【正文】 =3~ 5MPa ，取 maxp = ；此時(shí)壓力角 ? = ?? 15~10 ，取 ? = ?13 。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量換算 質(zhì)量換算的原則是保持系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)等效性。 機(jī)構(gòu)的慣性力 慣性力是由于運(yùn)動(dòng)不均勻而產(chǎn)生的，為了確定機(jī)構(gòu)的慣性力，必須先知道其加速度和質(zhì)量的分布。計(jì)算過(guò)程中所需的相關(guān)數(shù)據(jù)參照桑塔納 20xxAJR 型發(fā)動(dòng)機(jī)，如附表 1 所示。 活塞的加速度 將式（ ）對(duì)時(shí)間 t 微分，可求得活塞加速度的精確值為： 山 東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 ]c os 2s i n4c os 2c os[ c os 3232 ???????? ?????? rdtdadadvdtdva （ ） 將式（ ）對(duì)時(shí)間 t 為微分，可求得活塞加速度的近似值為： 21222 2c o sc o s)2c o s( c o s aarrra ?????? ????????? （ ） 因此，活塞加速度也可以視為兩個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)加速度之和，即由?? cos21 ra ? 與 ??? 2cos22 ra ? 兩部分組成。 式（ ）可進(jìn)一步簡(jiǎn)化，由圖 可以看出： ?? sinsin lr ? 即 ???? s ins ins in ?? lr 又由于 ???? 222 s in1s in1c os ???? （ ） 將式（ ）帶入式（ ）得： 山 東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 X= )]s in1(1c o s1[ 22 ???? ???r （ ） 式（ ）是計(jì)算活塞位移 x 的精確公式 ,為便于計(jì)算，可將式（ ）中的根號(hào)按牛頓二項(xiàng)式定理展開，得： ?????? ???????? 6642222 s i n161s i n81s i n1s i n1 ? 考慮到 ? ≤ 1∕ 3，其二次方以上的數(shù)值很小，可以忽略不計(jì)。 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?lè)较蛐D(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。 設(shè)方案主要圍繞以下內(nèi)容展開：以活塞的 位移、速度、加速度為主對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析；曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力主要以氣缸內(nèi)工質(zhì)的作用力和機(jī)構(gòu)的慣性力展開；連桿組的設(shè)計(jì)分為連桿的工作情況、材料選取、小頭和大頭的強(qiáng)度及剛度計(jì)算、螺栓的負(fù)荷與預(yù)緊力的計(jì)算機(jī)強(qiáng)度校核和疲勞計(jì)算；曲軸設(shè)計(jì)方面主要以曲軸結(jié)構(gòu)型式、材料的選取、尺寸的確定及疲勞強(qiáng)度校核為主；應(yīng)用 ProE 建立曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要零件模型并進(jìn)行裝配，同時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。 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)。這種曲柄連桿機(jī)構(gòu)可以減小膨脹行程中活塞與氣缸壁間的最大側(cè)壓力，使活塞在膨脹行程與壓縮行程時(shí)作用在氣缸壁兩側(cè)的側(cè)壓力大小比較均勻。 中心曲柄連桿機(jī)構(gòu) 其特點(diǎn)是氣缸中心線通過(guò)曲軸的旋轉(zhuǎn)中心，并垂直于曲柄的回轉(zhuǎn)軸線。排氣行程 ： 可燃混合氣燃燒后生成的廢氣，必須從氣缸中排除，以便進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán) ， 當(dāng)膨脹接近終了時(shí)，排氣門丌啟，靠廢氣的壓力進(jìn)行自由排氣，活塞到達(dá)下止點(diǎn) 后再向上止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，繼續(xù)將廢氣強(qiáng)制排到大氣中。進(jìn)氣行程 ： 汽油機(jī)將空氣與燃料先在氣缸的外部的化油器中、節(jié)氣門體處或進(jìn)氣道內(nèi)進(jìn)行混合，形成可燃混合氣后被吸入氣缸?；钊鶑?fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其頂面從一個(gè)方向轉(zhuǎn)為相反 方向的轉(zhuǎn)變點(diǎn)的位置稱為止點(diǎn)。） 第一缸 第二缸 第三缸 第四缸 0～ 180 做功 排氣 壓縮 進(jìn)氣 180～ 360 排氣 進(jìn)氣 做功 壓縮 360～ 540 進(jìn)氣 壓縮 排氣 做功 540～ 720 壓縮 做功 進(jìn)氣 排氣 原理性方案設(shè)計(jì) 曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)中的動(dòng)力傳遞系統(tǒng)，是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動(dòng)部分。 在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模 式中，為了滿足設(shè)計(jì)的需要須進(jìn)行大量的數(shù)值計(jì)算，同時(shí)為了滿足產(chǎn)品的使用性能，須進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及可靠性等方面的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算，同時(shí)要滿足校核計(jì)算，還需要對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用是提供燃燒場(chǎng)所，把燃料燃燒后氣體作用在活塞頂上的膨脹壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，不斷輸出動(dòng)力。進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)山 東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 機(jī)的環(huán)保與節(jié)能將成為發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的方向。 通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的分析，我們可以清楚了解內(nèi)燃機(jī)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等，從而可以更好地對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行性能分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。解析法取點(diǎn)數(shù)值較少，繪制曲線精度不高。發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)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(jī)工作機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法主要有圖解法和解析法。（ 3）鋁基粉末鍛造連桿若開發(fā)成功，一定會(huì)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大沖擊，值得關(guān)注。至于新的發(fā)展趨勢(shì)， 曲軸 應(yīng)該是材料 方面 的改進(jìn)，比如碳材質(zhì)的，高速、高效加工在曲軸制造業(yè)已有相當(dāng)程 度的應(yīng)用，并成為主要發(fā)展方向，相信曲軸制造技術(shù)在將來(lái)會(huì)有更新、更快的發(fā)展。 山 東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 III 目錄 摘要 ........................................... I ABSTRACT ...................................... II 1 緒論 ......................................... 1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ......................................... 1 研究的目的及意義 ........................................ 3 研究的主要內(nèi)容 ........................................... 3 2 總體方案的設(shè)計(jì) ................................ 5 原始參數(shù)的選定 ........................................... 