基于SolidWorks软件的连杆有限元分析与优化设计_图文(精)

第23卷第4期浙江水利水电专科学校学报Vol．23No．42011年12月J．Zhejiang Wat．Cons ＆Hydr．College Dec．2011

基于SolidWorks 软件的连杆有限元分析与优化设计

王

莺1,叶

菁

2

(1．浙江水利水电专科学校,浙江杭州310018;2．浙江省天正设计工程有限公司,浙江杭州310012

摘要:CAE (计算机辅助分析已是产品开发中不可或缺的环节．利用CAE 的结果,可以更有效地控制产品质量,

降低因修正错误所耗费的成本．通过利用三维CAD 软件SolidWorks 对连杆建模,并利用SolidWorks 提供的COS-MOSXpress 工具进行有限元分析,根据设计要求对连杆的结构进行优化,经测试连杆的优化设计是可行的．关键

词:SolidWorks ;COSMOSXpress ;连杆;有限元分析;结构优化中图分类号:TP391．77

文献标志码:A

文章编号:1008－536X (201104-

0051-03Finite Element Analysis and Optimization Design of Connecting Rod

Based on SolidWorks

WANG Ying 1,YE Jing 2

(1．Zhejiang Water Conservancy and Hydropower College ,Hangzhou

310018,China ;Zhejiang Titan Design and Engineering CO．LTD．,Hangzhou 310012,China

Abstract :CAE (computer-aided analysis is an integral part of product development．By using of CAE ,the product quality can be controlled more effectively ,while the cost of error correcting can be reduced．In this paper ,3D modeling of Con-necting Rod is set up based on SolidWork ,and finite element analysis of Connecting Rod is also made by using COSMOSX-press．The structure is optimized in order to meet design requirements ,which is proved to be feasible by test．Key

words :SolidWorks ;COSMOSXpress ;connecting rod ;finite element analysis ;structure optimization

收稿日期:2011-10-14基金项目:2011年度浙江水利水电专科学校校级科研基金资助

项目(XKY-201105作者简介:王莺(1978－,女,浙江杭州人,讲师．主要从事

CAD /CAM 及虚拟产品设计开发的研究工作．

0引言

在过去,一个机械零部件设计完成后,需要加工一个样品来做简单的破坏性检测,觉得可以就去

开模子了．经常等到作品完成后或在开模时,才发现大问题．所以成本高,质量也不一定牢靠．而在软

件应用分析能力大幅提高的今天,

CAE (计算机辅助分析已是产品开发中不可或缺的环节．利用

CAE 的结果,可以更有效地控制产品质量,降低因修正错误所耗费的成本

[1－2]

．

SolidWorks 软件是一个非常方便、实用的三维建模造型软件,并且它具有强大的CAE (计算机辅助分析功能

[3]

．而CAE 的核心计算方法就是有限

元分析．用户可通过SolidWorks 提供的COSMOSX-press 工具进行有限元分析．有限元模型和产品的几何模型是相关的,经过建模和分析后,用户将得到

系统计算出的结构反应(变形、应力等．如果计算的结果不符预期,那么用户就可修改参数再次分

析,

直到达到可接受的设计值为止[4]

．连杆是机械传动中应用比较广泛的零件．本文主要介绍如何通过SolidWorks 软件对连杆三维建模并进行有限元分析及优化设计,以满足设计要求．

1连杆的设计要求

连杆的结构尺寸见图1,材料为1060铝合金,

若施加垂直于大圆内圆面的力9800N ,则连杆的最大位移变形不得超过0．005mm．

2连杆的几何建模

根据图1连杆的尺寸要求,用SolidWorks 软件的拉伸、切除、圆角等命令创建连杆的三维模型,见图2．

3

连杆应力分析条件的设置

应力分析条件主要是定义材质、约束、载荷等．3．1

指定零件的材料

我们进入SolidWorks 下的COSMOSXpress 应力

分析界面,根据设计要求,从数据库中选取连杆的材料为1060铝合金,见图

3．

图3定义材料界面

3．2定义约束和载荷

因为连杆是以双空心圆头来圈连其他零件,所

以先假设固定小圆端(即对小圆这端加约束,约束的面在所有方向都受到约束．点取小圆端轴孔的两

个半圆柱面,表示该处是固定面．而在大圆那端加载荷．点取大圆轴孔的内圆面,表示该处是载荷面,应用力9800N 垂直于所选的内圆面,使用统一分布,见图4、图

5．

4连杆有限元分析

在定义了材质、约束和载荷后,就可进行应力

分析．系统会对实体模型进行网格化．实体模型的网格化包含两个基本的阶段过程．在第一阶段中,网格生成器将节点放置在边界上．此阶段称为“曲面网格化”．如果第一阶段成功,那么网格生成器会

开始第二阶段,即在零件内部生成节点,使用四面体元素来填补体积并在边在线放置边中间的节点．

随后系统会自动进行有限元分析[5]

．4．1

应力及变形结果

连杆的应力和位移分布见图6、图7,并可通过按钮观看应力变形和位移变形的动态效果,从图中

可知,最大应力为1．402?107N /m 2,最大位移变形为0．007523mm．

2

5浙江水利水电专科学校学报第23卷

4．2分析结果

根据所指定的参数,在连杆的分析及计算中,得到最低安全系数值为1．96741,连杆的安全系数＞1．0,就表示使用的材料是安全的．

5结构优化设计

设计要求施力后的变形量不得超过0．005mm,分析结果为0．007523mm．因此我们需要在载荷、材料和约束条件不变的情况下,对其结构进行优化,使之满足要求．修正大圆外直径值尺寸,将Φ76改为Φ70．系统将会自动对其结构重新进行有限元分析和检查,应力及变形结果见图8、9．从图中可看出改变结构后最大应力为1．574?107N/m2,最大位移变形为0．002772mm．从分析结果看,应力情况结构改变前后变化不大,而位移满足设计要求．连杆的最低安全系数为17．5233,连杆的安全系数＞1．0．说明此次结构的优化设计是成功的．可多次对连杆的结构参数进行优化,以获得满足设计条件的最优值．基于篇幅原因,本文在此不再赘述

