【正文】 活塞銷強(qiáng)度和剛度計(jì)算 15 活塞裙部的設(shè)計(jì) 7 本章小結(jié) 6 活塞的加速度 4 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué) 1 設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容 1 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 1 選題的目的和意義 Ⅱ 1 前言 Ⅰ Abstract Ⅰ 摘要 關(guān)鍵詞： 發(fā)動(dòng)機(jī)；曲柄連桿機(jī)構(gòu)；受力分析； 仿真建模 ； 運(yùn)動(dòng)分析 ； Pro/E 全套 CAD 圖紙，加 153893706 II The designing of the crank link mechanism for the Jetta EA113 gasoline engine Name： Tu Yueyue Major： Mechanical design, manufacturing and automation Tutor： Yu Chunhai Abstract:This article refers to by the Jetta EA113 gasoline engine‘s related parameter achievement, it has carried on the structural design pution for main parts of the crank link mechanism in the gasoline engine with four cylinders, and has carried on theoretical analysis and simulation analysis in puter in kinematics and dynamics for the crank link mechanism. First, motion laws and stress in moveme nt about the crank link mechanism are analyzed in detail and the precise analysis results are obtained. Next separately to the piston group, the linkage as well as the crank carries on the detailed structural design, and has carried on the structural strength and the rigidity examination. Once more, applys threedimensional CAD software Pro/Engineer establishing the geometry models of all kinds of parts in the crank link mechanism, then using the Pro/E software assembling function assembles the ponents of crank link into the piston module, the connecting rod module and the crank module, then using Pro/E software mechanism analysis module (Pro/Mechanism), establishes the multirigid dynamics model of the crank link, and carries on the kinematics analysis and the dynamics analysis simulation, and it studies the piston and the connecting rod movement rule as well as crank link motion gear movement envelopment. The analysis of simulation results shows that those simulation results are meet to true working state of engine. It also shows that the simulation method introduced here can offer a new efficient and convenient way for the mechanism choosing and optimized design of crankconnecting rod mechanism in engine. Keywords: Engine； CrankshaftConnecting Rod Mechanism； Analysis of Force； Modeling of Simulation； Movement Analysis； Pro/E 目 錄 題目 首先，以運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的理論知識(shí)為依據(jù) ， 對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及在運(yùn)動(dòng)中的受力等問題進(jìn)行詳盡的分 析 ， 并得到了精確的分析結(jié)果。其次分別對(duì)活塞組、連桿組以及曲軸進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ， 并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的校核。 3 2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析 4 曲柄連桿機(jī) 構(gòu)的類型及方案選擇 4 活塞位移 7 機(jī)構(gòu)的慣性力 13 3 活塞組的設(shè)計(jì) 14 活塞的工作條件和設(shè)計(jì)要求 14 活塞的材料 15 活塞頭部的設(shè)計(jì) 23 活塞環(huán)形狀及主要尺寸設(shè)計(jì) 23 活塞環(huán)強(qiáng)度校核 24 4 連桿組的設(shè)計(jì) 25 連桿的工作情況、設(shè)計(jì)要求和材料選用 30 連桿螺栓的設(shè)計(jì) 33 5 曲軸的設(shè)計(jì) 34 曲軸的材料 34 曲軸的主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì) 34 曲柄銷的直徑和長度 36 曲軸的止推 37 曲軸的疲勞強(qiáng)度校核 37 名義應(yīng)力的計(jì)算 43 6 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的創(chuàng)建 44 連桿的創(chuàng)建 46 連桿體的建模步驟 46 連桿蓋的建模 48 曲柄連桿機(jī)構(gòu)其它零件的創(chuàng)建 50 活塞銷的創(chuàng)建 51 本章小結(jié) 53 定義曲軸連桿的連接 55 建立運(yùn)動(dòng)分析 55 進(jìn)行干涉檢驗(yàn)與視頻制作 61 致謝 62 附錄 63 1 1 前 言 選 題的目的和意義 曲柄連桿機(jī)構(gòu)是 發(fā)動(dòng) 機(jī)的傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)構(gòu)，通過它把活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而輸出動(dòng)力。 