【文章內(nèi)容簡介】 形尺寸。值越大，連桿越矩，發(fā)動機的總高度（立式發(fā)動機）或總寬度（臥式發(fā)動機）越小。對于V形發(fā)動機，其總高度和總寬度都會減少。連桿過矩時易導致活塞在運動過程中與曲柄相碰。因此一般情況下現(xiàn)代摩托車發(fā)動機的連桿比，盡可能地采用矩連桿。參數(shù)設(shè)計：取λ＝1/4； 那么連桿長度： l＝ r/λ= (1/4) =102 mm 曲柄連桿機構(gòu)運動學曲柄連桿機構(gòu)運動學是研究曲柄連桿機構(gòu)各主要零件的運動規(guī)律，分析其作用力和力矩及發(fā)動機的平衡和曲軸的扭轉(zhuǎn)振動的一門科學。在計算時，曲軸的轉(zhuǎn)動可以近似看成等速轉(zhuǎn)動，這是因為高速發(fā)動機在穩(wěn)定工況下工作時，由于扭轉(zhuǎn)的不均勻性而引起的曲軸旋轉(zhuǎn)角速度的變化不大。曲軸的角速度可以寫為 ω＝ 式中：n——曲軸轉(zhuǎn)速。 曲柄銷中心的切向速度和向心加速度分別為： ＝ () ＝ ()式中：r——曲軸半徑，m。在討論連桿、活塞的運動規(guī)律時，不用時間t表達，而是用曲軸轉(zhuǎn)角，并且規(guī)定：將活塞處于上止點位置所對應(yīng)的曲軸位置作為曲軸轉(zhuǎn)角的起點（即＝0），因而，活塞的速度、加速度的方向朝著曲軸中心線方向為正，背離曲軸中心線方向為負。參數(shù)設(shè)計：曲柄的角速度： 曲柄銷中心的切向速度和向心加速度分別為： ＝ ＝ 連桿的角位移、角速度、角加速度 對于活塞中心線通過曲軸中心線的曲柄連桿機構(gòu)（）。曲柄半徑r與連桿長度l的比值：λ＝r/l則 sin ＝sin ()于是可得到連桿的角位移 ＝ 當＝90176。和270176。時連桿的角位移為最大，即 ＝arcsin（1/4）= rad/s連桿擺動的角速度 當為0176。和180176。時，連桿角速度為最大值，rad/s當為90176。和270176。時，連桿角速度為0。連桿擺動的角加速度當和時，當和時，連桿的角加速度為0。3 活塞運動分析 活塞位移對于活塞中心線過曲軸中心線的曲柄連桿機構(gòu)（）。活塞的行程S＝2r，活塞的位移 ()最大位移量： mm 由牛頓二項式，可將展開，則 活塞速度曲線 活塞位移與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系在實際計算中取前兩項已足夠精確。則活塞的位移可寫成位移X隨λ和的變化關(guān)系可以用圖像表示（）.由圖像和公式都可以看出：曲軸轉(zhuǎn)角從0176。和90176。時活塞的位移值，比從90176。和180176。時活塞的位移值大，而且λ值越大，其差值也越大。 活塞速度分析活塞速度的精確數(shù)值為 ()對活塞的速度也可以進行近似計算，其近似值由對位移的近似計算式微分得到： ()因此，活塞速度是兩個速度分量之和，可以看成是由和兩個簡諧部分組成。 當＝90176。時v＝rω，此時活塞速度等于曲柄銷中心的圓周速度。但這并不是活塞的最大速度?；钊谧畲笏俣葧r的曲柄轉(zhuǎn)角可以用對微分求極值的方式求得： 即解此方程得： ()因為時不合理的，所以方程的合理根只能取 () ()由式可以看出：活塞在最大速度式的小于90176。或大于270176。即活塞的最大速度出現(xiàn)在偏向上止點一側(cè)。不同的λ值其最大速度時的值也不同，λ值越大活塞速度的最大值也越大，相應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角也偏向上止點一側(cè)。