．6结论

三维软件SolidWorks中的有限元分析工具COSMOSXpress让用户可直接在计算机上测试产品,而不需要进行昂贵又费时的实物测试,这就可以大大缩短产品的开发周期．本文利用SolidWorks 提供的COSMOSXpress工具对连杆进行有限元分析、计算,并根据设计要求对连杆的结构进行优化,经测试连杆的优化设计是可行的．

参考文献:

[1]曹岩,李建华．SolidWorks2004产品设计实例精解[M]．北

京:机械工业出版社,2004．

[2]博嘉科技．SolidWorks设计与应用[M]．北京:电子工业出版

社,2004．

[3]SolidWorks公司．SolidWorks装配体建模[M]．北京:机械工业出版社,2009．

[4]谭雪松,唐小虎,钟廷志,等．SolidWorks中文版机械设计[M]．北京:人民邮电出版社,2008．

[5]刑启恩．SolidWorks工业设计与案例精粹[M]．北京:机械工业出版社,2007．

35

第4期王莺等:基于SolidWorks软件的连杆有限元分析与优化设计

matlab(四连杆优化设计)

机械优化设计在matlab中的应用 东南大学机械工程学院** 一优化设计目的： 在生活和工作中，人们对于同一个问题往往会提出多个解决方案，并通过各方面的论证从中提取最佳方案。最优化方法就是专门研究如何从多个方案中科学合理地提取出最佳方案的科学。由于优化问题无所不在，目前最优化方法的应用和研究已经深入到了生产和科研的各个领域，如土木工程、机械工程、化学工程、运输调度、生产控制、经济规划、经济管理等，并取得了显著的经济效益和社会效益。 二优化设计步骤： 1.机械优化设计的全过程一般可以分为如下几个步骤： 1)建立优化设计的数学模型； ' 2)选择适当的优化方法； 3)编写计算机程序； 4)准备必要的初始数据并伤及计算； 5)对计算机求得的结果进行必要的分析。 其中建立优化设计数学模型是首要的和关键的一步，它是取得正确结果的前提。优化方法的选取取决于数学模型的特点，例如优化问题规模的大小，目标函数和约束函数的性态以及计算精度等。在比较各种可供选用的优化方法时，需要考虑的一个重要因素是计算机执行这些程序所花费的时间和费用，也即计算效率。 2.建立数学模型的基本原则与步骤 ①设计变量的确定； 设计变量是指在优化设计的过程中，不断进行修改，调整，一直处于变化的参数称为设计变量。设计变量的全体实际上是一组变量，可用一个列向量表示： - x=。 ②目标函数的建立； 选择目标函数是整个优化设计过程中最重要的决策之一。当对某以设计性能有特定的要求，而这个要求有很难满足时，则针对这一性能进行优化会得到满意的效果。目标函数是设计变量的函数，是一项设计所追求的指标的数学反映，因此它能够用来评价设计的优劣。 目标函数的一般表达式为： f(x)=，要根据实际的设计要求来设计目标函数。 ③约束条件的确定。 一个可行性设计必须满足某些设计限制条件，这些限制条件称为约束条件，简称约束。 由若干个约束条件构成目标函数的可行域，而可行域内的所有设计点都是满足设计要求的，一般情况下，其设计可行域可表示为 …

精讲solidworks有限元分析步骤

2013-08-29 17:31 by:有限元来源:广州有道有限元 1. 软件形式： ㈠. SolidWorks的内置形式： ◆COSMOSXpress——只有对一些具有简单载荷和支撑类型的零件的静态分析。 ㈡. SolidWorks的插件形式： ◆COSMOSWorks Designer——对零件或装配体的静态分析。 ◆COSMOSWorks Professional——对零件或装配体的静态、热传导、扭曲、频率、掉落测试、优化、疲劳分析。 ◆COSMOSWorks Advanced Professional——在COSMOSWorks Professional的所有功能上增加了非线性和高级动力学分析。 ㈢. 单独发行形式： ◆COSMOS DesignSTAR——功能与COSMOSWorks Advanced Professional相同。 2. 使用FEA的一般步骤： FEA=Finite Element Analysis——是一种工程数值分析工具，但不是唯一的数值分析工具！其它的数值分析工具还有：有限差分法、边界元法、有限体积法… ①建立数学模型——有时，需要修改CAD几何模型以满足网格划分的需要， （即从CAD几何体→FEA几何体），共有下列三法： ▲特征消隐：指合并和消除在分析中认为不重要的几何特征，如外圆角、圆边、标志等。▲理想化：理想化是更具有积极意义的工作，如将一个薄壁模型用一个平面来代理（注：如果选中了“使用中面的壳网格”做为“网格类型”，COSMOSWorks会自动地创建曲面几何体）。 ▲清除：因为用于划分网格的几何模型必须满足比实体模型更高的要求。如模型中的细长面、多重实体、移动实体及其它质量问题会造成网格划分的困难甚至无法划分网格—这时我们可以使用CAD质量检查工具（即SW菜单: Tools→Check…）来检验问题所在，另外含有非常短的边或面、小的特征也必须清除掉（小特征是指其特征尺寸相对于整个模型尺寸非常小！但如果分析的目的是找出圆角附近的应力分布，那么此时非常小的内部圆角应该被保留）。 ②建立有限元模型——即FEA的预处理部分，包括五个步骤： ▲选择网格种类及定义分析类型（共有静态、热传导、频率…等八种类别）——这时将产生一个FEA算例，左侧浏览器中之算例名称之后的括号里是配置名称； ▲添加材料属性: 材料属性通常从材料库中选择，它不并考虑缺陷和表面条件等因素，与几何模型相比，它有更多的不确定性。

