机电一体化论文
随着社会经济的不断的向前发展，建筑功能趋于多样化，给人们的生活带来了极大的便利。现代的建筑走向智能化，其中起了重要作用的就是建筑的机电工程，它使建筑的功能更能满足人们的居住和生活。下面是小编整理的机电一体化论文。欢迎参考!
机电一体化论文一
基于ANSYS的发动机曲轴的优化设计
摘要：本文通过有限元分析软件ANSYS对发动机曲轴进行三维有限元分析，
了解曲轴的变形和应力状况，校核该曲轴在交变载荷下的疲劳强度，为曲轴改进设计中的结构分析提供理论依据;
较准确地得到交变载荷作用下发动机曲轴的应力、变形的大小及分布，校核其疲劳强度，对于指导曲轴的优化、改进设计具有重要意义。
关键词：曲轴;ANSYS;优化设计
Optimization design of engine crankshaft based on ANSYS
Chen yun-xin
(School of Electromechanical &Architectural Engineering，Jianghan University，Wuhan，430056，China)
Abstract：In this paper, three-dimensional finite element analysis was carried out on the engine crankshaft by means of the finite element analysis software ANSYS, understanding the stresses and deformation of the crankshaft, fatigue strength under cyclic loading of the crankshaft the crankshaft checking, improved analysis provides a theoretical basis for the structure design; accurately get the size and distribution of stress, deformation under the action of alternating load check the engine crankshaft, fatigue strength, has an important significance for improving design optimization, guidance of crankshaft.
Keywords：crankshaft ; ANSYS; Optimization design
中图分类号： 文献标识码： 文章编号：
0 引言：曲轴是内燃机中最典型，最重要的零件之一，其功能是将活塞连杆组传递来的气体压力转变为转矩，作为动力而输出做功，驱动其它工作机构，并带动内燃机辅助装置工作。
曲轴在工作中承受周期性变化的气体压力，运动质量惯性力和其它力矩的共同作用，承受交变载荷，并受到扭转和纵向振动所产生的附加应力作用，易于造成疲劳破坏。
同时，由于曲轴形状复杂，应力集中严重，且在应力集中处曲轴的应力分布极不均匀，易产生大小和性质不同的疲劳应力。
面临上述问题，在设计阶段必须找出切实可行的手段。
因此如何较准确地得到交变载荷作用下发动机曲轴的应力、变形的大小及分布，校核其疲劳强度，估算其疲劳寿命，对于指导曲轴的优化、改进设计具有重要意义。
采用先进的有限元工具和合理的计算条件对发动机曲轴进行分析，是目前车用发动机生产厂家迫切需要的。
1 有限元法及ANSYS简介：有限元法(Finite Element Method，简称FEM)是一种数值离散化方法，根据变分原理求其数值解。
因此适合于求解结构形状及边界条件比较复杂，材料特性不均匀等力学问题，能解决几乎所有工程领域中各种边值问题。
随着电子计算机的发展，有限元分析方法已经成为疲劳强度分析和寿命预测的主要辅助工具。
