【正文】 m? — 平均應力， ???m?2/mmN ； ?? — 工藝系數(shù)， ~??? ，取 ； 山 東科技大學泰山科技學院學士學位論文 41 則 103n 2 ????? 連桿小頭的疲勞強度的安全系數(shù)，一般約在 ~ 范圍之內(nèi)。 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度、剛度計算 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 連桿小頭主要結(jié)構(gòu)尺寸如圖 ， 小頭襯套內(nèi)徑 1d 和小頭寬度 1B 已在活塞組設(shè)計中確定， ? ， ? 。 連桿的設(shè)計 連桿的工作情況、設(shè)計要求和材料選用 工作情況 連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起做往復運動，連桿大頭與曲柄銷相連和曲軸一起做旋轉(zhuǎn)運動。 第三道是油環(huán)，是鋼帶組成環(huán)，重量輕，比壓高，刮油能力強。 活塞銷座 活塞銷座結(jié)構(gòu)設(shè)計 活塞銷座用以支承活塞，并由此傳遞功率。如果把活塞銷偏心布置，則能使瞬時的過渡變成分布的過渡，并使過渡時刻先于達到最高燃燒壓力的時刻 ，因此改善了發(fā)動機的工作平順性 [13]。 圖 活塞銷裙部的橢圓形狀 [9] 山 東科技大學泰山科技學院學士學位論文 32 裙部的尺寸 活塞裙部是側(cè)壓力 N 的主要承擔者。 山 東科技大學泰山科技學院學士學位論文 31 因此，為了避免拉毛現(xiàn)象，在活塞裙部與氣缸之間必須預先流出較大的間隙?；钊貧飧淄鶑瓦\動時，依靠裙部起導向作用，并承受由于連桿擺動所產(chǎn)生的側(cè)壓力 N 。活塞環(huán)側(cè)隙在不產(chǎn)生上述損傷的情況下愈小愈好，目前，第一環(huán)與環(huán)槽側(cè)隙一般為 ~，二、三環(huán)適當小些，為 ~，油環(huán)則更小些，這有利于活塞環(huán)工作穩(wěn)定和降低機油消耗量，側(cè)隙確定油環(huán)槽中必須設(shè)有回油孔，并均勻地布置再主次推力面?zhèn)?，回油孔對降低機油消耗量有重要意義，三道活塞環(huán)的開口間隙及側(cè)隙如表 所示 : 山 東科技大學泰山科技學院學士學位論文 28 表 活塞環(huán)的開口間隙及側(cè)隙 活塞環(huán) 開口間隙 /mm 側(cè)隙 /mm 第一道環(huán) ~ ~ 第二道環(huán) ~ ~ 第三道環(huán) ~ ~ 活塞環(huán)的背隙 ?? 比較大，以免環(huán)與槽底圓角干涉。? 使導熱良好，不讓熱量過多地集中在最 高一環(huán)，其平均值為 39。大多數(shù)汽油機正是采用平頂活塞，由于 AJR 型發(fā)動機為高壓縮比 ?? ，因而采用近似于平頂?shù)幕钊? 山 東科技大學泰山科技學院學士學位論文 26 因此，環(huán)帶高度 mmbcbcbh ???????????（ 3）上裙尺寸 確定好活塞頭部環(huán)的布置以后，壓縮高度 H1最后決定于活塞銷軸線到最低環(huán)槽 （油環(huán)槽）的距離 h1。在小型高速內(nèi)燃機上，一般氣環(huán)高 mmb ~? ，油環(huán)高mmb 5~2? 。而 1H 則直接受頭部尺寸的影響。因此其慣性小，這對高速發(fā)動機具有重山 東科技大學泰山科技學院學士學位論文 24 大意義。 活塞的材料 根據(jù)上述對活塞設(shè)計的要求，活塞材料應滿足 如下要求： （ 1）熱強度高。此外，在環(huán)槽及裙部還有較大的磨損。 山 東科技大學泰山科技學院學士學位論文 18 ，jP 是沿氣缸中心線方向作用的，公式（ ）前的負號表示 ，jP 方向與活塞加速度 a 的方向相反。它們的質(zhì)量可以看作是集中在活塞銷中心上，并以 hm 表示。 ppr ? 注： 1n — 平均壓縮指數(shù)， 1n =~ ； ? — 壓縮比， ? =； 2n — 平山 東科技大學泰山科技學院學士學位論文 14 均膨脹指數(shù)， 2n =~ ；????； maxp — 最大爆發(fā)壓力， maxp =3~ 5MPa ，取 maxp = ；此時壓力角 ? = ?? 15~10 ，取 ? = ?13 。 機構(gòu)的慣性力 慣性力是由于運動不均勻而產(chǎn)生的，為了確定機構(gòu)的慣性力，必須先知道其加速度和質(zhì)量的分布。 活塞的加速度 將式（ ）對時間 t 微分，可求得活塞加速度的精確值為： 山 東科技大學泰山科技學院學士學位論文 12 ]c os 2s i n4c os 2c os[ c os 3232 ???????? ?????? rdtdadadvdtdva （ ） 將式（ ）對時間 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簡諧運動加速度之和，即由?? cos21 ra ? 