平面连杆机构优化设计

平面连杆机构优化设计 一、问题描述 平面连杆机构是由所有构件均由低副连接而成的机构，四杆机构是最常用的平面连杆机构。一般情况下，四杆机构只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，精确设计较为复杂。在四杆机构中，若两连架杆中的一个是曲柄，另一个是摇杆，则该机构为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动。 设计一曲柄摇杆机构(如图1所示)。已知曲柄长度l 1=100mm ，机架长度l 4=500mm 。摇杆处于右极限位置时，曲柄与机架的夹角为φ0，摇杆与机架的夹角为ψ0。在曲柄转角φ从φ0匀速增至φ0+90°的过程中，要求摇杆转角()200π 32 ??ψψ-+ =。为防止从动件卡死，连杆与摇杆的夹角γ只允许在45°~135°范围内变化。 图1 机构运动简图 二、基本思路

四杆机构的设计要求可归纳为三类，即满足预定的连杆位置要求、满足预定的运动规律要求、满足预定的轨迹要求。本案例中，要求曲柄作等速转动时，摇杆的转角满足预定运动规律()00E π 32 ??ψψ-+ =。优化设计时，通常无精确解，一般采用数值方法得到近似解。本案例将机构预定的运动规律与实际运动规律观测量之间的偏差最小设为目标，由此建立优化设计数学模型，并运用MATLAB 优化工具箱的相关函数进行求解。 三、要点分析 优化设计数学模型的三要素包括设计变量、目标函数和约束条件。依次确定三要素后，编写程序进行计算。 1.设计变量的确定 通常将机构中的各杆长度，以及摇杆按预定运动规律运动时，曲柄所处的初始位置角φ0列为设计变量，即 T 04321T 54321)()(?l l l l x x x x x ==X (1) 考虑到机构各杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，因此在计算可取l 1为单位长度，而其他杆长则按比例取为l 1的倍数。若曲柄的初始位置对应摇杆的右极限位置，则φ0及ψ0均为杆长的函数，即 4 212 32 42210)(2)(cos arc l l l l l l l +-++=?(2)

传动轴有限元分析

汽车结构有限元分析 研究报告 姓名： 班级： 学号： 盐城工学院汽车工程学院

传动轴有限元分析研究报告 盐城工学院汽车工程学院车辆工程专业江苏，盐城226000 摘要： ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如,Alogor, I－DEAS,CAD等。ANSYS 有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。传动轴是最常件的零件，该零件结构较为简单，操作方便，加工精度高，价格低廉，因此得到了广泛的使用。目前很多传动轴都做了适当的改进，使其适用性得到了更大的提高。 本设计是基于 ANSYS软件来汽车曲柄连杆机构行分析。与传统的计算相比，借助于计算机有限元分析方法能更加快捷和精确的得到结果。设置正确的模型、划分合适的网格，并合理设置求解过程，能够准确的获得分析模型各个部位的应力、变形等结果。对零件的设计和优化有很大的参考作用。 关键词：三维建模，曲柄连杆机构，有限元，ANSYS，动静态分析 引言 随着发动机强化指标的不断提高，曲柄连杆机构的工作条件更加复杂。在多种周期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证曲柄连杆机构中的主要部件曲轴具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为机构设计中的关键性问题[3]。由于在实际工况中曲轴承受活塞、连杆传递的爆发压力的交变载荷作用，受力情况极其复杂。采用传统的单纯有限元分析方法，很难完成对曲轴运行过程中动态变化边界条件的描述[4-5]。为了真实全面地了解曲轴在实际运行工况下的力学特性，本课题通过运用CAD软件建立曲柄连杆机构各组成零件的几何模型，确定机构的质量特性参数，通过有限元分析软件Hyperworks和MSC.Nastran的联合仿真，对曲轴和连杆进行自由模态分析，输出振型和频率，将生成的模态中性文件导入ADAMS/View中建立曲柄连杆机构的多柔体动力学模型，应用durability 模块仿真分析曲轴和连杆在爆发压力和惯性力作用下的疲劳应力，由此可以清楚地了解曲轴和连杆在工作过程中各部分的应力，应变，迅速找到危险部位，为机构的优化设计奠定基础。

