作品包括：

Word设计说明书1份，约12000字

任务书一份

开题报告一份

外文翻译一份

CAD版本图纸，共2张

SW三维图1张

摘要

曲轴作为发动机重要部件之一，工作条件恶劣，对发动机的工作性能和寿命有重大影响。曲轴的破坏有80%是弯曲疲劳引起的，在设计过程中要重点关注曲轴的形状、尺寸、结构、材料等参数。因此，本文对曲轴进行设计和分析，其工作对现代汽车发动机设计有着一定的参考意义。

本文通过理论计算，得到曲轴结构参数，并建立曲轴的三维实体模型；通过数值仿真模拟的方法对曲轴应力分布和变形情况进行研究，对汽油机曲轴进行验算。基于曲轴的实际工作情况，建立其静力学分析模型，获得曲轴在发动机最大转速工况下的应力分布和变形情况；基于分析结果，进行曲轴可靠性的探讨，为结构改进和优化提供参考，以降低零部件失效风险。

首先，进行曲轴结构设计。根据已有四缸汽油机的数据，利用理论公式的计算和分析，结合现有曲轴设计标准，确定曲轴的结构和尺寸。在本次设计中，曲轴选用材料为球墨铸铁QT800；主轴颈直径为55mm，长度为20mm；曲柄销直径为19mm，长度为49mm；曲柄臂宽度为82mm，厚度为18mm。

其次，建立四缸发动机曲轴的三维模型。本文基于SolidWorks三维建模软件进行曲轴的三维建模，以曲轴臂为基准，通过拉伸、旋转、镜像等方法建立曲轴模型，主要结构包括有5个主轴颈，4个连杆轴颈、曲柄和平衡重。考虑到建模时的方便，忽略较小结构如油孔。

然后，基于ANSYS有限元软件建立曲轴的静力学分析模型。通过软件中工程材料模块（Engineering Data），赋予曲轴材料属性；建立基于实际工作静力学分析模型。基于Workbench软件完成曲轴的三维网格离散；选择发动机最大爆发压力时刻，作为曲轴受力分析的边界条件，分别在四缸点火时刻添加支撑和应力条件，在主轴颈添加周向约束，考虑到曲轴在最大转速时被卡死时受力最大，故在曲轴两端添加零位移约束，在连杆轴颈添加最大轴向受力；基于等效应力分析的理论对其进行静力学分析，得到其应力分布和变形情况，最大等效应力为136.21MPa，位于第二曲拐上，最大变形量为0.1473mm，位于第一曲拐上。

最后，探讨曲轴工作时的最大转速下的受力变形情况。根据建立的分析模型，实现对曲轴应力分布和变形情况的分析，探讨曲轴的工作可靠性，保证曲轴满足设计目标。

关键字：曲轴；静力学分析；有限元；ANSYS

目录

第1章绪论    1

1.1研究背景及意义    1

1.2国内外研究现状    1

1.3软件介绍    2

1.4本文主要研究内容    3

第2章曲轴的结构设计    5

2.1发动机的基本参数    5

2.2曲轴的工作条件及设计要求    5

2.3曲轴的结构形式    5

2.4曲轴的材料选择    6

2.5曲轴的结构设计    6

2.6小结    9

第3章曲轴模型的建立    11

3.1建立曲轴模型    11

3.2小结    13

第4章曲轴的静力学分析    14

4.1 曲轴模型的建立和导入    14

4.2曲轴材料属性的设置    14

4.3 曲轴模型的网格离散    15

4.4 网格质量的检验    16

4.5 曲轴的约束条件    16

4.6 有限元求解结果分析    17

4.7小结    22

第5章结论和展望    23

5.1结论    23

5.2展望    23

参考文献    25

致谢    26

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