PAGE42PAGE38分類號密級寧畢業設計(論文)連桿的設計和有限元分析所在學院機械與電氣工程學院專業機械設計制造及其自動化班級11機自x班姓名學號指導老師2015年3月31日PAGE41摘要連桿組由連桿體、連桿大頭蓋、連桿小頭襯套、連桿大頭軸瓦和連桿螺栓（或螺釘）等組成。連桿組承受活塞銷傳來的氣體作用力及其本身擺動和活塞組往復慣性力的作用，這些力的大小和方向都是周期性變化的。因此連桿受到壓縮、拉伸等交變載荷作用。連桿必須有足夠的疲勞強度和結構剛度。疲勞強度不足，往往會造成連桿體或連桿螺栓斷裂，進而產生整機破壞的重大事故。若剛度不足，則會造成桿體彎曲變形及連桿大頭的失圓變形，導致活塞、汽缸、軸承和曲柄銷等的偏磨。關鍵詞：連桿，強度AbstractThelinkgroupcomprisesaconnectingrod,theconnectingrodcover,connectingrodbushing,connectingrodbearingandrodbolts(orscrews).Theconnectingrodgroupundergasforcepistonpincameanditsswingandpistonreciprocatinginertiaforces,themagnitudeanddirectionoftheseforcesarecyclicalchanges.Theconnectingrodbycompression,stretchingandalternatingload.Theconnectingrodmusthaveenoughfatiguestrengthandstructuralstiffness.Thefatiguestrengthisinsufficient,oftencausedbyfractureofconnectingrodortheconnectingrodbolt,resultingindestructionofthemajoraccident.Ifthelackofrigidity,itwillcausedeformationofroundrodbendingdeformationandtheconnectingrod,piston,cylinder,causepartialgrindingbearingandcrankpin.KeyWords:ricethresherthreshing;improveddesign;目錄摘要 IIIAbstract IV目錄 V第1章緒論 1第2章連桿設計方案 22.1連桿工作原理 22.2連桿總體設計 32.2.1連桿的類型定位 52.2.2連桿的整機結構及選擇 72.2.3連桿連桿的工作流程 9第3章連桿結構設計 113.1連桿設計 133.2連桿配件設計 14第4章有限元分析 164.1有限元簡介 164.1.1有限元強度分析簡介 164.1.2有限元模態分析簡介 164.2前處理 174.3網格劃分 194.4邊界條件設定 214.5強度分析 224.6模態分析 23第5章分析結果 245.1強度分析結論 255.2模態分析結論 25結論 26參考文獻 27致謝 28第1章緒論連桿體由三部分構成，與活塞銷連接的部分稱連桿小頭；與曲軸連接的部分稱連桿大頭，連接小頭與大頭的桿部稱連桿桿身。連桿小頭多為薄壁圓環形結構，為減少與活塞銷之間的磨損，在小頭孔內壓入薄壁青銅襯套。在小頭和襯套上鉆孔或銑槽，以使飛濺的油沫進入潤滑襯套與活塞銷的配合表面。連桿桿身是一個長桿件，在工作中受力也較大，為防止其彎曲變形，桿身必須要具有足夠的剛度。為此，車用發動機的連桿桿身大都采用Ⅰ形斷面，Ⅰ形斷面可以在剛度與強度都足夠的情況下使質量最小，高強化發動機有采用H形斷面的。有的發動機采用連桿小頭噴射機油冷卻活塞，須在桿身縱向鉆通孔。為避免應力集中，連桿桿身與小頭、大頭連接處均采用大圓弧光滑過渡。為降低發動機的振動，必須把各缸連桿的質量差限制在最小范圍內，在工廠裝配發動機時，一般都以克為計量單位按連桿的大、小頭質量分組，同一臺發動機選用同一組連桿。V型發動機上，其左、右兩列的相應氣缸共用一個曲柄銷，連桿有并列連桿、叉形連桿及主副連桿三種型式。第2章連桿設計方案2.1連桿工作原理連桿機構中的構件有桿狀、塊狀、偏心輪、偏心軸和曲軸等型式。當構件上兩轉動副軸線間距較大時，一般做成桿狀。

帶兩個轉動副的雙副桿結構：帶三個轉動副的三副桿結構：桿狀結構的構件應盡量做成直桿。有時為了避免構件之間的運動干涉，也可將桿狀構件做成其他結構。帶三個轉動副的三副桿的結構設計較為靈活，與三個轉動副的相對位置和構件加工工藝有關，下圖為8種典型結構形式：2.2連桿連桿總體設計連桿集團連桿身體，連桿大頭蓋骨，連桿小頭布什、連桿大腦袋襯套和桿螺栓（或螺栓）等。連桿組忍受活塞銷的天然氣的作用力本身隔活塞組往返慣性力的作用下，這些能力的大小和方向是周期性變化。所以鏈接壓縮，拉伸等變動荷載作用。鏈接必須有足夠的疲勞強度和結構剛性。疲勞強度不足，往往連桿身體和桿螺栓斷裂，并且機械全部破壞的重大事故發生。如果剛性不足，桿身體彎曲變形與連桿大腦袋的失敗圓變形，活塞，汽缸，軸承和曲軸銷等偏磨。2.2.1連桿的類型定位連桿小頭多為薄壁圓環形結構，為減少與活塞銷之間的磨損，在小頭孔內壓入薄壁青銅襯套。在小頭和襯套上鉆孔或銑槽，以使飛濺的油沫進入潤滑襯套與活塞銷的配合表面。連桿桿身是一個長桿件，在工作中受力也較大，為防止其彎曲變形，桿身必須要具有足夠的剛度。為此，車用發動機的連桿桿身大都采用Ⅰ形斷面，Ⅰ形斷面可以在剛度與強度都足夠的情況下使質量最小，高強化發動機有采用H形斷面的。有的發動機采用連桿小頭噴射機油冷卻活塞，須在桿身縱向鉆通孔。為避免應力集中，連桿桿身與小頭、大頭連接處均采用大圓弧光滑過渡。為降低發動機的振動，必須把各缸連桿的質量差限制在最小范圍內，在工廠裝配發動機時，一般都以克為計量單位按連桿的大、小頭質量分組，同一臺發動機選用同一組連桿。V型發動機上，其左、右兩列的相應氣缸共用一個曲柄銷，連桿有并列連桿、叉形連桿及主副連桿三種型式。2.2.2連桿的整機結構及選擇連桿組件由連桿軸，連桿蓋，小軸套，大軸瓦，螺絲等組成，如上圖所示2.2.3連桿連桿的工作流程連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應力區域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。傳統連桿加工工藝中其材料一般采用45鋼、40Cr或40MnB等調質鋼，硬度更高，因此，以德國汽車企業生產的新型連桿材料如C70S6高碳微合金非調質鋼、SPLITASCO系列鍛鋼、FRACTIM鍛鋼和S53CV-FS鍛鋼等(以上均為德國din標準)。合金鋼雖具有很高強度，但對應力集中很敏感。所以，在連桿外形、過度圓角等方面需嚴格要求，還應注意表面加工質量以提高疲勞強度，否則高強度合金鋼的應用并不能達到預期效果。