机床重要部件的有限元分析及优化设计

机床重要部件的有限元分析及优化设计 摘要本文选取了某型机床中的重要部件床身作为研究对象，利用Solidworks软件进行三维设计造型，分析其在极限工作条件下的受力情况，并利用有限元分析软件ANSYS对模型进行受力分析和模态分析，得出了极限工作条件下，床身的受力、变形和振动的情况，找出设计中存在的缺陷进行优化设计，为机床的设计提供参考依据。 关键词机床；重要部件；有限元；优化设计 机床是加工制造的最基本的设备，它是由多个零部件组成的复杂组合结构，其机构的设计对机床的加工性能影响很大。传统的设计需要在原型设计的基础上经过长期的实践，不断改进，逐渐完善，最终定型为一个成熟的产品。现代的设计中，可以充分利用各种分析软件，在设计阶段就能够及时发现和解决原设计中存在的问题，对实现并行设计，提高质量和生产效率起到了非常重要的作用。 机床的各零部件中，床身作为支承和定位的主要零件对机床整体刚性和精度起到关键性作用。本文选取了某厂CK6150型车床作为研究对象，综合分析了该机床在受到综合应力的情况下，床身的受力、变形和振动情况，并对设计中的缺陷进行优化设计。 1 机床的三维造型 此次设计采用Solidworks软件对机床各个零部件进行设计造型并进行整机装配。 2 受力及约束分析 床身在加工中受到的应力主要有切削力和工艺系统的重力。 为了模拟机床在极限工作条件下的变形和振动情况，此次分析中模拟了加工φ500*1000mm的45钢棒料毛坯，使用45°外圆车刀，背吃刀量ap=5mm，进给量f=0.5mm，切削速度vc=500r/mm，切削点位置为毛坯中段。 1）由切削45钢主切削力公式Fc≈2ap·f （kN）得： Fc≈2ap·f =2*5*0.5=5 kN 由吃刀抗力公式Fp≈（0.2～0.5）Fc，估算出： Fp≈4kN 由进给抗力公式Ff≈（0.1～0.4）Fc，估算出：

solidworks进行有限元分析的一般步骤

1.软件形式： ㈠. SolidWorks的内置形式： ◆COSMOSXpress——只有对一些具有简单载荷和支撑类型的零件的静态分析。 ㈡. SolidWorks的插件形式： ◆COSMOSWorks Designer——对零件或装配体的静态分析。 ◆COSMOSWorks Professional——对零件或装配体的静态、热传导、扭曲、频率、掉落测试、优化、疲劳分析。 ◆COSMOSWorks Advanced Professional——在COSMOSWorks Professional的所有功能上增加了非线性和高级动力学分析。 ㈢. 单独发行形式： ◆COSMOS DesignSTAR——功能与COSMOSWorks Advanced Professional相同。 2.使用FEA的一般步骤： FEA=Finite Element Analysis——是一种工程数值分析工具，但不是唯一的数值分析工具！其它的数值分析工具还有：有限差分法、边界元法、有限体积法… ①建立数学模型——有时，需要修改CAD几何模型以满足网格划分的需要， （即从CAD几何体→FEA几何体），共有下列三法： ▲特征消隐：指合并和消除在分析中认为不重要的几何特征，如外圆角、圆边、标志等。▲理想化：理想化是更具有积极意义的工作，如将一个薄壁模型用一个平面来代理（注：如果选中了“使用中面的壳网格”做为“网格类型”，COSMOSWorks会自动地创建曲面几何体）。▲清除：因为用于划分网格的几何模型必须满足比实体模型更高的要求。如模型中的细长面、多重实体、移动实体及其它质量问题会造成网格划分的困难甚至无法划分网格—这时我们可以使用CAD质量检查工具（即SW菜单: Tools→Check…）来检验问题所在，另外含有非常短的边或面、小的特征也必须清除掉（小特征是指其特征尺寸相对于整个模型尺寸非常小！但如果分析的目的是找出圆角附近的应力分布，那么此时非常小的内部圆角应该被保留）。 ②建立有限元模型——即FEA的预处理部分，包括五个步骤： ▲选择网格种类及定义分析类型（共有静态、热传导、频率…等八种类别）——这时将产生一个FEA算例，左侧浏览器中之算例名称之后的括号里是配置名称； ▲添加材料属性: 材料属性通常从材料库中选择，它不并考虑缺陷和表面条件等因素，与几何模型相比，它有更多的不确定性。 ◇右键单击“实体文件夹”并选择“应用材料到所有”——所有零部件将被赋予相同的材料属性。 ◇右键单击“实体文件夹”下的某个具体零件文件夹并选择“应用材料到所有实体”——某个零件的所有实体(多实体)将被赋予指定的材料属性。 ◇右键单击“实体文件夹”下具体零件的某个“Body”并选择“应用材料到实体”——只有

基于ansys的连杆机构的有限元分析

目录 摘要 ............................................................................................ 错误！未定义书签。Abstract (2) 第一章分析方法和研究对象 ........................................... 错误！未定义书签。 1.1 有限单元法的概述....................................................... 错误！未定义书签。 1.1.1 有限单元法的历史 (4) 1.1.2 有限单元法的基本概念 (4) 1.2 ANSYS软件简介 (4) 1.2.1 ANSYS主要应用领域 (4) 1.2.2 ANSYS操作界面 (5) 1.2.3 ANSYS的主要功能 (6) 1.2.4 ANSYS主要特点 (7) 1.3 曲柄滑块机构简介 (7) 1.3.1 曲柄滑块定义 (8) 1.3.2 曲柄滑块机构特性应用以及分类 (8) 第二章曲柄滑块机构的求解 (10) 2.1 曲柄滑块机构的问题描述 (10) 2.2 曲柄滑块机构问题的图解法 (10) 2.2.1 图解法准备工作 (11) 2.2.2 图解法操作步骤 (11) 第三章有限元瞬态动力学概述 (14) 3.1 有限元瞬态动力学定义 (14) 3.2 瞬态动力学问题求解方法........................................... 错误！未定义书签。 3.2.1 完全法 (14) 3.2.2 模态分析法 (14) 3.2.2 缩减法 (15) 3.1 有限元结构静力学分析基本概念 (15) 3.1 有限元结构静力学分析步骤 (16) 第四章曲柄滑块的有限元瞬态动力学分析 (17) 4.1 曲柄滑块机构瞬态简要概述 (17) 4.2曲柄滑块有限元瞬态动力学分析步骤 (18)