通過設(shè)計(jì)，確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)和零部件結(jié)構(gòu)，包括必要的結(jié)構(gòu)尺寸確定、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析、材料的選取等，以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。它是利用計(jì)算機(jī)建造的模型對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，將分析的方法用于模擬實(shí)驗(yàn)，充分利用已有的基本物理原理，采用與實(shí)際物理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相似的研究方法，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)。目前國內(nèi)大學(xué)和企業(yè)已經(jīng)已進(jìn)行了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)仿真方面的研究和局部應(yīng)用 ，能在設(shè)計(jì)初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)干涉，校核配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)性能等，為設(shè)計(jì)人員提供了基本的設(shè)計(jì)依據(jù) [34]。 解析法 解析法是對(duì)構(gòu)件逐個(gè)列出方程，通過各個(gè)構(gòu)件之間的聯(lián)立線性方程 組 來求解運(yùn)動(dòng)副約束反力和平衡力矩，解析法又包括單位向量法、直角坐標(biāo)法等。不經(jīng)任何計(jì)算，對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)直接圖解其速度和加速度的方法最早由克萊茵提出，但方法十分復(fù)雜 [6]。但是過去由于手段的原因，大部分復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)盡管能夠給出解析表達(dá)式，卻 難以計(jì)算出供工程設(shè)計(jì)使用的結(jié)果，不得不用粗糙近似的圖解法求得數(shù)據(jù)。 這些軟件的功能重點(diǎn)是在力學(xué)分析上 ， 在 建模方面還是有很多不足 ， 尤其是對(duì)這些復(fù)雜的曲柄連桿機(jī)構(gòu)零部件的三維建模很難實(shí)現(xiàn) 。 3 設(shè)計(jì) 研究的 主要 內(nèi)容 對(duì)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程中曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析 進(jìn)行 深入研究，其主要的研究內(nèi)容有 ： （ 1） 對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析， 分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)中各種力的作用情況，并根據(jù)這些力對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的主要零 部 件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度等方面的 計(jì)算和校核 ，以便 達(dá)到設(shè)計(jì)要求； （ 2） 分析 曲柄連桿機(jī)構(gòu) 中主要零部件如 活塞，曲軸，連桿 等的工作條件和設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行合理選材，確定出主要的結(jié)構(gòu)尺寸，并進(jìn)行相應(yīng)的尺寸檢驗(yàn)校核，以符合零件實(shí)際加工的要求 ； （ 3） 應(yīng)用 Pro/E 軟件對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的零件分別建立實(shí)體 模型， 并將其分別組裝成活塞組件，連桿組件，然后定義相應(yīng)的連接關(guān)系，最后裝配成完整的機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，檢測其運(yùn)動(dòng)干 涉，獲取分析結(jié)果 ； （ 4） 應(yīng)用 Pro/E 軟件將零件模型圖轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的工程圖，并結(jié)合使用 AutoCAD軟件， 系統(tǒng)地反應(yīng)工程圖上的各類信息，以便實(shí)現(xiàn)對(duì) 機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步精確設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)。這種型式的曲柄連桿機(jī)構(gòu)在內(nèi)燃機(jī)中應(yīng)用最為廣泛。 主副連桿式曲柄連桿機(jī)構(gòu) 其 特點(diǎn) 是 內(nèi)燃機(jī)的一列氣缸用主連桿，其它各列氣缸則用副連桿，這些連桿的下端不是直接接在曲柄銷上，而是通過副連桿銷裝在主連 桿 的大頭上，形成了 “ 關(guān)節(jié)式 ”運(yùn)動(dòng)，所以這種機(jī)構(gòu)有時(shí)也稱為 “ 關(guān)節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu) ” 。 當(dāng)曲柄按等角速度 ? 旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄 OB 上任意點(diǎn)都以 O 點(diǎn)為圓心做等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，活塞 A 點(diǎn)沿氣缸中心線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿 AB 則做復(fù)合的平面運(yùn)動(dòng)，其大頭 B 點(diǎn)與曲柄一端相連，做等速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而連桿小頭與活塞相連，做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 活塞位移 假設(shè)在某一時(shí)刻，曲柄 轉(zhuǎn)角 為 ? ，并按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，連桿軸線在其運(yùn)動(dòng)平面內(nèi) 偏離氣缸軸線的角度為 ? ，如圖 所示 。 由公式 1 可進(jìn)一步簡化，由圖 21 可以看出 ： ?? sinsin lr ? 即 ???? s ins ins in ?? lr 又