第3章連桿設計3.1連桿原理連桿體由三部分構成，與活塞銷連接的部分稱連桿小頭；與曲軸連接的部分稱連桿大頭，連接小頭與大頭的桿部稱連桿桿身。連桿小頭多為薄壁圓環形結構，為減少與活塞銷之間的磨損，在小頭孔內壓入薄壁青銅襯套。在小頭和襯套上鉆孔或銑槽，以使飛濺的油沫進入潤滑襯套與活塞銷的配合表面。連桿桿身是一個長桿件，在工作中受力也較大，為防止其彎曲變形，桿身必須要具有足夠的剛度。為此，車用發動機的連桿桿身大都采用Ⅰ形斷面，Ⅰ形斷面可以在剛度與強度都足夠的情況下使質量最小，高強化發動機有采用H形斷面的。有的發動機采用連桿小頭噴射機油冷卻活塞，須在桿身縱向鉆通孔。為避免應力集中，連桿桿身與小頭、大頭連接處均采用大圓弧光滑過渡。為降低發動機的振動，必須把各缸連桿的質量差限制在最小范圍內，在工廠裝配發動機時，一般都以克為計量單位按連桿的大、小頭質量分組，同一臺發動機選用同一組連桿。V型發動機上，其左、右兩列的相應氣缸共用一個曲柄銷，連桿有并列連桿、叉形連桿及主副連桿三種型式。3.2連桿配件設計連桿蓋設計如上圖所示連桿軸套設計如上圖所示第4章有限元分析4.1有限元簡介4.1.1有限元強度分析簡介在數學中，有限元法（FEM，FiniteElementMethod）是一種為求解偏微分方程邊值問題近似解的數值技術。求解時對整個問題區域進行分解，每個子區域都成為簡單的部分，這種簡單部分就稱作有限元。它通過變分方法，使得誤差函數達到最小值并產生穩定解。類比于連接多段微小直線逼近圓的思想，有限元法包含了一切可能的方法，這些方法將許多被稱為有限元的小區域上的簡單方程聯系起來，并用其去估計更大區域上的復雜方程。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的(較簡單的）近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件(如結構的平衡條件），從而得到問題的解。這個解不是準確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。選擇位移模式在有限單元法中，選擇節點位移作為基本未知量時稱為位移法；選擇節點力作為基本未知量時稱為力法；取一部分節點力和一部分節點位移作為基本未知量時稱為混合法。位移法易于實現計算自動化，所以，在有限單元法中位移法應用范圍最廣。當采用位移法時，物體或結構物離散化之后，就可把單元總的一些物理量如位移，應變和應力等由節點位移來表示。這時可以對單元中位移的分布采用一些能逼近原函數的近似函數予以描述。通常，有限元法我們就將位移表示為坐標變量的簡單函數。這種函數稱為位移模式或位移函數。分析單元的力學性質根據單元的材料性質、形狀、尺寸、節點數目、位置及其含義等，找出單元節點力和節點位移的關系式，這是單元分析中的關鍵一步。此時需要應用彈性力學中的幾何方程和物理方程來建立力和位移的方程式，從而導出單元剛度矩陣，這是有限元法的基本步驟之一。計算等效節點力物體離散化后，假定力是通過節點從一個單元傳遞到另一個單元。但是，對于實際的連續體，力是從單元的公共邊傳遞到另一個單元中去的。因而，這種作用在單元邊界上的表面力、體積力和集中力都需要等效的移到節點上去，也就是用等效的節點力來代替所有作用在單元上的力。隨著計算機技術的迅速發展，在工程領域中，有限元分析（FEA）越來越多地用于仿真模擬，來求解真實的工程問題。這些年來，越來越多的工程師、應用數學家和物理學家已經證明這種采用求解偏微分方程（PDE）的方法可以求解許多物理現象，這些偏微分方程可以用來描述流動、電磁場以及結構力學等等。有限元方法用來將這些眾所周知的數學方程轉化為近似的數字式圖象。早期的有限元主要關注于某個專業領域，比如應力或疲勞，但是，一般來說，物理現象都不是單獨存在的。例如，只要運動就會產生熱，而熱反過來又影響一些材料屬性，如電導率、化學反應速率、流體的粘性等等。這種物理系統的耦合就是我們所說的多物理場，分析起來比我們單獨去分析一個物理場要復雜得多。很明顯，我們需要一個多物理場分析工具。在上個世紀90年代以前，由于計算機資源的缺乏，多物理場模擬僅僅停留在理論階段，有限元建模也局限于對單個物理場的模擬，最常見的也就是對力學、傳熱、流體以及電磁場的模擬。看起來有限元仿真的命運好像也就是對單個物理場的模擬。這種情況已經開始改變。經過數十年的努力，計算科學的發展為我們提供了更靈巧簡潔而又快速的算法，更強勁的硬件配置，使得對多物理場的有限元模擬成為可能。新興的有限元方法為多物理場分析提供了一個新的機遇，滿足了工程師對真實物理系統的求解需要。有限元的未來在于多物理場求解。千言萬語道不盡，下面只能通過幾個例子來展示多物理場的有限元分析在未來的一些潛在應用。壓電擴音器可以將電流轉換為聲學壓力場，或者反過來，將聲場轉換為電流場。這種裝置一般用在空氣或者液體中的聲源裝置上，比如相控陣麥克風，超聲生物成像儀，聲納傳感器，聲學生物治療儀等，也可用在一些機械裝置比如噴墨機和壓電馬達等。壓電擴音器涉及到三個不同的物理場：結構場，電場以及流體中的聲場。只有具有多物理場分析能力的軟件才能求解這個模型。壓電材料選用PZT5-H晶體，這種材料在壓電傳感器中用得比較廣泛。在空氣和晶體的交界面處，將聲場邊界條件設置為壓力等于結構場的法向加速度，這樣可以將壓力傳到空氣中去。另外，晶體域中又會因為空氣壓力對其的影響而產生變形。仿真研究了在施加一個幅值200V，震蕩頻率為300KHz的電流后，晶體產生的聲波傳播。這個模型的描述及其完美的結果表明在任何復雜的模型下，我們都可以用一系列的數學模型進行表達，進而求解。多物理場建模的另外一個優勢就是在學校里，學生們直觀地獲取了以前無法見到的一些現象，而簡單易懂的表達方式也獲得了學生們的好感。