平面连杆机构的优化设计教案

平面连杆机构的优化设计 【教学目标】 1.了解连杆机构优化设计的一般步骤 2.掌握连杆机构优化设计的方法 【教学重点】 1.掌握连杆机构优化设计的方法 【教学难点】 1.掌握连杆机构优化设计的方法 【教学准备】 多媒体课件、直尺、圆规。 【教学过程】 一、以工程实际案例引入课题 实例1：飞机起落架（结合最近美国波音飞机频繁失事的新闻） 实例2：汽车雨刮器 说明：平面连杆机构的实用在生产生活中随处可见，是机械设计当中常见的一种机构。 二、定义回顾 【提问】平面四杆机构的基本形式有哪些？ 【预设】机械原理是本科第四学期的课程，学生可能记不全，要引导性地带大家回忆。 【答案】曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构 三、回顾以前所学习的连杆机构设计方法，对比引入优化设计。 新课教授 一、曲柄摇杆机构再现已知运动规律的优化设计

1.设计变量的确定 决定机构尺寸的各杆长度，以及当摇杆按已知运动规律开始运动时，曲柄所处的位置角φ0 为设计变量。 [][] 1234512340T T x x x x x x l l l l ?== 考虑到机构的杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，因此在计算时常l 1=1 ， 而其他杆长按比例取为l 1 的倍数。 ()()22212430124arccos 2l l l l l l l ???++-=??+???? ()221243034arccos 2l l l l l l ψ??+--=?????? 经分析后，只有三个变量为独立的： [][] 123234T T x x x x l l l == 2.目标函数的建立 目标函数可根据已知的运动规律与机构实际运动规律之间的偏差最小为指标来建立，即

基于SolidWorks软件的连杆有限元分析与优化设计

第23卷第4期浙江水利水电专科学校学报Vol．23No．42011年12月J．Zhejiang Wat．Cons ＆Hydr．College Dec．2011 基于SolidWorks 软件的连杆有限元分析与优化设计 王 莺1，叶 菁 2 （1．浙江水利水电专科学校，浙江杭州310018；2．浙江省天正设计工程有限公司，浙江杭州310012） 摘要：CAE （计算机辅助分析）已是产品开发中不可或缺的环节．利用CAE 的结果，可以更有效地控制产品质量， 降低因修正错误所耗费的成本．通过利用三维CAD 软件SolidWorks 对连杆建模，并利用SolidWorks 提供的COS-MOSXpress 工具进行有限元分析，根据设计要求对连杆的结构进行优化，经测试连杆的优化设计是可行的．关键词：SolidWorks ；COSMOSXpress ；连杆；有限元分析；结构优化中图分类号：TP391．77 文献标志码：A 文章编号：1008－536X （2011）04- 0051-03Finite Element Analysis and Optimization Design of Connecting Rod Based on SolidWorks WANG Ying 1，YE Jing 2 （1．Zhejiang Water Conservancy and Hydropower College ，Hangzhou 310018，China ；Zhejiang Titan Design and Engineering CO．LTD．，Hangzhou 310012，China ） Abstract ：CAE （computer-aided analysis ）is an integral part of product development．By using of CAE ，the product quality can be controlled more effectively ，while the cost of error correcting can be reduced．In this paper ，3D modeling of Con-necting Rod is set up based on SolidWork ，and finite element analysis of Connecting Rod is also made by using COSMOSX-press．The structure is optimized in order to meet design requirements ，which is proved to be feasible by test．Key words ：SolidWorks ；COSMOSXpress ；connecting rod ；finite element analysis ；structure optimization 收稿日期：2011-10-14基金项目：2011年度浙江水利水电专科学校校级科研基金资助 项目（XKY-201105）作者简介：王莺（1978－），女，浙江杭州人，讲师．主要从事 CAD /CAM 及虚拟产品设计开发的研究工作． 0引言 在过去，一个机械零部件设计完成后，需要加工一个样品来做简单的破坏性检测，觉得可以就去 开模子了．经常等到作品完成后或在开模时，才发现大问题．所以成本高，质量也不一定牢靠．而在软 件应用分析能力大幅提高的今天， CAE （计算机辅助分析）已是产品开发中不可或缺的环节．利用 CAE 的结果，可以更有效地控制产品质量，降低因修正错误所耗费的成本 ［1－2］ ． SolidWorks 软件是一个非常方便、实用的三维建模造型软件，并且它具有强大的CAE （计算机辅助分析）功能 ［3］ ．而CAE 的核心计算方法就是有限 元分析．用户可通过SolidWorks 提供的COSMOSX-press 工具进行有限元分析．有限元模型和产品的几何模型是相关的，经过建模和分析后，用户将得到 系统计算出的结构反应（变形、应力等）．如果计算的结果不符预期，那么用户就可修改参数再次分 析， 直到达到可接受的设计值为止［4］ ．连杆是机械传动中应用比较广泛的零件．本文主要介绍如何通过SolidWorks 软件对连杆三维建模并进行有限元分析及优化设计，以满足设计要求． 1连杆的设计要求 连杆的结构尺寸见图1，材料为1060铝合金， 若施加垂直于大圆内圆面的力9800N ，则连杆的最大位移变形不得超过0．005mm． 2连杆的几何建模 根据图1连杆的尺寸要求，用SolidWorks 软件的拉伸、切除、圆角等命令创建连杆的三维模型，见图2．

