因为发动机内部机构十分复杂，其中的作用力和气体压力不仅很大而且变化规律 也很复杂[4]。传统的力学计算方法不能完全满足连杆的计算精度要求，只能从中大概 了解其受力状态。在对连杆的受力状态不完全了解的情况下对连杆进行设计，很有可 能会导致连杆的某些区域出现应力集中或强度不足的现象[5]。在这种情况下，连杆发 生变形是十分常见的。久而久之，会使连杆与活塞销或曲轴轴承的接触地方受到严重 磨损，使整个发动机机构的机械效率下降，甚至可能导致发动机受到破坏而无法工作。论文网

早在70年代有限元技术就已应用在发动机结构的分析计算[6]，极大的提升了工程 师的设计水平，大幅度改进了连杆的结构设计和提高了连杆的使用寿命。从刚开始的 的平面连续模型再到现在的复杂三维实体模型，有限元对连杆分析越来越趋近于实际 运动与受力情况，精度也越来越高。大型有限元软件的出现更是将对发动机结构的分 析计算提升到一个新的水平。其前处理能力的不断加强，使得对连杆进行强度分析、 动态分析和优化设计更易采用现代先进的设计理论和方法[7]，这将使所设计的连杆能 够应使用更长的时间，更加不容易损坏。

本论文探讨的目的即是借助于有限元软件极强的计算能力和功能，仿真分析发动 机连杆的静强度和其动态运动特性。并在此基础上找出连杆可能损坏的主要原因，找 到连杆的可优化部位，以连杆的质量为目标函数，最大应力值和最大变形量为约束条 件对连杆的形状进行优化分析，使连杆最终成为质量更轻、形状更合理的结构。

1。2 国内外研究现状及发展

1。3  主要研究内容

本文以某型号发动机连杆为研究对象，概括论文主要研究内容如下：

1。 进行调研，熟悉目前世界范围内连杆的分析方法和成果，分析其中的优缺点。

2。 分析连杆的运动和受力情况

3。通过 CAD 绘制连杆二维设计图，进而通过 Pro/E 建模软件建成连杆实体模型。

4。将三维连杆模型导入 ANSYS Workbench 中进行静态强度仿真分析。

5。将三维连杆模型导入 ANSYS Workbench 中进行动态特性仿真分析。

6。在静态与动态仿真分析的基础上，对连杆进行优化分析。

第二章 连杆的运动与受力分析

本章主要展示了用传统计算分析方法对发动机连杆进行受力情况和运动情况分 析研究。首先，文中根据机构的结构简图描述出了连杆的主要运动机理。接着计算出 发动机连杆的主要运动情况。最后把连杆的主要受力状态进行了整理并求出其结果。 本章的发动机连杆的运动状态研究为第四章的动态特性研究结果提供基础。并且，第 三章的静态研究中的连杆受力的边界条件可从本章的连杆的受力状态研究得到边界 条件。

2。1 连杆的运动分析

2。1。1 连杆的主要运动机理

因曲柄连杆机构所含的零件很多，且其运动和受力也很复杂，故本文在建立运动 模型时进行了必要的简化[25]：文献综述

忽略了系统的偏心影响将其改为为对心机构； 忽略了活塞销的影响； 忽略了活塞缸套系统的弹性变形及其对震动的影响； 将气体压力集中施加在活塞的轴线上。

图 2-1 曲柄-连杆机构运动图

图 2。1 是曲柄-连杆组件运动状态的结构简图。其中气缸的轴线和发动机曲轴的中 间点 在相同位置， 点是曲柄销的中间点， 点是连杆小端圆孔中心， 线段代表 发动机曲柄， 线段代表发动机连杆。对高速发动机而言，在曲柄-连杆机构的运动 状态分析研究中，之所以能够将发动机曲柄的转动大致的看成是以同一角速度转动， 是因为发动机曲柄在旋转的过程中的速度基本不会发生改变。