曲柄旋轉(zhuǎn)一周時活塞的速度不斷發(fā)生變化，時快時慢，時正時負。＝0176?！?80176。時v為正值；＝180176?！?60176。時v為負值；＝0176。、180176。、360176。時v＝0176。；＝90176。、270176。時v＝rω。 活塞的平均速度 式中：S——活塞行程； n——發(fā)動機轉(zhuǎn)速； T——曲軸轉(zhuǎn)動一周所需的時間。 活塞的平均速度雖然只能粗略地估計活塞運動的快慢，但它是表征發(fā)動機性能指標的重要參數(shù)。它從一個方面反映樂發(fā)動機的強化程度，同時也在一定程度上放映樂活塞和氣功之間相互摩擦的強烈程度。隨著活塞平均速度的提高，活塞和氣功磨損加劇。參數(shù)設(shè)計：活塞平均速度： 活塞加速度曲線 活塞的加速度活塞加速度的精確值由下式求出 () 活塞加速度的近似值由下式求出 ()因此活塞加速度也可以看作是兩個簡諧運動之和?；钊铀俣鹊臉O值是指活塞的最大正加速度和最大負加速度，由下式求得： 或 若 ，＝0176。或 ＝180176。相應(yīng)的加速度為 或 ()若 則 ，相應(yīng)的加速度為： 參數(shù)設(shè)計： 活塞最大正加速度 熱力強度材料受熱時會產(chǎn)生變形，如果變形受到限制就會在材料中產(chǎn)生熱應(yīng)力。在熱負載的反復作用下，熱應(yīng)力會使材料受到疲勞破壞。比如一旦發(fā)動機氣缸蓋的溫度分布不均勻?qū)a(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，就容易導致其產(chǎn)生裂紋。熱力強度是指材料抵抗熱疲勞破壞的能力。各種材料在受熱變形受到限制時產(chǎn)生的熱應(yīng)力大小可用熱應(yīng)力特性（）表示，其中材料的熱膨脹系數(shù)，E為彈性模量，為導熱系數(shù)。為了比較材料的熱力強度，用材料的拉伸強度與（）相比得到熱力強度系數(shù)。熱應(yīng)力特性（）愈小，熱應(yīng)力愈小，熱力強度系數(shù)愈大，熱力強度愈大。由此可見：材料的導熱性愈好，膨脹系數(shù)愈小，高溫疲勞強度愈搞.有關(guān)計算結(jié)果 表3名稱尺寸或數(shù)值單位連桿長度L100mm曲柄的角速度785rad/s曲柄銷中心的切向速度Vtm/s曲柄銷中心的切向加速度an15．40610－3m/s2活塞最大位移量Xmax50mm活塞平均速度m/s活塞最大正加速度10－3m/s2連桿材料： 45號鋼。4 活塞組 活塞1－頂部；2－頭部；3－裙部；4－環(huán)岸；5－環(huán)槽；6－銷座；7－加強筋；8－卡環(huán)槽；9－泄油孔及泄油槽 活塞活塞一般呈圓柱形?；钊c氣缸為間隙配合，自阿氣缸內(nèi)作往復運動，其主要作用式承受氣缸中的氣體壓力所造成的作用力，并將這些力通過活塞銷傳給連桿，以推動曲軸旋轉(zhuǎn)；活塞頂部還與氣缸壁、氣缸蓋共同組成燃燒室。由于活塞頂部直接與高溫高壓燃氣接觸，燃氣的最高溫度可達2500K，因此活塞的溫度很高，頂部中心的溫度可達600～700K。高溫一方面使活塞材料的機械強度顯著下降（在600K溫度下約下降50%）,另一方面還會使活塞的熱膨脹量增大，影響活塞與相關(guān)零件的配合?；钊敳吭谧鞴π谐虝r承受這燃氣帶沖擊性的壓力。對于汽油機活塞，瞬時最大壓力值高達3～5MPa。對于柴油機瞬時最大壓力值可達6～9MPa,采用增壓時則更高。