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连杆是内燃机中重要的传动零件之一，在工作中承受各种复杂的和周期性变化载荷，若其强度不够，很容易引起疲劳破坏而断裂，导致发动机故障，造成极严重的后果。作为一种有效的分析方法，有限元分析在连杆的设计过程中己经得到了广泛应用。
随着我国农业机械化的迅速发展，农业机械的应用越来越广泛，而单缸发动机是我国农业机械的主要机型，其中1100型单缸柴油机是主要机型之一。本文运用ANSYS软件对1100型柴油机的连杆进行了有限元分析，得到连杆的应力分布、安全系数和疲劳寿命的情况，并根据分析结果进行了优化设计，为此连杆的可靠性设计提供了依据。
1、建立模型
连杆材料为45号优质碳素结构钢，建立准确和可靠的计算模型是应用有限元法进行分析的重要步骤之一。对连杆的大头端做了简化处理，不考虑连杆轴瓦、衬套和螺栓的预紧力，把连杆体和连杆盖作为一个整体造型。对一些影响连杆强度极微的小倒角和小圆角做了简化处理。
2、载荷施加
连杆在工作时所承受的周期性变化的外力主要由两部分组成：一是经活塞顶部传来的燃气爆发压力，对连杆起压缩作用；二是活塞连杆组高速运动产生的惯性力，对连杆起拉伸作用。故在分析时，主要考虑连杆的最大燃气压力、活塞组件的惯性力和连杆组件的惯性力。
2.1、气体作用力
气体作用力是由于燃气爆发产生的气体压力直接作用在活塞上，活塞通过活塞销把作用力传递到连杆小头。
2.2、活塞组件的往复惯性力
活塞组件的所有零件包括活塞、活塞环、活塞销和活塞销片环�；钊榧闹柿縨}即为所有组件的质量之和。活塞组件的往复惯性力作用在活塞销上，并通过活塞销作用在连杆上。
2.3、连杆的惯性力
连杆组包括连杆体、大头盖、连杆轴瓦、连杆螺栓和连杆衬套。连杆组的质量由这些部分组成。为了简化计算，通常把作复杂平面运动的连杆质量分为两部分：一部分集中在连杆小头质量为m，把其看作只与活塞一起做往复运动；另一部分集中在连杆大头质量为mz，把其看作只与曲柄一起做旋转运动。因此，连杆的惯性力包括小头部分的往复惯性力和大头部分的旋转惯性力。
对连杆的分析包括两种工况，即最大拉伸工况和最大压缩工况。载荷的作用力方向通过大小头孔中心的连线，并且作用在连杆大小头孔的内表面，沿轴线方向按二次抛物线分布，沿径向呈余弦分布。在最大拉伸工况下，连杆小头孔载荷沿小头孔圆周方向在120°范围内按余弦分布，连杆大头孔载荷沿大头孔圆周方向在180°范围内按余弦分布；在最大压缩工况下，连杆大小头孔的载荷均沿孔的圆周方向在180°范围内按余弦分布。
3、连杆的结构优化
由于整个连杆的安全系数为1.24，数值较设计值富裕量较少，为了提高连杆的整体性能，对连杆进行了优化设计。由前面的分析结果可知，连杆的小头与杆身的过渡位置及靠近连杆大头的工字型截面内为主要应力的集中部位，需要对这两个位置进行结构尺寸改进，主要改进位置有3处，即连杆小头与杆身的过渡圆角D、靠近连杆大头工字型截面内的倒角Dz以及边倒角D3。结构优化方案与优化后的分析计算可知：方案1的结构相对于优化前的最大拉应力减小了很多，但最大压应力几乎保持不变，疲劳寿命有很大的增加；在方案2中，随着3个倒圆角尺寸的增大，最大压应力迅速降低，疲劳寿命有所增加，在第3种方案中，当圆角尺寸继续增加的时候，最大拉应力及最大压应力相对于方案2已基本不变，且其安全系数与第2种方案相同，都为1.350。
根据优化分析的目标(即通过连杆的最优化设计)，遵守质量最轻、应力应变最小和疲劳寿命最大的原则，对3种方案综合考虑，认为方案2为最优化方案。其原因是方案2中的应力值相对于优化前的应力值己经减少很大，而疲劳寿命值也有显著增加。在方案3中，虽然疲劳寿命有所增加，但其修改的结构尺寸与原尺寸己有很大出入，结构形状已发生了很大的改变。因此，认为方案2是最优方案。
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