【正文】 ： 活塞組裝配結(jié)果 連桿組件的裝配步驟向組件。向組件中添加活塞銷卡環(huán)（1）在“約束類型”中選擇“對(duì)齊”選項(xiàng)，將卡環(huán)中心軸與活塞銷孔中心軸對(duì)齊；（2）選擇“匹配”選項(xiàng)，將卡環(huán)外圓曲面與卡環(huán)槽曲面相匹配，完成兩個(gè)活塞銷卡環(huán)的裝配。 活塞及連桿的裝配 組件裝配的分析與思路活塞組件主要包括活塞、活塞銷和活塞銷卡環(huán)，連桿由連桿體和連桿蓋兩部分組成，將活塞組與連桿組分別組裝，工作時(shí)用螺栓和螺母將連桿體、連桿蓋和曲軸裝配在一起，用活塞銷將連桿小頭和活塞裝配在一起[21]。（4）干涉檢驗(yàn)與視頻制作。利用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在活塞與機(jī)體之間添加滑動(dòng)桿連接。在用Pro/Engineer做曲軸、連桿和活塞的運(yùn)動(dòng)分析的步驟如下所示[20]:（1）設(shè)置曲軸、連桿和活塞的連接。第7章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析四缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿和活塞的運(yùn)動(dòng)是較復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。（2）運(yùn)用【拉伸工具】創(chuàng)建螺母輪廓，然后選擇【去除材料】，并運(yùn)用【旋轉(zhuǎn)工具】創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)切削特征，然后運(yùn)用【螺旋掃描】創(chuàng)建螺紋。首先運(yùn)用【拉伸工具】創(chuàng)建軸瓦輪廓體，然后新建基準(zhǔn)平面，拉伸創(chuàng)建軸瓦上的定位突起部分。： 曲軸整體特征 曲柄連桿機(jī)構(gòu)其它零件的創(chuàng)建 活塞銷的創(chuàng)建兩次運(yùn)用【拉伸工具】，首先建立活塞銷的輪廓體，然后選擇【去除材料】，： 　 活塞銷 活塞銷卡環(huán)的創(chuàng)建運(yùn)用【拉伸工具】完成活塞銷卡環(huán)特征的創(chuàng)建。 　 曲軸前端特征 　 曲軸后端特征創(chuàng)建倒圓角及油孔（1）運(yùn)用“倒圓角”命令，分別對(duì)曲軸主軸頸、連桿軸頸與平衡塊連接處的邊進(jìn)行圓角修整。細(xì)化曲軸兩端特征在曲軸兩端平面上，運(yùn)用【孔工具】，【陣列工具】，添加螺紋孔。創(chuàng)建曲軸后端特征（1）同樣的方法拉伸生成曲軸后端軸頸部分。創(chuàng)建第Ⅲ、第Ⅳ平衡塊 同樣的方法繪制草圖，創(chuàng)建第Ⅲ平衡塊。（3）選取上一步完成的凸肩曲面作為草繪平面，并拉伸為實(shí)體。 曲軸的建模步驟創(chuàng)建第Ⅰ平衡塊（1）運(yùn)用【拉伸工具】創(chuàng)建曲軸主軸頸的1/2部分。（2）曲軸上有鉆通的油孔，潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)油道，從主軸頸流到連桿軸頸，進(jìn)行潤(rùn)滑。創(chuàng)建連桿大頭內(nèi)側(cè)凹槽新建基準(zhǔn)平面，運(yùn)用【拉伸工具】，選擇【拉伸至指定深度】，【除料】，完成定位凹槽創(chuàng)建。創(chuàng)建連桿體小頭凸臺(tái)及孔（1）新建基準(zhǔn)平面，完成拉伸草繪，拉伸方式為【拉伸到下一個(gè)曲面】。鏡像生成完整連桿體特征運(yùn)用【鏡像工具】，選擇所有特征，生成完整的連桿體特征。 創(chuàng)建連桿體拔模特征運(yùn)用【拔模工具】，設(shè)置“拔模曲面”和“拔模樞軸”，完成曲面拔模特征。 連桿體的建模步驟 創(chuàng)建連桿體1/2桿身運(yùn)用【拉伸工具】，拉伸方式為【盲孔】，： 　 拉伸創(chuàng)建連桿體1/2桿身 　　 連桿大小端拉伸特征創(chuàng)建連桿體大小頭運(yùn)用【拉伸工具】分別創(chuàng)建連桿大小頭特征，創(chuàng)建連桿體兩側(cè)凸臺(tái)（1）選取草繪平面，運(yùn)用【拉伸工具】，生成一側(cè)凸臺(tái)。 連桿的建模思路連桿由連桿體和連桿蓋組成，所以可以對(duì)連桿體和連桿蓋分別建模，完成后進(jìn)行裝配。（2）連桿毛坯通過(guò)鍛造成型，因此，連桿體和連桿蓋都具有模鍛斜度，包括連桿體上的槽和凸臺(tái)。（3）選擇【陣列工具】，修改陣列尺寸，完成1/2活塞的油孔創(chuàng)建，再通過(guò)鏡像完成整個(gè)活塞油孔創(chuàng)建。