高壓導致活塞的側(cè)壓力大，引起活塞變形，加速或活塞外表面的磨損?；钊跉夤χ凶鞲咚偻鶑瓦\動，其承受的氣壓力和慣性力呈周期性變化，因此活塞的不同部位分別受到交變的拉伸、壓縮或彎曲載荷；并且由于活塞的溫度各部位極不均勻，使活塞的內(nèi)部產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力。所以要求活塞的質(zhì)量盡可能小，熱膨脹導熱性能好和耐磨。目前廣泛采用的活塞材料使共晶硅鋁合金?；钊斆嬷粱钊N中心之間的距離稱為活塞的壓縮高度， ?，F(xiàn)代摩托車發(fā)動機活塞的壓縮高度希望取較小的值，以減少活塞的尺寸和重量。要減少活塞的壓縮高度應(yīng)從兩方面入手；一要降低火力的高度；二要減少活塞環(huán)的數(shù)量和厚度。一般情況下，四行程發(fā)動機活塞的壓縮高度取H1 ＝～。第一道活塞環(huán)槽的上邊至活塞頂面的距離稱為活塞的火力岸高度， 。 活塞結(jié)構(gòu)尺寸示意圖減少H4會增強第一道環(huán)的導熱能力，從而可以降低活塞頂部的溫度，防止爆燃。一般來說，火力岸高度的大少要根據(jù)試驗后確定。第一道環(huán)的上邊至最后一道環(huán)下邊之間的距離稱為環(huán)帶高度。減少環(huán)帶高度也就減少了活塞的壓縮高度，從而減少了活塞的慣性力和摩擦損失，這對提高發(fā)動機的功率和使用壽命很有好處。減少環(huán)帶高度必須減少活塞環(huán)數(shù)或減少活塞環(huán)的厚度及環(huán)岸高度b?，F(xiàn)代四行程發(fā)動機一般采用二道氣環(huán)和一道油環(huán)。～。環(huán)岸要求有足夠的強度，使其在最大氣壓下不致被損壞。第一道環(huán)的環(huán)岸高度b1 ～（c指環(huán)槽高度），第二道環(huán)的環(huán)岸高度b2為1～2c。在爆發(fā)壓力作用下，第一道氣環(huán)緊壓在第一環(huán)岸上。，在PP2合力的作用下，環(huán)根產(chǎn)生很大的彎曲和剪切應(yīng)力，擋這些應(yīng)力超過材料的強度極限時，環(huán)岸就會產(chǎn)生斷裂。 第一環(huán)岸的受力情況由試驗可知；當P1≈，P2≈，可以把環(huán)岸看成一個厚度為b、內(nèi)外圓直徑為D’和D的圓環(huán)形板，并沿內(nèi)圓柱面固定。然后把環(huán)岸看成簡單的懸臂梁進行估算。Pmax為最大爆發(fā)壓力。設(shè)D’=,作用在環(huán)岸根的應(yīng)力為： （） 式中：——活塞環(huán)槽深。環(huán)岸根部危險斷面的抗彎斷面系數(shù)的近似值為 （）環(huán)岸根部危險斷面上的彎曲應(yīng)力為 （）環(huán)岸根部危險斷面的剪切應(yīng)力 為 （）合應(yīng)力 考慮倒鋁合金活塞在高溫下的強度下降及岸根的應(yīng)力集中，其許應(yīng)力取參數(shù)計算：環(huán)岸根部危險斷面上的彎曲應(yīng)力為環(huán)岸根部危險斷面的剪切應(yīng)力 為 合應(yīng)力符合要求。有關(guān)活塞的尺寸設(shè)計結(jié)果： 名稱數(shù)值單位壓縮高度取H1 34mm環(huán)帶高度H3mm火力岸高度H4mm總高度55mm壁厚4mm內(nèi)圓直徑D’61mm外圓直徑D67mm第一道環(huán)的環(huán)岸高度b1mm第二道環(huán)的環(huán)岸高度b22mm第一道環(huán)槽高度C1