基于有限元分析的连杆优化设计

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1、2015年第2期煤矿机电·29·基于有限元分析的连杆优化设计李雪斌，杨丙雪，范恒亮(安徽理工大学机械工程学院，安徽淮南232001)摘要：连杆是活塞式压缩机的重要部件。分析连杆的运动受力状况，利用SolidWorks建立模型，然后导入ANSYSWorkbench，在满足最大安全系数的条件下，优化独立的关键变量。最后，根据优化后的参数重新设计连杆结构，达到减小整体质量的目的。关键词：连杆；有限元分析；优化设计中图分类号：THI33．5文献标识码：B文章编号：1001—0874(2015)02-0029—

2、03OptimalDesignofTieRodBasedonFiniteElementAnalysisLiXuebin，Bingxue，FanHengliang(SchoolofMechanicalEngineering，AnhuiUniversityofScienceandTechnology，Huainan232001，China)Abstract：Thetierodisoneofimportantcomponentsofthepistoncompressor．Theworkingforceoft

3、hetierodisanalyzedfirstly，anditsmodelisestablishedwithSolidWorks，thenoptimizeitskeyindependentvariablestomeettheneedformaximumsafetyfactorbyANSYSWorkbench．Theconstructionofthetierodisredesignedaccordingtotheoptimizationresulttoreducetheoverallmass．Keywo

4、rds：tierod；finiteelementanalysis(FEA)；optimaldesign0引言连杆是压缩机实现曲轴回转运动与活塞直线往复运动转换的主要部件，载荷较为复杂。借助有限元分析软件，进行受力分析，针对出现的问题改进局图1连杆的有限兀网格划分部结构，比较各种结构方案在极端工况条件下的应力，得到连杆优化设计方案。来的压力和连杆总成、十字头等运动产生的惯性力。连杆大头的最大拉力与连杆小头的最大压力在1连杆模型及网格划分180。范围内按余弦规律分布；连杆小头的最大拉力选用Vw．8／8．1

5、5型液化气压缩机作为研究对与连杆大头的最大压力在120。范围内按余弦规律象，其工作环境为排气压力1．5MPa，进气压力0．5分布。MPa，连杆材料40钢的屈服强度335MPa、弹性模量连杆的往复惯性力为：200GPa、泊松比0．3。压缩机连杆模型是否与实际F1=mro)[COS0十Acos(20)](1)情况相符将直接影响分析结果的准确度；同时，复杂式中，F为往复惯性力，N；m为往复质量，kg；r为模型的合理简化有助于减少运算时间。采用整体式曲柄半径，m；09为曲柄角速度，rad／s；0为连杆在连杆大

6、头，应用SolidWorks建模并进行网格划分，摆动平面内偏离气缸中心线的夹角；A为曲轴半径如图1所示。与连杆长度之比。气体力：2连杆受力分析F=ps(2)连杆受力主要包括作用在活塞上并由十字头传式中，为气体力，N；p为进气或排气压力，MPa；