基于Pro/M下的连杆结构分析及其性能优化设计

计算机技术的发展推动了产品设计的多样化。企业只有不断保持产品创新，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。CAD／CAM技术是实现创新的关键手段，而CAE是实现创新设计的最主要技术保障。在计算机技术迅猛发展的今天，要求企业把产品设计与三维仿真及有限元分析系统有效的结合起来，以达到制造业高效、低成本、自动化的市场要求。 在柴油机的曲柄连杆机构中，连杆工作的可靠性问题一直是人们在柴油机研究和改进过程中关注的热点问题。在动力系统中，连杆是承受负荷最严重的零件之一，在高温高压的工作环境中，同时承受着活塞传来的气体压力、往复惯性力和它本身摆动时所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化，很容易引起连杆的疲劳破坏。因而设计重量轻而且具有足够强度的连杆对现代柴油机设计有着举足轻重的作用。 以Pro／E为设计工具、以Pro／MECHANICA为分析平台，对柴油机连杆进行结构分析及其性能优化设计。 在Pro／E中，分析了连杆的结构特点，总结出连杆设计中的主要结构特征，将基于特征的建模技术应用于连杆有限元分析中，讨论了连杆建模方法，建立了连杆三维实体分析模型。 以Pro／MECHANICA为分析平台，运用有限元分析方法，对柴油机连杆实际受力情况、边界条件和施加载荷进行研究。通过分析计算，确定了连杆的拉伸与压缩载荷最大应力。其中，用结构(Structure)分析工具对连杆优化参数进行灵敏度分析，在满足优化约束的条件下，对连杆的结构进行优化设计，减小连杆的重量。结构优化后的尺寸组合减少了应力集中现象，从而有效地解决了在实际工况下由于应力集中导致连杆断裂破坏的这一主要问题。对连杆的模态分析，计算其固有频率。 将有限元技术与结构优化设计相结合，在连杆最大工作应力满足许用应力的条件下，优化连杆结构参数，达到目标函数-质量最小。结果表明设计较精确，能满足柴油机连杆的实际工况要求。