5 原理性方案設(shè)計(jì) ........................................... 6 結(jié)構(gòu)性方案設(shè)計(jì) .......................................... 7 設(shè)計(jì)方案的確定 .......................................... 8 3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析 .......................... 10 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué) ...................................... 10 曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力 ................................. 12 4 活塞、連桿組的設(shè)計(jì) ............................ 22 活塞的設(shè)計(jì) ............................................. 22 活塞銷的設(shè)計(jì) ........................................... 33 活塞銷座 ............................................... 34 活塞環(huán)設(shè)計(jì)及計(jì)算 ....................................... 35 連桿 的設(shè)計(jì) ............................................. 37 連桿螺栓的設(shè)計(jì) ......................................... 47 5 曲軸的設(shè)計(jì) ................................... 49 曲軸的結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇 ............................. 49 曲軸的主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì) ..................... 50 曲軸的疲勞強(qiáng)度校核 ..................................... 54 6 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的創(chuàng)建 ............................ 62 活塞的創(chuàng)建 ............................................. 62 山 東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 IV 連桿的創(chuàng)建 ............................................. 65 曲軸的創(chuàng)建 ............................................. 68 曲柄連桿機(jī)構(gòu)其它零件的創(chuàng)建 ............................. 71 7 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 .......................... 73 活塞及連桿的裝配 ....................................... 73 定義曲軸連桿的連接 ..................................... 76 定義伺服電動(dòng)機(jī) ......................................... 78 建立運(yùn)動(dòng)分析 ........................................... 78 進(jìn)行干 涉檢驗(yàn)與視頻制作 ................................. 79 獲取分析結(jié)果 ........................................... 81 對(duì)結(jié)果的分析 ........................................... 83 經(jīng)濟(jì)可行性分析 ................................. 84 總結(jié) .......................................... 85 參考文獻(xiàn) ...................................... 87 致謝 .......................................... 89 附錄 .......................................... 90 山 東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 1 緒論 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 目前，應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為水冷、四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，其中汽油機(jī)多用于轎車和輕型客貨車上，而大客車和中、重型貨車發(fā)動(dòng)機(jī)多為柴油機(jī)。 crank linkage。 分析研究的主要模塊分 為以下三個(gè)部分：第一，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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，著重分析活塞的位移、速度、加速度以及工質(zhì)的作用力和機(jī)構(gòu)的慣性力；第二，進(jìn)行曲柄連桿機(jī)構(gòu)活塞組、連桿組以及曲軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核；第三，應(yīng)用 Pro∕ Engineer 建立曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要零部件的幾何模型，并利用 Pro/Mechanism進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真。 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析的方法很多，而且已經(jīng)完善和成熟，但仍缺乏一種基于良好生產(chǎn)效益、經(jīng)濟(jì)效益上的綜合性分析，本次設(shè)計(jì)在清晰、全面剖析的基礎(chǔ)上，有機(jī)地將各研究模塊聯(lián)系起來(lái)，達(dá)到既簡(jiǎn)便又清晰的設(shè)計(jì)目的，力求為發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供一種綜合全面的思路。 Third, the application of Pro / Engineer to establish the main ponents crank geometric model and the use of Pro / Mechanism institutional emulation. Keywords: engine。 mechanism simulation。 發(fā)動(dòng)機(jī) 曲柄連桿機(jī)構(gòu)無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)外三大組成部分還是沒(méi)有變，現(xiàn)在還是應(yīng)用 于 內(nèi)燃機(jī) 領(lǐng)域， 曲柄連桿機(jī)構(gòu)從數(shù)量方面來(lái)說(shuō)，會(huì)朝著多 連桿機(jī)構(gòu) 方向發(fā)展；從材料方面看，車用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸材質(zhì)有球墨鑄鐵和鋼兩類。毫無(wú)疑問(wèn)，溫壓連桿一旦得到汽車制造廠家認(rèn)可，將很快進(jìn)入市場(chǎng)。 從研究方向來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析的方法很多，而且已經(jīng)完善和成熟，其中機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是研究?jī)蓚€(gè)或兩個(gè)以上山 東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即位移、速度和加速度的變化關(guān)系，動(dòng)力學(xué)則是研究產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力。圖解法作為解析法的輔助手段，可用于對(duì)計(jì)算機(jī)結(jié)果的判斷和選擇。該方法是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的較好方法。 縱 觀世界汽車產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)正以優(yōu)異的性能，更好的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性為方向得到日益廣泛的重視和發(fā)展。在作功沖程中，燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