【正文】 ............... 5 原始參數(shù)的選定 ........................................... 5 原理性方案設(shè)計 ........................................... 6 結(jié)構(gòu)性方案設(shè)計 .......................................... 7 設(shè)計方案的確定 .......................................... 8 3 曲柄連桿機構(gòu)受力分析 .......................... 10 曲柄連桿機構(gòu)運動學(xué) ...................................... 10 曲柄連桿機構(gòu)中的作用力 ................................. 12 4 活塞、連桿組的設(shè)計 ............................ 22 活塞的設(shè)計 ............................................. 22 活塞銷的設(shè)計 ........................................... 33 活塞銷座 ............................................... 34 活塞環(huán)設(shè)計及計算 ....................................... 35 連桿 的設(shè)計 ............................................. 37 連桿螺栓的設(shè)計 ......................................... 47 5 曲軸的設(shè)計 ................................... 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)細節(jié)設(shè)計 ..................... 50 曲軸的疲勞強度校核 ..................................... 54 6 曲柄連桿機構(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 V 連桿的創(chuàng)建 ............................................. 65 曲軸的創(chuàng)建 ............................................. 68 曲柄連桿機構(gòu)其它零件的創(chuàng)建 ............................. 71 7 曲柄連桿機構(gòu)運動分析 .......................... 73 活塞及連桿的裝配 ....................................... 73 定義曲軸連桿的連接 ..................................... 76 定義伺服電動機 ......................................... 78 建立運動分析 ........................................... 78 進行干 涉檢驗與視頻制作 ................................. 79 獲取分析結(jié)果 ........................................... 81 對結(jié)果的分析 ........................................... 83 經(jīng)濟可行性分析 ................................. 84 總結(jié) .......................................... 85 參考文獻 ...................................... 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)動機為水冷、四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其中汽油機多用于轎車和輕型客貨車上，而大客車和中、重型貨車發(fā)動機多為柴油機。 Third, the application of Pro / Engineer to establish the main ponents crank geometric model and the use of Pro / Mechanism institutional emulation. Keywords: engine。 從研究方向來看，目前國內(nèi)外對發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的動力學(xué)分析的方法很多，而且已經(jīng)完善和成熟，其中機構(gòu)運動學(xué)分析是研究兩個或兩個以上山東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 物體間的相對運動，即位移、速度和加速度的變化關(guān)系，動力學(xué)則是研究產(chǎn)生運動的力。在作功沖程中，燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃氣推動活塞向下運動，活塞通過連桿帶動曲軸作旋轉(zhuǎn)運動，從而將燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榍S轉(zhuǎn)動的機械能而對外輸出動力；在其它沖程中，則依靠曲柄和飛輪的轉(zhuǎn)動慣性、通過連桿帶動活塞上下運動 ，為下一次作功創(chuàng)造條件。 四沖程發(fā)動機的工作循環(huán)包括四個活塞行程：進氣行程、壓縮沖程、作功行程、和排氣行程。 設(shè)計方案的確定 經(jīng)過比較，設(shè)計的型式選擇為中心曲柄連桿機構(gòu)，中心曲柄連桿機構(gòu)簡圖如圖 所示，圖 中氣缸中心線通過曲軸中心 O， OB 為曲柄， AB 為連桿， B為曲柄銷中心， A為連桿小頭孔中心或活塞銷中心。當(dāng)??90? 