【正文】 動機采用三道活塞環(huán)，第一和第二環(huán)稱之為壓縮環(huán)（氣環(huán)），第三環(huán)稱之為油環(huán)。 壓縮高度的確定 活塞壓縮高度的選取將直接影響發(fā)動機的總高度，以及氣缸套、機體的尺寸和質(zhì)量。鋁合金另一突出優(yōu)點是導熱性好，其熱傳導系數(shù)約為鑄鐵的 4~3 倍，使活塞溫度顯著下降 。即在 C?400~300 高溫下仍有足夠的機械性能，使零件不致?lián)p壞； （ 2） 導熱性好，吸熱性差。 為適應機械負荷，設計活塞時要求各處有合適的壁厚和合理的形狀，即在保證足夠的強度、剛度前提下，結(jié)構(gòu)要盡量簡單、輕巧 ， 截面變化處的過渡要圓滑，以減少應力集中。 表 24 作用在活塞上的總作用力 ?P Table24 Total force on the piston 四個沖程 氣壓力 gP /N 往復慣性力 jP /N 總作用力 ?P /N 進氣終點 ? ? 壓縮終點 膨脹終點 ? ? 排氣終點 活塞上的總作用力 ?P 分解與傳遞 12 如 圖 25 所示， 首先，將 ?P 分解成兩個分力：沿連桿軸線作用的力 K ， 和把活塞壓向氣缸壁的側(cè)向力 N ， 其中沿連桿的作用力 K 為 ： ?cos1??PK （ 公式 15） 而側(cè)向力 N 為 ： ?tan??PN （ 公式 16） 圖 25 作用在機構(gòu)上的力和力矩 Figure25 The force and moment on the mechanism 連桿作用力 K 的方向規(guī)定如下：使連桿受壓時為正號，使連桿受拉時為負號，缸 壁的側(cè)向力 N 的符號規(guī)定為：當側(cè)向力所形成的反扭矩與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相反時，側(cè)向力為正值，反之為負值。 （ 3） 不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量 rm 曲拐的不平衡質(zhì)量及其代換質(zhì)量如圖 24 所示 ： 圖 24 曲拐的不平衡質(zhì)量及其代換質(zhì)量 Figure24 Crankshaft mass imbalance in the quality of its substitution 10 曲拐在繞軸線旋轉(zhuǎn)時，曲柄銷和一部分曲柄臂的質(zhì)量將產(chǎn)生不平衡離心慣性力，稱為曲拐的不平衡質(zhì)量。為了方便計算，將整個連桿（包括有關(guān)附屬零件）的質(zhì)量 Lm 用兩個換算質(zhì)量 1m 和 2m 來代換，并假設是 1m 集中作用在連桿小頭中心處，并只做往復運動的質(zhì)量 ； 2m 是集中作用在連桿大頭中心處，并只沿著圓周做旋轉(zhuǎn)運動的質(zhì)量 ， 如圖 22 所示 ： 圖 22 連桿質(zhì)量的換算簡圖 Figure22 Link quality of the conversion diagram 9 為了保證代換后的質(zhì)量系統(tǒng)與原來的質(zhì)量系統(tǒng)在力學上等效，必須滿足下列三個條件： ① 連桿總質(zhì)量不變，即 21 mmmL ?? 。實 際機構(gòu)質(zhì)量分布很復雜，必須加以簡化。由于摩擦力的數(shù)值較小且變化規(guī)律很難掌握，受力分析時把摩擦阻力忽略不計。當 ? =180? 時，A 點在最下面的位置 A2，此位置稱為下止點。 經(jīng)過比較，本設計的型式選擇為中心曲柄連桿機構(gòu)。 曲柄連桿機構(gòu)的類型 及方案選擇 內(nèi)燃機中采用曲柄連桿機構(gòu)的型式很多，按運動學觀點可分為三類，即 :中心曲柄連桿機構(gòu) 、偏心曲柄連桿機構(gòu)和主副連桿式曲柄連桿機構(gòu)。 機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)的核心是利用計算機輔助技術(shù)進行機械系統(tǒng)的運動學和動力學分析，以確定系統(tǒng)各構(gòu)件在任意時刻的位置、速度和加速度，進而確定系統(tǒng)及其及其各構(gòu)件運動所需的作用力 [5]。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。多剛體動力學模擬軟件的最大優(yōu)點在于分析過程中無需編寫復雜仿真程序，在產(chǎn)品的設計分析時無需進行樣機的生產(chǎn)和試驗。 隨著發(fā)動機 強化指標的不斷提高，機構(gòu)的工作條件更加復雜。 51 大頭軸瓦的創(chuàng)建 35 曲柄 32 連桿螺栓的屈服強度校核和疲勞計算 21 活塞銷的結(jié)構(gòu)、材料 19 活塞銷的設計 I EA113 汽油機曲柄連桿機構(gòu)設計 姓 名： 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 指導教師： 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)設計計算，并對曲柄連桿機構(gòu)進行了 有關(guān) 運動學和動力學的理論分析與計算機 仿真 分析。 