连杆工艺设计及有限元分析

本科毕业设计论文 题目 连杆工艺设计及有限元分析 专业名称机械设计及其自动化 学生姓名梁乐 指导教师李郁 毕业时间二零一四年六月

目录 摘要........................................................................................................................... - 3 - ABSTRACT .............................................................................................................. - 4 - 第一章绪论 ............................................................................................................ - 5 - 1.1课题研究的意义......................................................................................... - 5 - 1.2国内外现状................................................................................................. - 5 - 1.3论文的章节安排......................................................................................... - 6 - 第二章连杆零件的分析 ........................................................................................ - 7 - 2.1连杆的作用................................................................................................. - 7 - 2.2连杆的结构特点......................................................................................... - 7 - 2.3连杆的工艺分析......................................................................................... - 7 - 2.4连杆的材料和毛坯..................................................................................... - 9 - 第三章连杆零件的工艺编制 .............................................................................. - 10 - 3.1连杆机械加工工艺过程........................................................................... - 10 - 3.2连杆工艺过程的安排.................................................... 错误！未定义书签。 3.3连杆工艺设计存在的问题....................................................................... - 15 - 3.3.1工序安排.......................................................................................... - 15 - 3.3.2定位基准.......................................................................................... - 15 - 3.3.3夹具使用.......................................................................................... - 15 - 3.3.4切削用量的选择原则...................................................................... - 15 - 3.4连杆机械加工工序卡片........................................................................... - 11 - 第四章连杆受载荷情况下的有限元分析 ..................... 错误！未定义书签。 4.1 连杆的有限元分析过程和结果................................... 错误！未定义书签。第五章总结与展望 ............................................................................................ - 16 - 5.1 论文总结.................................................................................................. - 26 - 致谢..................................................................................................................... - 27 - 参考文献................................................................................................................. - 28 - 毕业设计小结......................................................................................................... - 29 -

优化设计有限元分析总结

目录 目录 (1) 1. 优化设计基础 (2) 1.1 优化设计概述 (2) 1.2 优化设计作用 (3) 1.3 优化设计流程 (3) 2. 问题描述 (4) 3. 问题分析 (5) 4. 结构静力学分析 (6) 4.1 创建有限元模型 (6) 4.2 创建仿真模型并修改理想化模型 (7) 4.3 定义约束及载荷 (7) 4.4 求解 (8) 5. 结构优化分析 (9) 5.1 建立优化解算方案 (9) 5.2 优化求解及其结果查看 (11) 6. 结果分析 (13) 7. 案例小结 (14)

1.优化设计基础 1.1优化设计概述 优化设计是将产品/零部件设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学规划理论，采用适当的优化算法，并借助计算机和运用软件求解该数学

模型，从而得出最佳设计方案的一种先进设计方法，有限元被广泛应用于结构设计中，采用这种方法任意复杂工程问题，都可以通过它们的响应进行分析。 如何将实际的工程问题转化为数学模型，这是优化设计首先要解决的关键问题，解决这个问题必须要考虑哪些是设计变量，这些设计变量是否受到约束，这个问题所追求的结果是在优化设计过程要确定目标函数或者设计目标，因此，设计变量、约束条件和目标函数是优化设计的3个基本要素。 因此概括来说，优化设计就是：在满足设计要求的前提下，自动修正被分析模型的有关参数，以到达期望的目标。 1.2优化设计作用 以有限元法为基础的结构优化设计方法在产品设计和开发中的主要作用如下： 1）对结构设计进行改进，包括尺寸优化、形状优化和几何拓扑优化。2）从不合理的设计方案中产生出优化、合理的设计方案，包括静力响应优化、正则模态优化、屈曲响应优化和其他动力响应优化等。 3）进行模型匹配，产生相似的结构响应。 4）对系统参数进行设别，还可以保证分析模型与试验结果相关联。 5）灵敏度分析，求解设计目标对每个设计变量的灵敏度大小。 1.3优化设计流程 不同的优化软件其操作要求及操作步骤大同小异。一般为开始、创建有限元模型、创建仿真模型、定义约束及载荷，然后进行结构分析，判断是否收

03平面连杆机构优化设计

案例3 平面连杆机构优化设计 一、问题描述 平面连杆机构是由所有构件均由低副连接而成的机构，四杆机构是最常用的平面连杆机构。一般情况下，四杆机构只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，精确设计较为复杂。在四杆机构中，若两连架杆中的一个是曲柄，另一个是摇杆，则该机构为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动。 设计一曲柄摇杆机构(如图1所示)。已知曲柄长度l 1=100mm ，机架长度l 4=500mm 。摇杆处于右极限位置时，曲柄与机架的夹角为φ0，摇杆与机架的夹角为ψ0。在曲柄转角φ从φ0匀速增至φ0+90°的过程中，要求摇杆转角()200π 32 ??ψψ-+ =。为防止从动件卡死，连杆与摇杆的夹角γ只允许在45°~135°范围内变化。 图1 机构运动简图 二、基本思路 四杆机构的设计要求可归纳为三类，即满足预定的连杆位置要求、满足预定的运动规律要求、满足预定的轨迹要求。本案例中，要求曲柄作等速转动时，摇杆的转角满足预定运动规律()00E π 32 ??ψψ-+ =。优化设计时，通常无精确解，一般采用数值方法得到近似解。本案例将机构预定的运动规律与实际运动规律观测量之间的偏差最小设为目标，由此建立优化设计数学模型，并运用MA TLAB 优化工具箱的相关函数进行求解。 三、要点分析 优化设计数学模型的三要素包括设计变量、目标函数和约束条件。依次确定三要素后，编写程序进行计算。