這只是KrishanKumar博士在紐約Glassboro的Rowan大學給高年級的畢業生講授傳熱方程課程時介紹建模及分析工具所感受到的，他的學生的課題是如何冷卻一個摩托車的發動機箱。Bhatia博士教他們如何利用“設計－制造－檢測”的理念來判斷問題、找出問題、解決問題。如果沒有計算機仿真的應用，這種方法在課堂上推廣是不可想象的，因為所需費用實在是太大了。COMSOLMultiphysics擁有優秀的用戶界面，可以使學生方便地設置傳熱問題，并很快得到所需要的結果。“我的目標是使每個學生都能了解偏微分方程，當下次再遇到這樣的問題時，他們不會再擔心，”博士說，“這不需要了解太多的分析工具，總的來說，學生都反映‘這個建模工具太棒了’”。很多優秀的高科技工程公司已經看到多物理場建模可以幫助他們保持競爭力。多物理場建模工具可以讓工程師進行更多的虛擬分析而不是每次都需要進行實物測試。這樣，他們就可以快速而經濟地優化產品。在印度尼西亞的MedradInnovationsGroup中，由JohnKalafut博士帶領著一個研究小組，采用多物理場分析工具來研究細長的注射器中血細胞的注射過程，這是一種非牛頓流體，而且具有很高的剪切速率。通過這項研究，Medrad的工程師制造了一個新穎的裝置稱為先鋒型血管造影導管同采用尖噴嘴的傳統導管相比，采用擴散型噴嘴的新導管使得造影劑分布得更加均勻。造影劑就是在進行X光拍照時，將病變的器官顯示得更加清楚的特殊材料。另外一個問題就是傳統導管在使用過程中可能會使得造影劑產生很大的速度，進而可能會損傷血管。先鋒型血管造影導管降低了造影劑對血管產生的沖擊力，將血管損傷的可能性降至最低。關鍵的問題就是如何去設計導管的噴嘴形狀，使其既能優化流體速度又能減少結構變形。Kalafut的研究小組利用多物理場建模方法將層流產生的力耦合到應力應變分析中去，進而對各種不同噴嘴的形狀、布局進行流固耦合分析。“我們的一個實習生針對不同的流體區域建立不同的噴嘴布局，并進行了分析，”Kalafut博士說，“我們利用這些分析結果來評估這些新想法的可行性，進而降低實體模型制造次數”。摩擦攪拌焊接（FSW），自從1991年被申請專利以來，已經廣泛應用于鋁合金的焊接。航空工業最先開始采用這些技術，正在研究如何利用它來降低制造成本。在摩擦攪拌焊接的過程中，一個圓柱狀具有軸肩和攪拌頭的刀具旋轉插入兩片金屬的連接處。旋轉的軸肩和攪拌頭用來生熱，但是這個熱還不足以融化金屬。反之，軟化呈塑性的金屬會形成一道堅實的屏障，會阻止氧氣氧化金屬和氣泡的形成。粉碎，攪拌和擠壓的動作可以使焊縫處的結構比原先的金屬結構還要好，強度甚至可以到原來的兩倍。這種焊接裝置甚至可以用于不同類型的鋁合金焊接。空中客車（AirBus）資助了很多關于摩擦攪拌焊接的研究。在制造商大規模投資和重組生產線之前，Cranfield大學的PaulColegrove博士利用多物理場分析工具幫助他們理解了加工過程。第一個研究成果是一個摩擦攪拌焊接的數學模型，這讓空客的工程師“透視”到焊縫中來檢查溫度分布和微結構的變化。Colegrove博士和他的研究小組還編寫了一個帶有圖形界面的仿真工具，這樣空客的工程師可以直接提取材料的熱力屬性以及焊縫極限強度。在這個摩擦攪拌焊接的模擬過程中，將三維的傳熱分析和二維軸對稱的渦流模擬耦合起來。傳熱分析計算在刀具表面施加熱流密度后，結構的熱分布。可以提取出刀具的位移，熱邊界條件，以及焊接處材料的熱學屬性。接下來將刀具表面處的三維熱分布映射到二維模型上。耦合起來的模型就可以計算在加工過程中熱和流體之間的相互作用。將基片的電磁、電阻以及傳熱行為耦合起來需要一個真正的多物理場分析工具。一個典型的應用是在半導體的加工和退火的工藝中，有一種利用感應加熱的熱壁熔爐，它用來讓半導體晶圓生長，這是電子行業中的一項關鍵技術。多物理場分析工具可以分析出整個電路板上熱量的轉移，結構的應力變化以及由于溫度的上升導致的變形。這樣做可以用來提升電路板設計的合理性以及材料選擇的合理性。計算機能力的提升使得有限元分析由單場分析到多場分析變成現實，未來的幾年內，多物理場分析工具將會給學術界和工程界帶來震驚。單調的“設計－校驗”的設計方法將會慢慢被淘汰，虛擬造型技術將讓你的思想走得更遠，通過模擬仿真將會點燃創新的火花。自2000年以來,國內外對非線性結構問題的數值解法做了大量的研究。修正的牛頓－拉普森迭代法的出現,為保證計算精度提供了保障。但是,對求解結構極限強度而言,這種方法仍很難找到極限點。Wright&Gaylord發展了假想彈簧法以保證后極限強度區域結構剛度矩陣的正定,并成功應用于框架結構的分析。Bergan等提出了當前剛度參數法,來抑制臨界區域的平衡迭代進而穿越極限點。Batoz提出了位移控制法,通過施加已知位移變化過程反求結構內力,從而穿越極限點求出結構的后極限強度響應。Riks首次提出弧長控制法,1981年由Crisfield、Ramm、Powell和Simons等人做了改進,并與修正的牛頓－拉普森法相結合,成功地實現了求解后極限平衡路徑中的“階躍”(Snap-through)問題。高素荷等人對網格劃分密度與有限元求解精度的關系進行了研究。通過對不同網格密度、不同單元類型的有限元力學模型計算結果與精確解的分析比較,探索研究單元網格劃分與有限元求解精度的內在聯系,為在保證有限元解滿足工程實際精度要求的前提下,確定合理的網格密度,提高有限元分析效率進行了有益的探索。研究證明:對于幾何尖角處、應力應變變化較大區域,有限元分析時應選擇高階次單元,并適當增加單元網格密度。這樣,既可保證單元的形狀,同時,又可提高求解精度、準確性及加快收斂速度。全自動劃分網格時,優先考慮選用高階單元。在網格劃分和初步求解時,應做到先簡后繁,先粗后精。由于工程結構一般具有重復對稱或軸對稱、鏡象對稱等特點,為提高求解效率,應充分利用重復與對稱等特征,采用子結構或對稱模型以提高求解效率和精度。4.1.2有限元模態分析簡介模態分析是研究結構動力特性一種近代方法，是系統辨別方法在工程振動領域中的應用。模態是機械結構的固有振動特性，每一個模態具有特定的固有頻率、阻尼比和模態振型。這些模態參數可以由計算或試驗分析取得，這樣一個計算或試驗分析過程稱為模態分析。這個分析過程如果是由有限元計算的方法取得的，則稱為計算模態分析；如果通過試驗將采集的系統輸入與輸出信號經過參數識別獲得模態參數，稱為試驗模態分析。通常，模態分析都是指試驗模態分析。