與 ??? 2cos22 ra ? 兩部分組成。 活塞位移 假設(shè)在某一時刻，曲柄轉(zhuǎn)角為 ? ，并按順時針方向旋轉(zhuǎn)，連桿軸線在其運動平面內(nèi)偏離氣缸軸線的角度為 ? ，如圖 所示。 當曲柄按等角速度 ? 旋轉(zhuǎn)時，曲柄 OB 上任意點都以 O 點為圓心做等速旋轉(zhuǎn)運動，活塞 A 點沿氣缸中心線做往復運動，連桿 AB 則做復合的平面 運動，其大頭 B點與曲柄一端相連，做等速的旋轉(zhuǎn)運動，而連桿小頭與活塞相連，做往復運動。 中心曲柄連桿機構(gòu) 其特點是氣缸中心線通過曲軸的旋轉(zhuǎn)中心，并垂直于曲柄的回轉(zhuǎn)軸線。進氣行程 ： 汽油機將空氣與燃料先在氣缸的外部的化油器中、節(jié)氣門體處或進氣道內(nèi)進行混合，形成可燃混合氣后被吸入氣缸。） 第一缸 第二缸 第三缸 第四缸 0～ 180 做功 排氣 壓縮 進氣 180～ 360 排氣 進氣 做功 壓縮 360～ 540 進氣 壓縮 排氣 做功 540～ 720 壓縮 做功 進氣 排氣 原理性方案設(shè)計 曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機中的動力傳遞系統(tǒng)，是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動部分。曲柄連桿機構(gòu)的作用是提供燃燒場所，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，不斷輸出動力。 通過對機構(gòu)運動學、動力學的分析，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。發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的動力學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、運動學分析方法主要有圖解法和解析法。至于新的發(fā)展趨勢， 曲軸 應該是材料 方面 的改進，比如碳材質(zhì)的，高速、高效加工在曲軸制造業(yè)已有相當程 度的應用，并成為主要發(fā)展方向，相信曲軸制造技術(shù)在將來會有更新、更快的發(fā)展。 crank linkage。 目前國內(nèi)外對發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的動力學分析的方法很多，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)濟效益上的綜合性分析，本次設(shè)計在清晰、全面剖析的基礎(chǔ)上，有機地將各研究模塊聯(lián)系起來，達到既簡便又清晰的設(shè)計目的，力求為發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的設(shè)計提供一種綜合全面的思路。 mechanism simulation。毫無疑問，溫壓連桿一旦得到汽車制造廠家認可，將很快進入市場。圖解法作為解析法的輔助手段，可用于對計算機結(jié)果的判斷和選擇。 縱 觀世界汽車產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢，汽車發(fā)動機技術(shù)正以優(yōu)異的性能，更好的經(jīng)濟性和動力性為方向得到日益廣泛的重視和發(fā)展。 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、運動學和動力學分析、材料的選取等，以滿足實際生產(chǎn)的需要。為了吸入新鮮 空氣 和排除廢氣，設(shè)有進、排氣系統(tǒng)等。 作功行程 ： 在這個行程中，進、排氣門關(guān)閉 ， 當活塞接近上止點時，裝在氣缸體 (或氣缸蓋 )上的火化塞即發(fā)出電火花，點燃被壓縮的可燃混合氣。 偏心曲柄連桿機構(gòu) 其特點是氣缸中心線垂直于曲軸的回轉(zhuǎn)中心線，但不通過曲軸的回轉(zhuǎn)中心，氣缸中心線距離曲軸的回轉(zhuǎn)軸線具有一偏移量 e。它的速度和加速度的數(shù)值以及變化規(guī)律對曲柄連桿機構(gòu)以及發(fā)動機整體工作有很大影響，因此，研究曲柄連桿機構(gòu)運動規(guī)律的主要任務就是研究活塞的運動規(guī)律。 此時活塞的位移 x 為 : x= AA1 = AOOA ?1 =(r+ l ) )c o sc o s( ?? lr ?? = )]c o s1(1)c o s1[( ??? ???r（ ） 式中： ? — 連桿比。而負載阻力與主動力處于平衡狀態(tài)，無需另外計算，因此主要研究氣壓力和運動質(zhì)量慣性力變化規(guī)律對機構(gòu)構(gòu)件的作用。