：創(chuàng)建油孔（1）新建基準(zhǔn)平面，設(shè)置間距。（2）選擇【陣列工具】，對(duì)上一步創(chuàng)建的特征進(jìn)行再生，生成一些活塞環(huán)槽護(hù)圈。創(chuàng)建頂部凹槽運(yùn)用【拉伸工具】，拉伸方式為【盲孔】，選擇【去除材料】，生成頂部凹槽。鏡像生成整個(gè)活塞（1）在模型樹中選取整個(gè)模型，然后運(yùn)用【鏡像工具】，鏡像生成1/2活塞。（4）對(duì)生成的活塞銷孔邊和凸臺(tái)邊分別進(jìn)行倒圓角。（2）選取草繪平面，運(yùn)用【拉伸工具】，拉伸方式為【至曲面】，生成凸臺(tái)。（4）運(yùn)用【拉伸工具】，拉伸方式為“通孔”，選擇【去除材料】，創(chuàng)建裙部特征。（2）運(yùn)用【拉伸工具】創(chuàng)建銷座模型并拉伸出通孔。 活塞的建模步驟創(chuàng)建活塞1/4輪廓（1）運(yùn)用【偏移坐標(biāo)系基準(zhǔn)點(diǎn)工具】，選取基準(zhǔn)坐標(biāo)系，完成活塞輪廓點(diǎn)的創(chuàng)建。（4）創(chuàng)建活塞頭部的氣環(huán)槽和油環(huán)槽。（2）鏡像生成活塞的整個(gè)輪廓。由于橢圓的長(zhǎng)軸與短軸之間相差極小，所以建模時(shí)以圓形代替。裙部頂端有兩個(gè)往里凸起的銷座。（2）在活塞的頭部有三道環(huán)形槽，上邊兩道環(huán)形槽為氣環(huán)槽，下邊一條為油環(huán)槽。要適應(yīng)這樣惡劣的工作條件，必須具有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。進(jìn)行力學(xué)分析、運(yùn)動(dòng)分析、數(shù)控加工等。另外還具有模具設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)、靜態(tài)干涉檢查，計(jì)算質(zhì)量特征（如質(zhì)心、慣性矩）等功能模塊。無(wú)論是造型設(shè)計(jì)、工程出圖，以及3D裝配等方面，Pro/E都具有操作容易、使用方便、可動(dòng)態(tài)修改的特點(diǎn)。 本章小結(jié)本章首先分析了曲軸的工作條件和設(shè)計(jì)要求，在合理選擇材料的基礎(chǔ)上，對(duì)曲軸的各個(gè)部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行有關(guān)的尺寸校核，使其符合實(shí)際加工的要求，還對(duì)曲軸的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，如油孔的位置以及曲軸的軸向定位等問(wèn)題，給予了合理的解釋，最后對(duì)曲軸進(jìn)行了疲勞強(qiáng)度校核。 單拐計(jì)算模型[18]彎曲應(yīng)力 ，最大支反力，對(duì)應(yīng)的支承彎矩，最小支反力，對(duì)應(yīng)的支承彎矩，然后計(jì)算曲拐平面內(nèi)曲柄臂中央處彎矩，彎矩最大值為： （）彎矩最小值為： （）曲柄臂抗彎截面模量為： （）圓角名義彎曲應(yīng)力為： （） （）最后得到，圓角彎曲應(yīng)力幅和平均應(yīng)力為： （） （）扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，單拐扭矩，對(duì)應(yīng)的曲拐垂直平面內(nèi)支反力，對(duì)應(yīng)的曲拐垂直平面內(nèi)支反力。由于疲勞破壞總是發(fā)生在曲柄臂截面上，扭轉(zhuǎn)疲勞破壞總是發(fā)生在軸頸上，因此彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)的名義應(yīng)力應(yīng)分別取為曲柄臂中央截面和曲柄銷軸頸橫截面上的彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力[17]。 （單位：）工況一二3635三四 （單位：）工況一0二0三0四0可見，各支座在曲拐平面內(nèi)的值比曲拐平面的垂直面內(nèi)的值大得多。 各工況下載荷數(shù)據(jù) （單位：）工況一二三四 各工況下曲拐平面內(nèi)彎矩計(jì)算結(jié)果 （單位：）工況一二三四25 （單位：）工況一二三四 曲拐平面的垂直平面內(nèi)彎矩計(jì)算結(jié)果 （單位：）工況一二三四支反力計(jì)算求得各支承彎矩后。將、分別代入方程組。連續(xù)梁有多少個(gè)內(nèi)支承就可以建立多少各這樣的三彎矩方程，以此可求出支承處的內(nèi)彎矩[18]。