双元动力发动机活塞连杆组设计

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1、分类号：TK05密级：不保密UDC：621学校代码：11065硕士学位论文双元动力发动机活塞连杆组设计朱晓鹏指导教师张纪鹏（教授）学科专业名称机械工程论文答辩日期2015年6月13日摘要双元动力发动机能同时输出机械和液压两种动力，在工程机械领域有广泛的应用前景。活塞连杆组作为双元动力发动机的核心零部件，对其结构进行合理的设计和优化至关重要。本文论述了活塞式内燃机-柱塞泵系统的工作原理，论述了液压自由活塞发动机的分类和工作原理以及国内外研究现状，论述了曲柄连杆机构研究现状。对双元动力发动机整机方案进行介绍，阐述了双元动力发动机的结构组成和工作原理。对

2、双元动力发动机活塞连杆组主要零部件进行了设计计算，利用Solidworks对双元动力发动机活塞连杆组建模，进行了运动干涉校核。利用ANSYSWorkbench对双元动力发动机的连杆进行了最大压缩工况和最大拉伸工况下的有限元强度分析，分别得到两种工况下的连杆应力云图和变形云图。计算了连杆的疲劳安全系数。通过对有限元结果的分析，得知连杆的强度足够，可以进一步进行优化，以达到减轻质量、节约材料和降低惯性力的目的。本研究利用ANSYSWorkbench中的DesignExplorer对连杆进行结构优化设计。选取了连杆小头外径和连杆杆身厚度的一半作为输入参数

3、，选取连杆杆身质量、连杆最大变形和连杆最大应力为输出参数对连杆进行优化设计。设计目标是使连杆在满足强度和刚度的约束要求下，尽可能减小连杆杆身质量。通过比较优化前后的最大应力、最大变形和疲劳安全系数，可知优化后的连杆满足了强度和刚度的设计要求，且连杆杆身质量降低了4.5％，达到了优化设计的目的。关键词：双元动力发动机；连杆；有限元分析；优化设计AbstractDualpoweroutputenginecansimultaneouslyexporttwokindsofpower,mechanicalandhydraulicpower.Ithasbroa

4、dprospectsinthefieldofengineeringmechanic.Asthemainpartsofdualpoweroutputengine,itiscriticaltomakearightdesignandoptimizationonthestructureofpistonandconnectingrodassembly.Inthispaper,theoperatingprincipleoftheengine-pumpsystemisdisserted.Thispaperalsodiscoursestheclassificati

5、on,operatingprincipleandresearchstatusathomeandaboardofthehydraulicfreepistonengine(HFPE).Theresearchstatusofcrankshaftandconnectingrodsystemisexpoundedinthispaper.Thewholeschemeofdualpoweroutputengineisdisserted.Thestructuralcompositionandtheoperatingprincipleofdualpowerengin

6、earedescribedinthispaper.Calculationanddesignaredoneonthepistonandconnectingrodassemblyofdualpowerengineinthispaper,andtheassembliesareestablishedbySolidWorkssoftware.Themotioninterferenceischecked.Inmaximumcompressionconditionandinmaximumstretchcondition,theFEMstrengthanalysi

7、sisdoneontheconnectingrodofdualpoweroutputenginebyANSYSWorkbench,andtheequivalentstresscloudanddeformationcloudareachievedrespectively.Thesafetyfactorofconnectingrod’sfatigueisalsocalculated.ByanalyzingtheresultsofFEMstrengthanalysis,weconcludethatthestrengthcoefficientoftheco

8、nnectingrodissufficientandenough,andthestructurecanbefurthero