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。
2.发动机曲轴连杆机构的组成及受力分析：曲柄连杆机构是往复式内燃机中的动力传递系统。
曲柄连杆简图见图1。
曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动部分。
在做功冲程中，它将燃料燃烧产生的热能活塞往复运动、由曲轴旋转运动转变为机械能，对外输出动力;在其它冲程中，则依靠曲柄和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动，为下一次做功创造条件。
图1 曲柄连杆简图
3.曲轴连杆机构的主要参数
发动机 转速 2500n/min 调速率15% 连杆轴颈直径 58mm 主轴颈直径 64mm
曲柄半径R 45mm 连杆中心距L 168mm 连杆比λ R/L=0.2679
连杆质心到小头中心距L1 108mm 连杆总质量ML 1.25Kg 活塞和活塞环总质量Mjz 0.65Kg 爆发压力 12.0MPa 活塞缸直径D 70mm
轴材料的主要特性常数见表1。
表1 轴材料的主要特性常数
4. 载荷状况的确定
本文研究的发动机为四缸发动机，它的发火顺序为1—2—4—3。
根据实际经验来看，曲轴在受到最大爆发压力时的应力和变形最大。
这样对于四缸发动机，只需考虑 3 缸发火状况下活塞处于压缩行程终了，在上止点位置时的受力状况即可。
曲轴所受到的最大压缩载荷在膨胀冲程上止点
F气体+ F往复+ F旋转 =38940.48N
曲轴所受到的最大拉伸载荷在进气冲程开始的上止点
= F往复+ F旋转 =7217.52N
5. 分析计算
(1)建立曲轴的三维模型见图2
图2 曲轴的三维模型
(2)定义单元属性：本文选择第二类单元，10节点的solid92，此单元由十个点定义每个节点有三个自由度节点x 、y 和z 方向位移。
并且单元有可塑性、蠕动、膨胀、应力刚化、大变形和大张力的能力。
(3)划分网格、定义边界条件、在连杆轴颈上施加载荷、推算出第三缸爆破时各个连杆轴颈的载荷见表2;施加了载荷、约束的曲轴见图3.
表2 第三缸爆破时各个连杆轴颈的载荷
图3 施加载荷、约束的曲轴
(4)分析结果：曲轴的变形形状图见图4;
图4曲轴的变形形状图
曲轴位移分布等值线图见图5;
图5 曲轴位移分布等值线图
应变分析：最大变形位于第三连杆轴颈与曲柄的圆角过渡处，其最大值为0.534mm。
应力分析 ：应力集中部位在曲柄臂与主轴颈，曲柄臂与连杆轴颈的过渡圆角处，这与实际情况相符合，这些地方连接处的过渡圆角，以及轴颈油孔边缘是应力集中最为严重的部位，是曲轴产生疲劳断裂最危险的部位。
强度校核：曲轴静强度安全系数校核 ， 式中 为材料的强度极限，该材料的强度极限为980MPa; 是曲轴危险部分的最大应力，根据曲轴应力分布等值线图，可得到最大应力202 MPa。
所以n =4.85。
通常发动机曲轴安全系数[n] ≧2-3，所以强度安全系数在许用范围内，曲轴的强度满足要求。
曲轴疲劳强度安全系数校核
=85.25MPa， =116.75 MPa。
各个参数如下： =760.2 MPa， ， ， ，
将上述数据代入公式中得到nσ=5.32。
所以该曲轴的疲劳强度满足要求。
6 结论：通过ANSYS分析，应力集中部位在曲柄臂与主轴颈，曲柄臂与连杆轴颈的过渡圆角处，这与实际情况相符合，这些地方连接处的过渡圆角，以及轴颈油孔边缘是应力集中最为严重的部位，是曲轴产生疲劳断裂最危险的部位。
曲轴最大等效应力远低于曲轴材料屈服强度,曲轴疲劳安全系数满足曲轴设计要求。
机电一体化论文二
摘要：随着经济的发展，机电一体化技术也得到了快速发展,而机电一体化在工程机械中的应用与发展也促进了工程机械的不断进步。
本文主要对机电一体化技术以及其在工程机械中的应用与发展进行了分析研究。
关键词：工程机械 机电一体化技术 应用 发展
引言