1.设计变量的确定 通常将机构中的各杆长度，以及摇杆按预定运动规律运动时，曲柄所处的初始位置角φ0列为设计变量，即 T 04321T 54321)()(?l l l l x x x x x ==X (1) 考虑到机构各杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，因此在计算可取l 1为单位长度，而其他杆长则按比例取为l 1的倍数。若曲柄的初始位置对应摇杆的右极限位置，则φ0及ψ0均为杆长的函数，即 4 212 32 42210)(2)(cos arc l l l l l l l +-++=? (2) 4 32 32 422102)(cos arc l l l l l l --+=ψ (3) 因此，设计变量缩减为3个独立变量，即 T 432T 321)()(l l l x x x ==X (4) 2.目标函数的建立 以机构预定的运动规律观测量ψE i 与实际运动规律观测量ψi 之间的偏差平方和最小为指标来建立目标函数，即 min )()(1 2E →-=∑=m i i i f ψψX (5) 式中，m 为输入角的等分数；ψE i 为预期输出角，ψE i=ψE (φi )；ψi 为实际输出角。由图2可知： ? ? ?<≤+-<≤--=)π2π(π) π0(πi i i i i i i ?βα?βαψ (6) 32 22322arccos l l l i i i ρρα-+= (7) 42 12422arccos l l l i i i ρρβ-+= (8) i i l l l l ?ρcos 2412421-+= (9)

solidworks有限元分析范例

注意:本文件内容只是一个简短的分析报告样板，其内相关的分析条件、设置和结果不一定是正确的，您还是要按本书正文所教的自行来做。 一、范例名： (Gas Valve气压阀) 1 设计要求： （1）输入转速1500rpm。 （2）额定输出压力5Mpa，最大压力10Mpa。 2 分析零件 该气压泵装置中，推杆活塞、凸轮轴和箱体三个零件是主要的受力零件，因此对这三个零件进行结构分析。 3 分析目的 （1）验证零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。 （2）分析凸轮轴零件和推杆活塞零件的模态，在工作过程中避开共振频率。 （3）计算凸轮轴零件的工作寿命。 4 分析结果 1.。推杆活塞零件 材料：普通碳钢。 在模型上直接测量得活塞推杆的受力面积S为：162mm2，由F=PS计算得该零件端面的力F为：1620N。所得结果包括： 1 静力计算： （1）应力。如图1-1所示，由应力云图可知，最大应力为21Mpa，静强度设计符合要求。 （2）位移。如图1-2所示，零件变形导致的最大静位移为2.2e-6m。 （3）应变。如图1-3所示，应变云图与应力云图的对应的，二者之间存在一转换关系。

图1-1 应力云图图1-2 位移云图 图1-3 应变云图图1-4 模态分析 2 模态分析： 图1-4的“列举模式”对话框中列出了“推杆活塞”零件在工作载荷下，其前三阶的模态的频率远远大于输入转速的频率，因此在启动及工作过程中，该零件不会发生共振情况。模态验证符合设计要求。 2。凸轮轴零件 材料：45钢，屈服强度355MPa。 根据活塞推杆的受力情况，换算至该零件上的扭矩约为10.5N·m。 1 静力分析： 如图1-5所示为“凸轮轴”零件的应力云图，零件上的最大应力为212Mpa，平均应力约为120MPa，零件的安全系数约为1.7，符合设计要求。 图1-5 应力云图图1-6 模态分析 2 模态分析

solidworks有限元分析的分析方法

solidworks有限元分析的分析方法 solidworks有限元分析可应用于机械、汽车、家电、电子产品、家具、建筑、医学骨科等产品设计及研发。其作用是：确保产品设计的安全合理性，同时采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本; 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题; 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费; 是产品设计研发的核心技术， 学习solidworks有限元分析最重要的是随机应变而不是根据理论一成不变的做。这是看板网经过超过十几年的实践经验和培训经验中总结出来的教训。这也是初学者常常出现的问题，过度重视理论，行为上变现为按部就班，结果往往出现问题。按部就班对于刚开始学习的人是有好处的，但是，学习一段时间后就应该学会创新。 第一步，要知道零部件之间的接触关系。 一般来讲，有限元分析的前要有符合实际的模型，再有符合实际的约束条件，如果是装配体需要知道零部件之间的接触关系。 第二步，建立有限元模型 在SW的有限元分析中可以用非常简单的步骤做到，知道零部件之间的接触关系。首先建立有限元模型，为什么叫有限元模型？因为为了节约分析的时间，降低有些应力集中区域的产生，我们需要对模型简化，所以，一般来讲有限元模型和实际的模型有一点的区别。 第三步，启动有限元分析插件 模型建好后就可以启动有限元分析插件，具体：点插件---Simulation框内打勾，启动后就可以进行边界条件的设置，然后点运行就可以了，当然，如果不设定网格精度，软件会默认网格的大小。 第四步，后处理 关于后处理：前面是i过程，而后处理就是我们要的结果，这个需要你的一些力学上的知识支撑了，比如应力、应变、位移、安全系数、作用力、反作用力等等。具体的还需要对软件进一步的了解！ 看板网培训的主要Simulation有限元分析理论分类有静态分析、频率分析、扭曲分析、热分析、设计优化、掉落测试、疲劳理论、疲劳分析、振动分析。

连杆的优化设计

1 前言 随着汽车工业制造技术的发展，对于汽车发动机的动力性能及可靠性要求越来越高，而连杆的强度、刚度对提高发动机的动力性及可靠性至关重要。因此，国内外各大汽车公司对发动机连杆的材料及制造技术的研究都非常重视。“小体积、大功率、低油耗”的高性能发动机对连杆提出更新、更高的要求： (1)作为高速运动件重量要轻，减小惯性力，降低能耗和噪声； (2)强度、刚度要高，并且要有较高的韧性； 这就意味着对连杆的设计和加工有着更高的要求。其一，杆身有足够的刚度可以预防工作时发生弯曲变形；其二，连杆的大端和连杆盖有足够的刚度，以防大端变形时连杆螺栓承受附加的弯曲应力和大端失圆，使轴承润滑破坏。同时，还要求连杆组具有足够的疲劳强度和冲击韧性。[3]