振動模態是彈性結構固有的、整體的特性。通過模態分析方法搞清楚了結構物在某一易受影響的頻率范圍內的各階主要模態的特性，就可以預言結構在此頻段內在外部或內部各種振源作用下產生的實際振動響應。因此，模態分析是結構動態設計及設備故障診斷的重要方法。機器、建筑物、航天航空飛行器、船舶、汽車等的實際振動模態各不相同。模態分析提供了研究各類振動特性的一條有效途徑。首先，將結構物在靜止狀態下進行人為激振，通過測量激振力與響應并進行雙通道快速傅里葉變換（FFT）分析，得到任意兩點之間的機械導納函數（傳遞函數）。用模態分析理論通過對試驗導納函數的曲線擬合，識別出結構物的模態參數，從而建立起結構物的模態模型。根據模態疊加原理，在已知各種載荷時間歷程的情況下，就可以預言結構物的實際振動的響應歷程或響應譜。近十多年來，由于計算機技術、FFT分析儀、高速數據采集系統以及振動傳感器、激勵器等技術的發展，試驗模態分析得到了很快的發展，受到了機械、電力、建筑、水利、航空、航天等許多產業部門的高度重視。已有多種檔次、各種原理的模態分析硬件與軟件問世。4.2前處理打開ansys軟件，界面如圖所示點擊Geometry功能選項，將其拖入Projectschematic界面，如上圖所示在AnalysisSystems中點擊StaticStructural功能選項，將其拖入到Geometry旋向框上面，如圖所示，自動生成分析選項界面。導入模型以后，需要對模型賦予材質。本結構中，零部件材質設定為結構鋼楊氏模量為2.1e13pa泊松比為0.3如下圖所示，分別對每個零部件進行材料設定 4.3網格劃分 在劃分網格前，用戶首先需要對模型中將要用到的單元屬性進行定義。單元屬性主要包括：單元類型、實常數、材料常數。典型的實常數包括：厚度、橫截面面積、高度、梁的慣性矩等。材料屬性包括：彈性模量、泊松比、密度、熱膨脹系數等。

ANSYS為用戶提供了兩種網格劃分類型：自由和映射

所謂“自由”，體現在沒有特定的準則，對單元形狀無限制，生成的單元不規則，基本適用于所有的模型。自由網格生成的內部節點位置比較隨意，用戶無法控制。操作方式是打開Mesh

Tool工具條上的Free選項。所用單元形狀依賴于是對面還是對體進行網格劃分。對于面，自由網格可以只由四邊形單元組成，也可以只由三角形單元組成，或兩者混合。對于體，自由網格一般限制為四面體單元。

映射網格劃分要求面或體形狀滿足一定規則，且映射面網格只包括三角形單元或四邊形單元，映射體網格只包括六面體單元，它生成的單元形狀比較規則，適用于形狀規則的面和體。對于映射網格劃分，生成的單元尺寸依賴于當前DSIZE、ESIZE、KESIZE、LESIZE和ASIZE的設置。Smartsize不能用于映射網格劃分。當使用硬點時，不支持映射網格劃分。此面必須由3或4條線圍成，在對邊上必須有相等的單元劃分數。如果此面由3條線圍成，則三條邊上的單元劃分數必須相等且必須是偶數。對邊網格數之差相等，或者一對對邊網格數相等，另一對網格數之差為偶數，也可以進行映射網格劃分。

如果一個面由多于4條的線圍成，則它不能直接采用映射網格進行劃分，然而，為了將總的線數減少到4，其中的某些線可以被加起來（add）或連接起來（concatenated，一種進行網格劃分時的操作）。

代替進行連接操作（concatenation），可以用拾取一個面的3個或4個角點來進行面映射網格劃分，這種簡化的映射網格劃分方法將兩個關鍵點之間的多條線內部連接起來。

為了得到映射網格，必須在面的對邊上指定相等的線的劃分數（或者定義線的劃分數對應于某種傳遞方式）。不需要在所有的線上指定劃分數，只要是采用映射網格劃分，程序會將線的劃分數由一條邊傳遞到對邊，傳遞所有相鄰的要劃分網格的面）

體映射網格：為了給一個體劃分六面體單元，則必須滿足

·它必須是塊形（六面體），五面體或四面體形

·在對面和側邊上所定義的單元劃分數必須相等

·如果體是棱柱形或四面體形，在三角形面上的單元劃分數必須是偶數

·相對棱邊上劃分的單元數必須相等導入模型以后如上圖所示，打開主界面,對模型進行網格劃分，點擊mesh功能旋向，右擊插入mesh方法，選擇sizing，即設定網格大小。設定整體網格大小為1mm。點擊mesh，軟件對模型進行網格劃分，劃分結果如下圖所示：可以看到最終網格劃分效果，以及網格數量，如下圖：如圖所示，網格總數量為487658，節點數量為170523網格質量1004.4邊界條件設定 網格劃分完畢需要對整體裝置進行邊界條件設定，如下圖所示，為模型固定條件，即模型中某些零部件進行固定設定。設定軸承外圈上與小棍接觸部分為固定。即fixedsupport另外設定約束條件，即受力載荷或者位移載荷設定與軸承外圈接觸的冷碾輥部分以及外部受力打小為2000N如上圖所示4.5強度分析 點solve，軟件對模型進行計算，最終計算結果如下圖圖上分別為主應力，位移，應變值。4.6模態分析 在應力分析的基礎上繼續對模型進行模態分析，分析結果如下圖所示分別得到模型的六階振型連桿軸的一階振型連桿軸的二階振型連桿軸的三階振型連桿軸的四階振型連桿軸的五階振型連桿軸的六階振型結論一、總結第一部分，文獻資料的搜集與整理。通過專利網、文獻庫和老師給的資料，了解了當前主流的幾種機車轉向架助推器類型。然后根據文獻資料，綜合分析每種助推器的優劣，綜合比較借鑒，初步確定采用撬棍杠桿式助推方式。第二部分，確定局部和整體方案。進一步分析撬棍式助推器的助推方式，及需要哪些相配合的機構，將助推器分為執行系統、系統和驅動系統三部分。然后先對執行機構進行理論受力分析，分析其位移量。借此計算出部分齒輪減速的比和需要的電機的轉矩，從而確定電機選型，至此部分和驅動部分也同時確定下來。第四部分，各部件具體機構設計和校核。根據前面三章的內容，確定執行系統、系統各部件的具體結構尺寸，確定軸上零件的定位和裝配方式，最后選擇合適的軸承并對各部件進行校核。二、設計的不足之處這次的設計還只是階段性的，助推器的結構還可以進行局部優化，中間的系統也有很多不同的方案可以選擇，比如選擇齒輪代替鏈傳，三、個人體會畢業設計是大學四年期間最后一次正式的機構設計了，可以說是跨出大學校園的最后一步。需要考察自己大學期間學習的各項專業技能和課程知識，并且要綜合運用，對自己也是一次全面的提高。因為考研的關系，很多時間被占用了，所以畢業設計的時間比較緊，中間過程略顯倉促。剛開始做課題使并沒有什么頭緒，不知道從哪里下手。