時， ?rv? ，此時活塞得速 度等于曲柄銷中心的圓周速度。)~( pp de ? 壓縮終點壓力 cop 1nedeco pp ?? 膨脹終點壓力 exp 2maxnex pp ?? 排氣終點壓力 rp 39。 （ 1）往復(fù)慣性力 ????????? 2c o sc o s)2c o sc o s( 2222 rmrmrrmamP jjjj ????????，（ ） 式中： jm — 往復(fù)運動質(zhì)量， kg； ? — 連桿比； r — 曲柄半徑， m ； ? — 曲柄旋轉(zhuǎn)角速度， srad/ ； ? — 曲軸轉(zhuǎn)角。使散熱良好，強度、剛度符合要求，盡量減輕重量，避免應(yīng)力集中； （ 3）保證燃燒室氣密性好，竄氣、竄油要少又不增加活塞組的摩擦損失； （ 4）在不同工況下都能保持活塞與缸套的最佳配合； （ 5）減少活塞從燃氣吸收的熱量，而已吸收的熱量則能順利地散走； （ 6）在較低的機油耗條件下，保證滑動面上有足夠的潤滑油。因此，活塞頭部的設(shè)計要點是： （ 1）保證它具有足夠的機械強度與剛度，以免開裂和產(chǎn)生過大變形，因為環(huán)槽的變形過大勢必影響活塞環(huán) 的正常工作； （ 2）保證溫度不過高，溫差小，防止產(chǎn)生過大的熱變形和熱應(yīng)力，為活塞環(huán)的正常工作創(chuàng)造良好條件，并避免頂部熱疲勞開裂； （ 3）尺寸盡可能緊湊，因為一般壓縮高度 1H 縮短 1單位，整個發(fā)動機高度就可以縮短 2~ 單位，并顯著減輕活塞重量。 則 mmDc ?? ， mmbc 12 ???? 。 （ 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。 活塞裙部的設(shè)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。 缸徑小于 mm100 的裙部開槽的活塞，橢圓度（ ? ）的大小，一般為~?? 。橫斷截面的最大剪切應(yīng)力發(fā)生在中性層上 [14]，其值按下式計算： )1( )1( 4212m a x ? ??? ? ??? ?dP （ ） )( )( 5 5 1 422?? ????? ? 已 知 許 用 彎 曲 應(yīng) 力 M P a500~230][ ?? ； 許 用 剪 切 應(yīng) 力M P a220~120][ ?? ， 那么校核合格。 套裝應(yīng)力 山東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 37 活塞環(huán)往活塞上套裝時，要把切口扳得比自 由狀態(tài)的間隙還大，對于均壓環(huán)，此時的正對切口處的最大套裝彎曲應(yīng)力為： 20m a x)1(311?????tDtSEm ?? （ ） 式中： m — 與套裝方法有關(guān)的系數(shù)，根據(jù)套裝方法的不同，其值為 2~1 ，一般取 ?m ， 則 M P ) ()311( 25m a x ???????? ?? 因環(huán)的套裝時在常溫下進行的，承受的應(yīng)力時間甚短，所以套裝應(yīng)力的許用值大于工作應(yīng)力的許用值 %30~10 ，所以校核合格。 ?? ； 計算小頭承受的徑向壓力為： 山東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院學(xué)士學(xué)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(yīng)力，可按厚壁筒公式計算，表面應(yīng)力 2dp 2222212 ??????? da? 2/mmN （ ） 內(nèi)應(yīng)力 dDp 2222221221 ???????? di? 2/mmN （ ） i??和a 的允許值一般為 150~100 2/mmN ，校核合格。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(yīng)力也增大。活塞環(huán)的徑向厚度 t ，一般推薦值為：當(dāng)缸徑 D 為 mm100~50 時， 22~20t/D ? ，取mmDt ?? ?；钊N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。 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。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(yīng)力，當(dāng)應(yīng)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(dāng)活塞頂上作用著最高爆發(fā)壓力 maxp 時， max1 pp ? ， max2 pp ? ，如圖 所示。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。 環(huán)岸的高度 c ，應(yīng)保證它在氣壓力造成的負荷下不會破壞。 共晶鋁硅合金是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的活塞材料，既可鑄造，也可鍛造。因而活塞頂?shù)臏囟纫埠芨?。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(xué)泰山科技學(xué)院學(xué)士學(xué)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 。為此進行質(zhì)量換算。 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。 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。為了吸入新鮮 空氣 和排除廢氣，設(shè)有進、排氣系統(tǒng)等。 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。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。 目前國內(nèi)外對發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的動力學(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)