【正文】 分析 研究曲柄連桿機構(gòu)的受力，關(guān)鍵在于分析曲柄連桿機構(gòu)中各種力的作用情況，并根據(jù)這些力對曲柄連桿機構(gòu)的主要零件進行強度、剛度、磨損等方面的分析、計算和設(shè)計，以便達到 發(fā)動 機輸出轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速的要求。因而在其仿真分析過程中對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型就要借助 CAD 軟件來完成，如 Pro/E、 UG、 Solidworks 等 [4]。隨著計算機的發(fā)展，可以利用復(fù)雜的計算表達式來精確求解各種運動過程和動態(tài)過程，從而形成機械性能分析和產(chǎn)品設(shè)計的現(xiàn)代理論和方法。但是過去由于手段的原因，大部分復(fù)雜的機械運動盡管能夠給出解析表達式，卻難以計算出供工程設(shè)計使用的結(jié)果，不得不用粗糙近似的圖解法求得數(shù)據(jù)。不經(jīng)任何計算，對曲柄連桿機構(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]。 解析法 解析法是對構(gòu)件逐個列出方程，通過各個構(gòu)件之間的聯(lián)立線性方程 組 來求解運動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。目前國內(nèi)大學(xué)和企本科生畢業(yè)設(shè)計 2 業(yè)已經(jīng)已進行了機構(gòu)運動、動力學(xué)仿真方面的研究和局部應(yīng)用，能在設(shè)計初期及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)燃機曲柄連桿機構(gòu)干涉，校核配氣機構(gòu)運動、動力學(xué)性能等，為設(shè)計人員提供了基 本的設(shè)計依據(jù) [34]。它是利用計算機建造的模型對實際系統(tǒng)進行實驗研究，將分析的方法用于模擬實驗，充分利用已有的基本物理原理，采用與實際物理系統(tǒng)實驗相似的研究方法，在計算機上運行仿真實驗。 通過設(shè)計，確定發(fā)動機曲柄連桿機構(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、運動學(xué)和動力學(xué)分析、材料的選取等，以 滿足實際生產(chǎn)的需要。 67 本科生畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 選 題 的目的和意義 曲柄連桿機構(gòu)是 發(fā)動 機的傳遞運動和動力的機構(gòu)，通過它把活塞的往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動而輸出動力。 62 本章小結(jié) 57 定義伺服電動機 55 活塞組件裝配步驟 55 活塞及連桿的裝配 54 本章小結(jié) 大頭軸瓦的創(chuàng)建 連桿小頭襯套的創(chuàng)建 54 活塞銷的創(chuàng)建 49 連桿蓋的建模 40 本科生畢業(yè)設(shè)計 名義應(yīng)力的計算 36 曲軸的材料 26 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度計算 26 連桿的工作情況、設(shè)計要求和材料選用 26 連桿的設(shè)計 23 本科生畢業(yè)設(shè)計 驗算比壓力 20 活塞銷的設(shè)計 15 活塞頭部的設(shè)計 13 第 3 章 活塞組的設(shè)計 錯誤 !未定義書簽。 6 機構(gòu)的慣性力 1 設(shè)計研究的主要內(nèi)容 關(guān)鍵詞： 發(fā)動機；曲柄連桿機構(gòu)；受力分析； 仿真建模；運動分析； Pro/E 本科生畢業(yè)設(shè)計 II ABSTRACT This article refers to by the Jeeta 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 useing 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. Key words: Engine； CrankshaftConnecting Rod Mechanism； Analysis of Force； Modeling of Simulation； Movement Analysis； Pro/E 本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘要 本科生畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 本文 以 捷達 EA113 汽油機 的相關(guān)參數(shù)作為參考， 對四缸汽油機的曲柄連桿機構(gòu)的主要零部件進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，并對曲柄連桿機構(gòu)進行了 有關(guān) 運動學(xué)和動力學(xué)的理論分析與計算機 仿真 分析。