就像無頭的蒼蠅，這里做一些，那里做一些，其中受力分析就做了很多遍，事實證明這些都是無用功。后來跟指導老師溝通了很多次，確定下來步驟。先綜合分析助推器的總體結構，分成幾部分，比如驅動、、執行部分，這樣就有了一個大的方向。因此，我體會到初步設計必須確定每一部分的工作，由大到小，先分析結構，再對結構的運動和動力性能綜合分析，不斷的修正、不斷的改進，這樣才能做出完整的設計。參考文獻[1]楊穎萍，施俊俊，孫英彪.客車轉向架構架焊修工藝的探討[A].第十四屆全國機械設計年會論文集[C].中國機械工程學會，2008.[2]蒼松.動車組轉向架虛擬裝配技術的研究與應用[D].遼寧：大連交通大學，2009[3]Http://www.easymover.it/en/pusher.php,5-20/2013-5-20[4]GregoryJamesNewell.Materialshandlingdeviceandsystem.[P].U.S.PatentNo.7168514B2,Jan.30,2007[5]Http://www.fetec-papier.de/Easy_Mover_-_Rllentransportger/Details_Easy_Mover/details_easy_mover.html,5-20/2013-5-20[6]Http://,5-20/2013-5-20[7]濮良貴，紀名剛，陳國定等.機械設計[M].第八版.北京：高等教育出版社,2006,5[8]王昆，何小柏，汪信遠.機械設計、機械設計基礎課程設計[M].北京：高等教育出版社，1996[9].黃志新，劉成柱．ANSYSWorkbench14.0超級學習手冊[10].劉鴻文．材料力學[11].胡小華；,摩托車發動機連桿疲勞可靠性分析及壽命預測,重慶大學碩士論文,2014[12].王立峰,發動機曲軸連桿機構動力學仿真及疲勞分析,長安大學碩士論文,2010[13].龔立新，發動機連桿靜態與動態特性的有限元分析研究，哈爾濱工程大學碩士論文,2007致謝畢業設計也接近尾聲了，也意味我在大學的生活就要劃上一個句號。回過頭來看看自己做設計的過程，也有很多體會。助推器的助推方案不斷推倒，不斷重建。也讓我對專業技能有了更深的了解。首先，誠摯感謝我的指導老師。每當我有不懂的問題的時候，老師總是耐心為我解答，而且解答地很詳細，讓我對下一步的工作有了清晰的認識。在我沒有頭緒的時候，老師總是適時地提出自己的建議，循循善誘，給我思考的空間，鍛煉了我的專業思維。老師總是抽出自己的時間來督促我論文的進度，這是很無私的。在此，向老師表示崇高的謝意！感謝四年來同學、老師的陪伴，感謝他們為我提出的有益的和寶貴的建議，有了他們的支持和鼓勵，才讓我度過了四年充實的大學生活。機械設計理論機械設計是一門通過設計新產品或者改進老產品來滿足人類需求的應用技術科學。它涉及工程技術的各個領域，主要研究產品的尺寸、形狀和詳細結構的基本構思，還要研究產品在制造、銷售和使用等方面的問題。進行各種機械設計工作的人員通常被稱為設計人員或者機械設計工程師。機械設計是一項創造性的工作。設計工程師不僅在工作上要有創造性，還必須在機械制圖、運動學、工程材料、材料力學和機械制造工藝學等方面具有深厚的基礎知識。如前所訴，機械設計的目的是生產能夠滿足人類需求的產品。發明、發現和科技知識本身并不一定能給人類帶來好處，只有當它們被應用在產品上才能產生效益。因而，應該認識到在一個特定的產品進行設計之前，必須先確定人們是否需要這種產品。應當把機械設計看成是機械設計人員運用創造性的才能進行產品設計、系統分析和制定產品的制造工藝學的一個良機。掌握工程基礎知識要比熟記一些數據和公式更為重要。僅僅使用數據和公式是不足以在一個好的設計中做出所需的全部決定的。另一方面，應該認真精確的進行所有運算。例如，即使將一個小數點的位置放錯，也會使正確的設計變成錯誤的。一個好的設計人員應該勇于提出新的想法，而且愿意承擔一定的風險，當新的方法不適用時，就使用原來的方法。因此，設計人員必須要有耐心，因為所花費的時間和努力并不能保證帶來成功。一個全新的設計，要求屏棄許多陳舊的，為人們所熟知的方法。由于許多人墨守成規，這樣做并不是一件容易的事。一位機械設計師應該不斷地探索改進現有的產品的方法，在此過程中應該認真選擇原有的、經過驗證的設計原理，將其與未經過驗證的新觀念結合起來。新設計本身會有許多缺陷和未能預料的問題發生，只有當這些缺陷和問題被解決之后，才能體現出新產品的優越性。因此，一個性能優越的產品誕生的同時，也伴隨著較高的風險。應該強調的是，如果設計本身不要求采用全新的方法，就沒有必要僅僅為了變革的目的而采用新方法。在設計的初始階段，應該允許設計人員充分發揮創造性，不受各種約束。即使產生了許多不切實際的想法，也會在設計的早期，即繪制圖紙之前被改正掉。只有這樣，才不致于堵塞創新的思路。通常，要提出幾套設計方案，然后加以比較。很有可能在最后選定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。心理學家經常談論如何使人們適應他們所操作的機器。設計人員的基本職責是努力使機器來適應人們。這并不是一項容易的工作，因為實際上并不存在著一個對所有人來說都是最優的操作范圍和操作過程。另一個重要問題，設計工程師必須能夠同其他有關人員進行交流和磋商。在開始階段，設計人員必須就初步設計同管理人員進行交流和磋商，并得到批準。這一般是通過口頭討論，草圖和文字材料進行的。為了進行有效的交流，需要解決下列問題：（1）所設計的這個產品是否真正為人們所需要？（2）此產品與其他公司的現有同類產品相比有無競爭能力？（3）生產這種產品是否經濟？（4）產品的維修是否方便？（5）產品有無銷路？是否可以盈利？只有時間能對上述問題給出正確答案。但是，產品的設計、制造和銷售只能在對上述問題的初步肯定答案的基礎上進行。設計工程師還應該通過零件圖和裝配圖，與制造部門一起對最終設計方案進行磋商。通常，在制造過程中會出現某個問題。可能會要求對某個零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生產變得容易。但是，工程上的更改必須要經過設計人員批準，以保證不會損傷產品的功能。有時，在產品的裝配時或者裝箱外運前的試驗中才發現設計中的某種缺陷。這些事例恰好說明了設計是一個動態過程。