曲轴的油道，从主轴颈流到连杆轴颈，进行润滑。曲轴示意图如图2。

    结构有限元分析中最基本的是静力分析。计算在静力载荷作用下结构的响应，即作用在结构上引起的变形、应力和应变等的研究有重要意义。通过静力分析，可以校核结构的刚度和强度是否满足设计要求。
    5 曲轴受力条件与简化
    曲轴在运动过程中，由于主轴颈上受到约束，而连杆轴颈上受到相应的合力，所以对于曲轴的受力来说是复杂的合力，在曲轴第三个曲拐受力最大的情况下进行分析，要进行有限元化并分析，需要对曲轴进行相应的曲轴网格划分与节点划分，做一个完全瞬态分析，而由于计算机的配置等诸多方面的因素，需简化模型降低模型的复杂程度，剔除倒角等因素。
    6 曲轴的静力学分析
    6.1曲轴模型的导入
    曲轴的结构复杂，为了减少应力集中，建模时必须简化，在整体曲轴建模时仅考虑主轴颈、曲轴轴颈与曲拐连接处的过渡圆角。使用Pro/E建模，把Pro/E中的曲轴模型导入到ANSYS中，应用接口串联，将模型导入到ANSYS 14. 0中，如图3所示。

    6.2曲轴体分割与整合
    由于曲轴的受力情况，在进行节点划分前需要进行体分割，才能在受力点位置产生节点，否则在网格划分的过程中可能出现网格未扫描出节点，从而对分析的结果产生影响。先对模型坐标系进行空间平移，移动到所要的分割平面位置，在利用布尔运算对体分割后的实体模型进行布尔加运算，进行体整合，整合成为一体的实体模型。

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