為此進行質(zhì)量換算。 ② 連桿重心 G 的位置不變，即 )( 1211 llmlm ?? 。為了便于計算，所有這些質(zhì)量都按離心力相等的條件，換算到回轉(zhuǎn)半徑為 r 的連桿軸頸中心處，以 km 表示，換算質(zhì)量km 為： 山 東科技大學泰山科技學院學士學位論文 17 remmm bgk 2?? 式中： km — 曲拐換算質(zhì)量， kg ； gm — 連桿軸頸的質(zhì)量， kg ； bm — 一個曲柄臂的質(zhì)量， kg ； e — 曲柄臂質(zhì)心位置與曲拐中心的距離， m 。 當 ? = ?13 時，根據(jù)正弦定理，可得： ?? sinsin rl ? 求得 ?????? 13s i r c s i ns i na r c s i n lr ?? 將 ? 分別代入式（ ）、式（ ），計算結(jié)果如表 所示： 山 東科技大學泰山科技學院學士學位論文 21 表 連桿力 K 、側(cè)向力 N 的計算結(jié)果 四個沖程 連 桿力 K /N 側(cè)向力 N /N 進氣終點 ? 42 .5315? 壓縮終點 33682 .13 2273 .30 膨脹終點 .6971814? .984846? 排氣終點 35591 .43 力 K 通過連桿作用在曲軸的曲柄臂上，此力也分解成兩個力，即推動曲軸旋轉(zhuǎn)的切向力 T ， 即 ? ???? co s )s in ()s in ( ???? ?PKT （ ） 和壓縮曲柄臂的徑向力 Z ，即 ? ???? co s )co s ()co s ( ???? ?PKZ （ ） 規(guī)定力 T 和曲軸旋轉(zhuǎn)方向一致為 正，力 Z 指向曲軸為正。因而活塞頂?shù)臏囟纫埠芨?。使活塞與氣缸間能保持較小間隙； （ 4）比重小。 共晶鋁硅合金是目前國內(nèi)外應用最廣泛的活塞材料，既可鑄造，也可鍛造。 （ 1）第一環(huán)位置 根據(jù)活塞環(huán)的布置確定活塞壓縮高度時，首先須定出第一環(huán)的位置，即所謂火力岸高度 1h 。 環(huán)岸的高度 c ，應保證它在氣壓力造成的負荷下不會破壞。 綜 上 所 述 ， 可 以 決 定 活 塞 的 壓 縮 高 度 1H 。專門的實驗表明，對無強制冷卻的活塞來說，經(jīng)活塞環(huán)傳到氣缸壁的熱量占70～ 80%，經(jīng)活塞本身傳到氣缸壁的占 10～ 20%，而傳給曲軸箱空氣和機油的僅占 10%左右。正確設(shè)計環(huán)槽斷面和選擇環(huán)與環(huán)槽的配合間隙，對于環(huán)和環(huán)槽工作的可靠性與耐久性十分重要。由于節(jié)流作用，第一環(huán)岸上面的壓力 1p 比下面壓力 2p 大得多，不平衡力會在岸根產(chǎn)生很大的彎曲和剪切應力，當應力值超過鋁合金在其工作溫度下的強度極限或疲勞極限時，岸根有可能斷裂，專門的試驗表明，當活塞頂上作用著最高爆發(fā)壓力 maxp 時， max1 pp ? ， max2 pp ? ，如圖 所示。首先，活塞受到側(cè)向力的作用。 本文采用托板式裙部，這樣不僅可以減小活塞質(zhì)量，而且裙部具有較大的彈性，可使裙部與氣缸套裝配間隙減小很多，也不會卡死。 在確定裙部長度時，首先根據(jù)裙部比壓最大的允許值，決定需要的最小長度，然后按照結(jié)構(gòu)上的要求加以適當修改。活塞銷的外直徑 Dd )~(1 ? ，取 mmDd ?? ， 活塞銷的內(nèi)直徑 12 )~( dd ? ，取 mmdd 12 ?? 活 塞 銷 長 度Dl )~(? ，取 mmDl ?? 活塞銷的材料 活塞銷材料為低碳合金鋼，表面滲碳處理，硬度高、耐磨、內(nèi)部沖擊韌性好。 驗算比壓力 銷座比壓力為： )(2 0 Plld Pq ?? ? )( 5 5 1 0 ???? ?（ ） 一般 MPaq 60~40][ ? ?；钊h(huán)的徑向厚度 t ，一般推薦值為：當缸徑 D 為 mm100~50 時， 22~20t/D ? ，取mmDt ?? 。如果強度不足，就會發(fā)生連桿螺栓、大頭蓋或桿身的斷裂，造成 嚴重事故，同樣，如果連桿組剛度不足，也會對曲柄連桿機構(gòu)的工作帶來不好的影響。若襯套材料的膨脹系數(shù)比連桿材料的大，則隨工作時溫度升高，過盈增大，小頭斷面中的應力也增大。 為使連桿從小頭到大頭傳力比較均勻，在桿身到小頭和大頭的過渡處用山 東科技大學泰山科技學院學士學位論文 42 足夠大的圓角半徑。 ?? ； 計算小頭承受的徑向壓力為： 山 東科技大學泰山科技學院學士學位論文 40 ] [ 1] [ 1p22225222255????????????????）（ ? N 由徑向均布力 p 引起小頭外側(cè)及內(nèi)側(cè)纖維上的應力，可按厚壁筒公式計算，表面應力 2dp 2222212 ??????? da?2/mmN （ ） 內(nèi)應力 dDp 2222221221