總是存在著更好的方法來完成設計工作，設計人員應該不斷努力，尋找這些更好的方法。近些年來，工程材料的選擇已經顯得重要。此外，選擇過程應該是一個對材料的連續不斷的重新評價過程。新材料不斷出現，而一些原有的材料的能夠獲得的數量可能會減少。環境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面經常會對材料選擇附加新的限制條件。為了減輕重量或者節約能源，可能會要求使用不同的材料。來自國內和國際競爭、對產品維修保養方便性要求的提高和顧客的反饋等方面的壓力，都會促使人們對材料進行重新評價。由于材料選用不當造成的產品責任訴訟，已經產生了深刻的影響。此外，材料與材料加工之間的相互依賴關系已經被人們認識得更清楚。因此，為了能在合理的成本和確保質量的前提下獲得滿意的結果，設計工程師的制造工程師都必須認真仔細地選擇、確定和使用材料。制造任何產品的第一步工作都是設計。設計通常可以分為幾個明確的階段：（a）初步設計；（b）功能設計；（c）生產設計。在初步設計階段，設計者著重考慮產品應該具有的功能。通常要設想和考慮幾個方案，然后決定這種思想是否可行；如果可行，則應該對其中一個或幾個方案作進一步的改進。在此階段，關于材料選擇唯一要考慮的問題是：是否有性能符合要求的材料可供選擇；如果沒有的話，是否有較大的把握在成本和時間都允許的限度內研制出一種新材料。在功能設計和工程設計階段，要做出一個切實可行的設計。在這個階段要繪制出相當完整的圖紙，選擇并確定各種零件的材料。通常要制造出樣機或者實物模型，并對其進行試驗，評價產品的功能、可靠性、外觀和維修保養性等。雖然這種試驗可能會表明，在產品進入到生產階段之前，應該更換某些材料，但是，絕對不能將這一點作為不認真選擇材料的借口。應該結合產品的功能，認真仔細地考慮產品的外觀、成本和可靠性。一個很有成就的公司在制造所有的樣機時，所選用的材料應該和其生產中使用的材料相同，并盡可能使用同樣的制造技術。這樣對公司是很有好處的。功能完備的樣機如果不能根據預期的銷售量經濟地制造出來，或者是樣機與正式生產的裝置在質量和可靠性方面有很大不同，則這種樣機就沒有多大的價值。設計工程師最好能在這一階段完全完成材料的分析、選擇和確定工作，而不是將其留到生產設計階段去做。因為，在生產設計階段材料的更換是由其他人進行的，這些人對產品的所有功能的了解不如設計工程師。在生產設計階段中，與材料有關的主要問題是應該把材料完全確定下來，使它們與現有的設備相適應，能夠利用現有設備經濟地進行加工，而且材料的數量能夠比較容易保證供應。在制造過程中，不可避免地會出現對使用中的材料做一些更改的情況。經驗表明，可采用某些便宜材料作為替代品。然而，在大多數情況下，在進行生產以后改換材料要比在開始生產前改換材料所花費的代價要高。在設計階段做好材料選擇工作，可以避免多數這樣的情況。在生產制造開始后出現了可供使用的新材料是更換材料的最常見的原因。當然，這些新材料可能降低成本、改進產品的性能。但是，必須對新材料進行認真的評價，以確保其所有性能都滿足要求。應當記住，新材料的性能和可靠性很少像現有材料那樣為人們所了解。大部分的產品失效和產品責任事故案件是由于在選用新材料作為替代材料之前，沒有真正了解它們的長期使用性能而引起的。產品的責任訴訟迫使設計人員和公司在選擇材料時，采用最好的程序。在材料過程中，五個最常見的問題為：（a）不了解或者不會使用關于材料應用方面的最新最好的信息資料；(b)未能預見和考慮擦黑年品可能的合理用途（如有可能，設計人員還應進一步預測和考慮由于產品使用方法不當造成的后果。在近年來的許多產品責任訴訟案件中，由于錯誤地使用產品而受到傷害的原告控告生產廠家，并且贏得判決）；(c)所使用的材料的數據不全或是有些數據不確定，尤其是當其長期性能數據是如此的時候；(d)質量控制方法不適當和未經驗證；(e)由一些完全不稱職的人員選擇材料。通過對上述五個問題的分析，可以得出這些問題是沒有充分理由存在的結論。對這些問題的研究分析可以為避免這些問題的出現指明方向。盡管采用最好的材料選擇方法也不能避免發生產品責任訴訟，設計人員和工業界按照適當的程序進行材料選擇，可以大大減少訴訟的數量。從以上的討論可以看出，選擇材料的人們應該對材料的性質，特點和加工方法有一個全面而基本的了解。MachinedesigntheoryThemachinedesignisthroughdesignsthenewproductorimprovestheoldproducttomeetthehumanneedtheapplicationtechnicalscience.Itinvolvestheprojecttechnologyeachdomain,mainlystudiestheproductthesize,theshapeandthedetailedstructurebasicidea,butalsomuststudytheproductthepersonnelwhichinaspecttheandsoonmanufacture,saleandusequestion.Carriesoneachkindofmachinedesignworktobeusuallycalleddesignsthepersonnelormachinedesignengineer.Themachinedesignisacreativework.Projectengineernotonlymusthavethecreativityinthework,butalsomustinaspectandsoonmechanicaldrawing,kinematics,engineerigmaterial,materialsmechanicsandmachinemanufacturetechnologyhasthedeepelementaryknowledge.Iffrontsues,themachinedesigngoalistheproductioncanmeetthehumanneedtheproduct.Theinvention,thediscoveryandtechnicalknowledgeitselfcertainlynotnecessarilycanbringtheadvantagetothehumanity,onlyhaswhentheyareappliedcanproduceontheproductthebenefit.Thus,shouldrealizetocarriesonbeforethedesigninaspecificproduct,mustfirstdeterminewhetherthepeopledoneedthiskindofproductMustregardasthemachinedesignisthemachinedesignpersonnelcarriesonusingcreativeabilitytheproductdesign,thesystemanalysisandaformulationproductmanufacturetechnologygoodopportunity.Graspstheprojectelementaryknowledgetohavetomemorizesomedataandtheformulaismoreimportantthan.Themerelyservicedataandtheformulaisinsufficienttothecompletelydecisionwhichmakesinagooddesignneeds.Ontheotherhand,shouldbeearnestpreciselycarriesonalloperations.Forexample,evenifplaceswrongadecimalpointposition,alsocancausethecorrectdesigntoturnwrongly.Agooddesignpersonnelshoulddaretoproposethenewidea,moreoveriswillingtoundertakethecertainrisk,whenthenewmethodisnotsuitable,useoriginalmethod.Therefore,designsthepersonneltohavetohavetohavethepatience,becausespendsthetimeandtheendeavorcertainlycannotguaranteebringssuccessfully.Abrand-newdesign,therequestscreenabandonsobsoletelymany,knowsverywellthemethodforthepeople.Becausemanypersonofconservativeness,doesthiscertainlyisnotaneasymatter.Amechanicaldesignershouldunceasinglyexploretheimprovementexistingproductthemethod,shouldearnestlychooseoriginally,theprocessconfirmationprincipleofdesigninthisprocess,withhasnotunifieditaftertheconfirmationnewidea.Newlydesignsitselfcanhavethequestionoccurrencewhichmanyflawsandhasnotbeenabletoexpect,onlyhasaftertheseflawsandthequestionaresolved,canmanifestnewgoodscomeintothemarkettheproductsuperiority.Therefore,aperformancesuperiorproductisbornatthesametime,alsoisfollowingahigherrisk.Shouldemphasize,ifdesignsitselfdoesnotrequesttousethebrand-newmethod,isnotunnecessarymerelyforthegoalwhichtransformtousethenewmethod.Inthedesignpreliminarystage,shouldallowtodesignthepersonnelfullytodisplaythecreativity,noteachkindofrestraint.Evenifhashadmanyimpracticalideas,alsocaninthedesignearlytime,namelyinfrontoftheplanblueprintiscorrected.Onlythen,onlythendoesnotsendtostopsuptheinnovationthementality.Usually,mustproposeseveralsetsofdesignproposals,thenperformthecomparison.Hasthepossibilityverymuchintheplanwhichfinallydesignated,hasusedcertainnotinplansomeideaswhichaccepts.Howdoesthepsychologistfrequentlydiscusscausesthemachinewhichthepeopleadaptsthemtooperate.Designspersonnel''sbasicresponsibilityisdiligentlycausesthemachinetoadaptthepeople.Thiscertainlyisnotaneasywork,becausecertainlydoesnothavetoallpeopletosayinfactallisthemostsuperioroperatingareaandtheoperatingprocess.Anotherimportantquestion,projectengineermustbeabletocarryontheexchangeandtheconsultationwithotherconcernedpersonnel.Intheinitialstage,designsthepersonneltohavetocarryontheexchangeandtheconsultationonthepreliminarydesignwiththeadministrativepersonnel,andisapproved.Thisgenerallyisthroughtheoraldiscussion,theschematicdiagramandthewritingmaterialcarrieson.Inordertocarryontheeffectiveexchange,needstosolvethefollowingproblem:(1)designswhetherthisproducttrulydoesneedforthepeople?Whetherthereiscompetitiveability(2)doesthisproductcomparewithothercompanies''existingsimilarproducts?