连杆的优化设计 2 连杆机构 2.1 连杆机构的特点 连杆机构具有以下传送特点: 1.连杆机构中的运动副一般均为低副（故又称其为低副机构，lower pair mechanism）。其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证工作的可靠性有利。 2.在连杆机构中，在原动件的运动规律不变的条件下，可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。 3.在连杆机构中，连杆上的各点的轨迹是各种不同形状的曲线(称为连杆曲线，coupler-pointcurve)，其形状随着各构件相对长度的改变而改变，故连杆曲线的形式多样，可用来满足一些特定工作的需要。 利用连杆机构还可很方便地达到改变运动的传递方向、扩大行程、实现增力和远距离传动等目的。 连杆机构也存在如下一些缺点： 1.由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而传动路线较长，易产生较大的误差累计，同时也使机械效率降低。 2.在连杆机构运动中，连杆及滑块所产生的惯性力难以用一般平衡方法加以消除，因而连杆机构不宜用于高速运动。 此外，虽然可以利用连杆机构来满足一些运动规律和运动轨迹的设计要求，但其设计十分繁难，且一般只能近似地满足。[5]

连杆的有限元分析及优化

连杆的有限元分析及优化 姓名：周锋 学号: 1151684

目录 目录 (2) 1.优化设计基础 (3) 1.1优化设计概述 (3) 1.2优化设计作用 (3) 1.3优化设计流程 (3) 2.问题描述 (4) 3.问题分析 (4) 4.结构静力学分析 (5) 4.1创建有限元模型 (5) 4.2创建仿真模型并修改理想化模型 (6) 4.3定义约束及载荷 (6) 4.4求解 (7) 5.结构优化分析 (8) 5.1建立优化解算方案 (8) 5.2优化求解及其结果查看 (9) 6.结果分析 (11) 7.案例小结 (11)

1. 优化设计基础 1.1 优化设计概述 优化设计是将产品/零部件设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学规划理论，采用适当的优化算法，并借助计算机和运用软件求解该数学模型，从而得出最佳设计方案的一种先进设计方法，有限元被广泛应用于结构设计中，采用这种方法任意复杂工程问题，都可以通过它们的响应进行分析。 如何将实际的工程问题转化为数学模型，这是优化设计首先要解决的关键问题，解决这个问题必须要考虑哪些是设计变量，这些设计变量是否受到约束，这个问题所追求的结果是在优化设计过程要确定目标函数或者设计目标，因此，设计变量、约束条件和目标函数是优化设计的3个基本要素。 因此概括来说，优化设计就是：在满足设计要求的前提下，自动修正被分析模型的有关参数，以到达期望的目标。 1.2 优化设计作用 以有限元法为基础的结构优化设计方法在产品设计和开发中的主要作用如下：1）对结构设计进行改进，包括尺寸优化、形状优化和几何拓扑优化。 2）从不合理的设计方案中产生出优化、合理的设计方案，包括静力响应优化、正则模态优化、屈曲响应优化和其他动力响应优化等。 3）进行模型匹配，产生相似的结构响应。 4）对系统参数进行设别，还可以保证分析模型与试验结果相关联。 5）灵敏度分析，求解设计目标对每个设计变量的灵敏度大小。 1.3 优化设计流程 不同的优化软件其操作要求及操作步骤大同小异。一般为开始、创建有限元模型、创建仿真模型、定义约束及载荷，然后进行结构分析，判断是否收敛，如果是的话，即结束操作；若不是，再进行灵敏度分析、优化求解、优化结果、更新设计变量，重复结构分析。

机械毕业设计864基于ansys的连杆机构的有限元分析 - 副本

毕业设计论文题目：连杆机构的有限元分析 专业：机械设计制造及其自动化学号： 姓名： 指导教师： 完成日期： 2014 年 5 月 25 日

目录 摘要............................................................................................ 错误！未定义书签。Abstract .. (2) 第一章分析方法和研究对象........................................... 错误！未定义书签。 1.1 有限单元法的概述 ...................................................... 错误！未定义书签。 1.1.1 有限单元法的历史 (4) 1.1.2 有限单元法的基本概念 (4) 1.2 ANSYS软件简介 (4) 1.2.1 ANSYS主要应用领域 (4) 1.2.2 ANSYS操作界面 (5) 1.2.3 ANSYS的主要功能 (6) 1.2.4 ANSYS主要特点 (7) 1.3 曲柄滑块机构简介 (7) 1.3.1 曲柄滑块定义 (8) 1.3.2 曲柄滑块机构特性应用以及分类 (8) 第二章曲柄滑块机构的求解 (10) 2.1 曲柄滑块机构的问题描述 (10) 2.2 曲柄滑块机构问题的图解法 (10) 2.2.1 图解法准备工作 (11) 2.2.2 图解法操作步骤 (11) 第三章有限元瞬态动力学概述 (14) 3.1 有限元瞬态动力学定义 (14) 3.2 瞬态动力学问题求解方法 .......................................... 错误！未定义书签。 3.2.1 完全法 (14) 3.2.2 模态分析法 (14) 3.2.2 缩减法 (15) 3.1 有限元结构静力学分析基本概念 (15) 3.1 有限元结构静力学分析步骤 (16) 第四章曲柄滑块的有限元瞬态动力学分析 (17) 4.1 曲柄滑块机构瞬态简要概述 (17) 4.2曲柄滑块有限元瞬态动力学分析步骤 (18)