随着科学技术以及新兴科技突飞猛进的发展，极大地促进了学科之间的相互渗透、融合，同时也促进了工程建设领域的革新与创新。
目前，机电一体化已经渐渐成为一种独立的技术，在各行各业都有不同程度的应用。
尤其是科学技术的发展，在很大程度上促进了机电一体化的进步与创新，并且在工程机械中得到了很好的应用。
积极地采用机电一体化，将机械、电子技术和液压技术进行了有效的结合，大大地提高了机械的多种功能，
比如说，动力性能提升，燃油的经济效益提高，安全性和可靠性大增，操作的精准度和舒适度都大幅度提高，机械的使用寿命也随之延长。
所以，研究工程机械机电一体化的应用与发展有着重大意义。
一、机电一体化技术的概述
机电一体化就是综合地运用机械、计算机、微电子、电力电子、光学、接口等技术，对各个功能进行合理的配置，从而实现了高质量、多功能、低能耗的价值和功能。
机电一体化也称之为机械电子学,属于一门新兴的边缘综合科学, 机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、控制技术和
精密机械技术有机结合，并综合应用到实际中去的综合技术。
主要是通过微电子技术的应用,把微电子技术引进到相关的动力功能、机械主功能、控制功能等方面,在软件方面能够使得机械装置与电子装置相互进行有机结合而形成有效的系统。
而随着科学技术的发展，机电一体化技术也得到了快速发展，并且处于不断创新与进步之中。
机电一体化技术逐渐走向了高智能化、微型化、网络化、个性化和绿色化的趋势。
而机电一体化技术在工程机械中的应用,能够使得各种性能方面都得以明显改善,比如操作舒适性能够得以有效提高;机械能耗能有效大幅度降低,明显提高机械功效。
可靠性不断提高;不断提高相应的作业精度和作业效率。
二、工程机械机电一体化技术的应用
机电一体化技术具有广阔的发展前景和极高的应用价值，尤其是在工程机械中的应用更具广泛性和有效性，机电一体化技术在工程机械中的应用主要表现在以下几个方面：
1、机电一体化技术的在工程机械提高生产效率、节能降耗方面的应用
在传统的工程机械中，能量的充分利用率和使用率比较低。
比如说，液压挖掘机其燃料的充分利用率仅仅占了30%，剩下的70%左右的能量都被浪费了。
在能源资源高度紧张的今天，迫使机械工程的发展必须向着“节能降耗”的方向发展。
比如说，小松公司生产的挖掘机能够很好地达到节能降耗的目的，大约可以节省23%的燃料，最主要的原因就是新型的控制节能器的采用。
日立公司生产的挖掘机，采用了“卡特电子效率”节能控制体系，通过对泵以及发动机的综合、全面控制，大大提高了利用率，其能量利用率能够达到98%左右，生产率也相应地得到了大幅度的提升。
所以说工程机械中电子节能控制器的运用，大幅度提高挖掘机等大型工程机械设备的能量利用率，一定程度上发挥到了节能的作用。
电子节能控制器操作比较简单，对机械的磨损也相对减少，从而提高了工作的效率。
2、在自动化以及半自动化的作业全过程中的应用
工程机械全面地实现作业自动化以及半自动化水平，可以有效地降低操作人员的劳动强度，有效地提高生产效率，大大减少了因为操作人员的经验不足或技术不到位对于操作精度的影响。
比如说，三菱公司设计生产的挖掘机，有控制挖掘机轨迹系统的功能，相关的操作人员在控制板上将铲斗的运动形状和运动轨迹设定好之后，
相应的微机操作系统就会根据不同角度的传感器发出的信号，对动臂、铲刀和斗杆的运动进行自动的控制，从而实现多种特定断面沟槽、开口和斜坡的精准挖掘，有效地实现了挖掘操作的自动化水平。
3、在控制柴油机上的应用
要想进一步深入发展柴油机技术, 应该要解决发动机排放质量与最低油耗间的矛盾。
在电子技术发展十分迅速的今天,采用电子节能液压泵系统能够有效减小能耗, 还能自动控制冷风扇的转速随温度的变化, 这样的条件下, 电子控制自动变速,
还包括根据负荷条件自动调节柴油机油门等内容都能得以实现, 能够使得在各种变工况下的柴油机,在满足经济指标和排放指标的最佳喷油时间的同时, 能够实现净化排气、节约能源、提高效率。