(3)producesthiskindofproductiswhethereconomical?(4)productserviceiswhetherconvenient?(5)productwhetherthereissale?Whethermaygain?Onlyhasthetimetobeabletoproducethecorrectanswertoabovequestion.But,theproductdesign,themanufactureandthesaleonlycanincarryontotheabovequestionpreliminaryaffirmationanswerfoundationin.Projectengineeralsoshouldthroughthedetaildrawingandtheassemblydrawing,carriesontheconsultationtogetherwiththebranchofmanufacturetothefinallydesignproposal.Usually,canhavesomeprobleminthemanufactureprocess.Possiblycanrequesttosomecomponentssizeorthecommondifferencemakessomechanges,causesthecomponentstheproductiontochangeeasily.But,intheprojectchangemusthavetopassthroughdesignsthepersonneltoauthorize,guaranteedcannotdamagetheproductthefunction.Sometimes,wheninfrontofproductassemblyorinthepackingforeignshipmentexperimentonlythendiscoversinthedesignsomekindofflaw.Theseinstancesexactlyshowedthedesignisadynamicprocess.Alwayshasabettermethodtocompletethedesignwork,designsthepersonneltobesupposedunceasinglydiligently,seeksthesebettermethod.Recentyear,theengineerigmaterialchoicealreadyappearedimportantly.Inaddition,thechoiceprocessshouldbetothematerialcontinuouslytheunceasingagainappraisalprocess.Thenewmaterialunceasinglyappears,butsomeoriginalmaterialscanobtainthequantitypossiblycanreduce.Theenvironmentalpollution,materialrecyclingaspectandsoonuse,worker''shealthandsecurityfrequentlycanattachthenewlimitingconditiontothechoiceofmaterial.Inordertoreducetheweightorsavestheenergy,possiblycanrequesttheusedifferentmaterial.Comesfromdomesticandinternationalcompetition,toproductservicemaintenanceconveniencerequestenhancementandcustomer''saspecttheandsoonfeedbackpressure,canurgethepeopletocarryontothematerialreappraises.Becausethematerialdoesnotselectwhencreatedtheproductresponsibilitylawsuit,hasalreadyhadtheprofoundinfluence.Inaddition,thematerialandbetweenthematerialprocessinginterdependenceisalreadyknownbythepeopleclearly.Therefore,inordertocanandguaranteesthequalityinthereasonablecostunderthepremisetoobtainsatisfactiontheresult,projectengineermakesengineersalltohaveearnestlycarefullytochoose,thedeterminationandtheusematerial.Makesanyproductthefirststepofworkallisdesigns.Designsusuallymaydivideintoseveralexplicitstages:(a)preliminarydesign;(b)functionaldesign;(c)productiondesign.Inthepreliminarydesignstage,thedesign