仿真結(jié)果的 分析表明，仿真結(jié)果與發(fā)動機的實際工作狀況基本一致，文章介紹的仿真方法為曲柄連桿機構(gòu)的選型、優(yōu)化設(shè)計提供了一種新思路。 1 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 3 第 2 章 曲柄連桿機構(gòu)受力分析 23 活塞環(huán)設(shè)計及計算 24 本章小結(jié) 26 連 桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度、剛度計算 32 連桿螺栓的設(shè)計 36 曲軸的工作條件和設(shè)計要求 36 曲軸的主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計 39 曲軸的止推 39 作用于單元曲拐上的力和力矩 活塞的創(chuàng)建 47 活塞的特點分析 47 活塞的建模步驟 49 連桿的建模思路 51 曲軸的建模思路 52 曲柄連桿機構(gòu)其它零件的創(chuàng)建 錯誤 !未定義書簽。 錯誤 !未定義書簽。 54 第 7 章 曲柄連桿機構(gòu)運動分析 55 組件裝配的分析與思路 55 連桿組件的裝配步驟 56 定義曲軸連桿的連接 58 進行干涉檢驗與視頻制作 60 對結(jié)果的分析 62 結(jié)論 在多種周期性變化載荷的作用下，如何在設(shè)計過程中保證機構(gòu)具有足夠的疲勞強度和剛度及良好的動靜態(tài)力學(xué)特性成為曲柄連桿機構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵性問題 [1]。 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 多剛體動力學(xué)模擬是近十年發(fā)展起來的機械計算機模擬技術(shù)，提供了在設(shè)計過程中對設(shè)計方案進行分析和優(yōu)化的有效手段，在機械設(shè)計領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。對內(nèi)燃機產(chǎn)品的部件裝配進行機構(gòu)運動仿真，可校核部件運動軌跡，及時發(fā)現(xiàn)運動干涉；對部件裝配進行動力學(xué)仿真，可校核機構(gòu)受力情況；根據(jù)機構(gòu)運動約束及保證性能最優(yōu)的目標(biāo)進行機構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，可最大限度地滿足性能要求，對設(shè)計提供指導(dǎo)和修正 [2]。 發(fā)動 機曲柄連桿機構(gòu)的動力學(xué)分析主要包括氣體力、慣性力、軸承力和曲軸轉(zhuǎn)矩等的分析，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機工作機構(gòu)動力學(xué)、運動學(xué)分析方法主要有圖解法和解析法 [5]。解析法取點數(shù)值較少，繪制曲線精度不高。 通過對機構(gòu)運動學(xué)、動力學(xué)的分析，我們可以清楚了解內(nèi)燃機工作機構(gòu)的運動性能、運動規(guī)律等，從而可以更好地對機構(gòu)進行性能分析和產(chǎn)品設(shè)計。但是過去由于手段的原因，大部分復(fù)雜的機構(gòu)運動盡管能夠給出解析式，卻難以計算出供工程使用的計算結(jié)果，不得不用粗糙的圖解法求得數(shù)據(jù)。這些軟件的功能重點是在力學(xué)分析上，在建模方面還是有很多不足，尤其是對這些復(fù)雜的曲柄連桿機構(gòu)零部件的三維建模很難實現(xiàn)。 設(shè)計 研究的 主要 內(nèi) 容 對內(nèi)燃機運行過程中曲柄連桿機構(gòu)受力分析 進行 深入研究，其主要的研究內(nèi)容有 ： （ 1） 對曲柄連桿機構(gòu)進行運動學(xué)和動力學(xué)分析， 分析曲柄連桿機構(gòu)中各種力的作用情況，并根據(jù)這些力對曲柄連桿機構(gòu)的主要零 部 件進行強度、剛度等方面的計算和校核 ，以便 達到設(shè)計要求； （ 2） 分析曲柄連桿機構(gòu)中主要零部件如活塞，曲軸，連桿等的工作條件和設(shè)計要求，進行合理選材，確定出主要的結(jié)構(gòu)尺寸，并進行相應(yīng)的尺寸檢驗校核，以符合零件實際加工的要求 ； （ 3） 應(yīng)用 Pro/E 軟件對曲柄連桿機構(gòu)的零件分別建立實體模型，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構(gòu)，并進行運動仿真分析，檢測其運動干涉，獲取分析結(jié)果 ；