6 氣缸內(nèi)工質(zhì)的作用力 22 活塞銷座 25 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設計與強度、剛度計算 32 連桿螺栓的工 作負荷與預緊力 33 曲軸的工作條件和設計要求 35 油孔的位置和尺寸 36 曲軸兩端的結(jié)構(gòu) 43 活塞的創(chuàng)建 44 活塞的建模步驟 45 連桿的建模思路 47 曲軸的創(chuàng)建 48 曲軸的建模步驟 55 獲取分析結(jié)果 57 對結(jié)果的分析 59 本章小結(jié) 因此，曲柄連桿機構(gòu)是 發(fā)動 機中主要的受力部件 ，其工作可靠性就決定了 發(fā)動 機工作的可靠性。目前多剛體動力學模擬軟件主要有 Pro/Mechanics， Working model 3D， ADAMS 等。 圖解法 圖解法形象比較直觀，機構(gòu) 各 組成部分的位移、速度、加速度以及所受力的大小及改變趨勢均能通過圖解一目了然。近年來隨著計算機的發(fā)展，可以利用復雜的計算表達式來精確求解各種運動過程和動態(tài)過程，從而形成了機械性能分析和產(chǎn)品設計的現(xiàn)代理論和方法。 4 2 曲柄連桿機構(gòu)受力分析 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、計算和設計，以便達到 發(fā)動 機輸出轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速的要求。在關(guān)節(jié)曲柄連桿機構(gòu)中，一個曲柄可以同時 帶動 幾套副連桿和活塞，這種結(jié)構(gòu)可使內(nèi)燃機長度縮短，結(jié)構(gòu)緊湊，廣泛的應用于大功率的坦克和機車用 V形內(nèi)燃機 [8]。 當 ? = ?0 時，活塞銷中心 A 在最上面的位置 A1， 此位置稱為上止點。 曲柄連桿機構(gòu)中的作用力 作用于曲柄連桿機構(gòu)的力分為：缸內(nèi)氣壓力、運動質(zhì)量的慣性力、摩擦阻力和作7 用在發(fā)動機曲軸上的負載阻力。加速度從運動學中已經(jīng)知道，現(xiàn)在需要知道質(zhì)量分布。 表 22 氣壓力 gP 計算結(jié)果 Table22 Gas pressure results 四 個 沖 程 gP /N 進氣終點 壓縮終點 膨脹終點 排氣終點 （ 1） 連桿質(zhì)量的換算 連桿是做復雜平面運動的零件。質(zhì)量 hm 與換算到連桿小頭中心的質(zhì)量 1m 之和，稱為往復運動質(zhì)量 jm ， 即 1mmm hj ?? 。 其中曲柄的角速度 ? 為 ： 30602 nn ??? ?? （ 公式 12） 式中 ： n —曲軸轉(zhuǎn)數(shù) ， min/r ； 已知 額定轉(zhuǎn)數(shù) n =5800 min/r ，則 ??? ?? srad/ ； 11 曲柄半徑 r =， 連桿比 ? =~， 取 ? =， 參照 附錄 表 2： 四缸 機工作循環(huán)表，將每一工況的曲軸轉(zhuǎn)角 ? 代入 公 式 11， 計算得往復慣性力 jP ， 結(jié)果如表23 所示 ： 表 23 往復慣性力 jP 計算結(jié)果 Table23 Reciprocating inertial force results 四 個 沖 程 jP /N 進氣終點 壓縮終點 膨脹終點 排氣終點 （ 2） 旋轉(zhuǎn)慣性力 2?rmP rr ?? （ 公式 13） 9 2 4 0 2 2 ?????? N 作用在活塞上的總作用力 由前述可知，在活塞銷中心處，同時作用著氣體作用力 gP 和 往復慣性力 jP ， 由于作用力的方向都沿著中心線，故只需代數(shù)相加，即可求得合力 jg PPP ??? （ 公式 14） 計算結(jié)果 如 表 24 所示 。此外，在環(huán)槽及裙部還有較大的磨損。 15 活塞的材料 根據(jù)上述對活塞設計的要求，活塞材料應滿足如下要求： （ 1） 熱強度高。因此其慣性小，這對高速發(fā)動機具有重大意義。而 1H 則直接受頭部尺寸的影響。在小型高速內(nèi)燃機上，一般氣環(huán)高 mmb ~? ， 油環(huán)高 mmb 5~2? 。 因此，環(huán)帶高度 mmbcbcbh ??????????? 。僅從活塞設計角度，為了減輕活塞組的熱負荷和 應力集中，希望采用受熱面積最小、加工最簡單的活塞頂形狀，即平頂。 （ 2） 環(huán)帶斷面 為了保證高熱負荷活塞的環(huán)帶有足夠的壁厚 39。 （ 3） 環(huán)岸和環(huán)槽 環(huán)岸和環(huán)槽的設計應保持活塞、活塞環(huán)正常工作，降低機油消耗量，防止活塞環(huán)粘著卡死和異常磨損，氣環(huán)槽下平面應與活塞軸線垂直，以保證環(huán)工作時下邊與缸桶接觸，減小向上竄機油的可能性。 活塞裙部的設計 活塞裙部是指 活塞頭部最低一個環(huán)槽以下的那部分活塞。在這些因素 中，機械變形影響一般來說并不嚴重，主要還是受熱膨脹產(chǎn)生變形的影響比較大 [11]。 缸徑小于 mm100 的裙部開槽的活塞，橢圓度 （ ? ） 的大小，一般為 ~??