热动课程设计研究.doc

热动专业课程设计说明书 院 别： 能源与动力工程学院 专 业： 热能与动力工程 班 级： 工程热物理0901 姓 名： 房文胜 学 号： 3090205012 指导教师： 潘剑锋 2013年 1月18日 目 录 前言： 一、一拐曲轴概况 1. 一拐曲轴的结构特点 2. 一拐曲轴工作情况 3. 一拐曲轴设计要求 4. 一拐曲轴的材料选用 二、一拐曲轴PROE建模 1.建模步骤 2.建模最终图 三、一拐曲轴ANSYS有限元分析 1.倒入模型 2.设置单元类型 3.设置材料的密度，杨氏模量和泊松比 4.创建网格 5.设置载荷和约束 6.求解结果操作 四、总结 五、参考文献 前 言 曲轴是发动机最重要的机件之一，是引擎的心脏，如果它的功能无法准确的执行，那么引擎的马力就无法正常的发挥。一般由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数（直列式发动机），V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。曲轴与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。我们的课程设计主要研究的是两拐曲轴的相关动力性能及强度计算。 我们运用所学的《内燃机设计》、《机械制造基础》、《内燃机燃烧与排放》、《工程材料》、《CAD工程制图》、《UG建模》等课程，综合大学中所学的课程进行曲轴的分析校核设计。通过研究曲轴的工作过程以及加工工艺过程，以及曲轴的三维实体建模和ANSYS强度分析计算，使我们理论结合实践，提高实际操作能力，增强自身的核心竞争力，在课程设计的过程中具体目标有如下几个： 1、分析曲轴工作环境，性能要求以及材料等； 2、根据图纸进行三维实体建模； 3、对模型进行有限元分析； 4、根据有限元分析的结果进行强度分析。 课程设计说明书 一、一拐曲轴概况 1. 一拐曲轴结构特点 曲轴一般由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数（直列式发动机），V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。我们设计的是直列式发动机的两拐曲轴。 主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴支承在曲轴箱的主轴承座中，曲轴的支承方式分为全支承曲轴和非全支承两种。而我们采取的是全支承曲轴。 曲轴的连杆轴颈是曲轴和连杆的连接部分，通过曲柄和主轴颈相连，在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目与气缸数相等，V型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的一半。 曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，铸有（或紧固有）平衡重块。它可以用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。 曲轴的形状和曲拐相对位置（即曲拐的布置）取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。安排多缸发动机的发火顺序应注意使连续作功的两缸相距尽可能远，以减少主轴承的载荷，同时避免可能发生的进气重叠现象。 2.曲轴工作情况 曲轴是发动机的主要旋转机构，它担负着将活塞的上下往复运动转变为自身的圆周运动。通常所说的发动机转速就是曲轴的转速。曲轴与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，使轴既扭转又弯曲。 3.曲轴的设计要求 曲轴在不同周期性的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩（扭转和弯曲）共同作用下工作，使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力状态。在设计时应首先保证具有在足够的强度和度。如果强度不足，会发生造成严重事故为此，必须选用高强度的材料；合理的结构形状和尺寸。CAD/CAM/CAE一体化软件。无论是造型设计、工程出图，以及3D装配等方面，Pro/E都具有操作容易、使用方便、可动态修改的特点。Pro/E更是以其基于特征的参数化设计、单一数据库下的全相关性等新概念而闻名于世。另外还具有模具设计，动态、静态干涉检