由材料力學(xué)知：在支承處左端梁轉(zhuǎn)角和右端梁轉(zhuǎn)角為（若）： （） （）由變形協(xié)調(diào)條件=， 連續(xù)梁受力圖=又因?yàn)?，所? （）設(shè)第一支承和最后一個(gè)支承處的彎矩為零，即。連續(xù)梁計(jì)算方法為：把曲軸簡(jiǎn)化為支承在剛性支承上的圓柱形連續(xù)直梁，根據(jù)連續(xù)梁支承處偏轉(zhuǎn)角相等的變形協(xié)調(diào)條件，推導(dǎo)出各支承偏轉(zhuǎn)角變化總和為零的連續(xù)方程，這種方法在各單位曲拐長(zhǎng)度相等的情況下認(rèn)為它們的剛度相等，免去繁雜的曲拐剛度計(jì)算，同時(shí)又由于不考慮支座彈性等，得到三彎矩方程，借助三彎矩方程進(jìn)行計(jì)算，得各支承處在曲拐平面和曲拐平面的垂直面內(nèi)的彎矩，然后把第支承和第支承點(diǎn)處的主軸頸截面的彎矩（曲拐平面內(nèi)）、（曲拐平面的垂直面內(nèi)）和、再根據(jù)此新模型確定各支反力、各危險(xiǎn)截面的內(nèi)力矩，進(jìn)而計(jì)算各名義應(yīng)力[17]。 曲軸的疲勞強(qiáng)度校核由于曲軸工作時(shí)承受交變載荷，它的破壞往往都由疲勞產(chǎn)生，因此，需要進(jìn)行疲勞驗(yàn)算。在第三主軸頸處設(shè)置軸向止推片，止推片為四片。 曲軸的止推曲軸由于受熱膨脹而伸長(zhǎng)或受斜齒輪即離合器等的軸向力會(huì)產(chǎn)生軸向移動(dòng)，為了控制發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)曲軸的軸向竄動(dòng)，在曲軸上設(shè)置有軸向定位裝置，同時(shí)為了保證曲軸在受熱膨脹時(shí)有一定的自由伸長(zhǎng)量，所以曲軸上只能有一處軸向定位。這種連接方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。定位銷用來(lái)保證重裝飛輪時(shí)保持飛輪與曲軸的裝配位置。曲軸后端（功率輸出端）設(shè)有法蘭，飛輪與后端用螺栓和定位銷連接。所謂迷宮槽是在軸上或在曲軸箱的對(duì)應(yīng)孔壁上制出螺紋，螺紋的螺旋方向與軸的螺旋方向相反。一方面防止曲軸箱中的機(jī)油由這里漏出去，另一方面也防止外面的塵土等進(jìn)入。這是應(yīng)為曲軸自由端的軸頸允許較細(xì)，可以采用節(jié)圓直徑小的齒輪，消除扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的減振器裝在曲軸前端，因?yàn)檫@里的振幅最大。 曲軸兩端的結(jié)構(gòu)曲軸上帶動(dòng)輔助系統(tǒng)的正時(shí)齒輪和皮帶輪一般裝在曲軸的前端，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。由于油道位于曲拐平面內(nèi)，油道出口處應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，當(dāng)油道中心線與軸頸中心線的夾角時(shí)，最大應(yīng)力增加很快，因此油孔設(shè)在小于處[10]。從主軸頸向曲柄銷供油采用斜油道，主軸頸上的油孔入口應(yīng)保證向曲柄銷供油足夠充分，曲柄銷上油孔的出口應(yīng)設(shè)在負(fù)荷較低區(qū)，用以提高向曲柄銷的供油能力。曲軸中油道的尺寸和布置直接影響它的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)也影響軸承工作的可靠性。將平衡重與曲軸鑄成一體，時(shí)加工較簡(jiǎn)單，并且工作可靠。設(shè)計(jì)平衡重時(shí)，應(yīng)盡可能使平衡重的重心遠(yuǎn)離曲軸旋轉(zhuǎn)中心，即用較輕的重量達(dá)到較好的效果，以便盡可能減輕曲軸重量。通過(guò)安裝平衡重可以抵消一部分離心慣性力，從而使軸頸表面的載荷分布比較均勻些，與此同時(shí)軸頸和軸承表面的平均載荷也可以相應(yīng)下降。設(shè)計(jì)時(shí)，平衡重對(duì)主軸承工作情況的影響是利用主軸頸載荷圖來(lái)進(jìn)行估算的。由于曲軸是安裝在機(jī)體的主軸承中的，所以曲軸發(fā)生彎曲變形時(shí)上述力偶就將也部分地作用在機(jī)體上，使機(jī)體承受附加彎曲力偶的作用，尤其是在此情況下主軸承的工作條件也要變壞。 平衡重對(duì)四拐曲軸來(lái)說(shuō)，作用在第2拐和第4拐上的離心慣性力互成力偶。~1，取=1。曲柄臂以凸肩接主軸頸和曲柄銷。為提高曲柄的抗彎能力，適當(dāng)增加曲柄的厚度，曲柄的形狀采用橢圓形，為了能最大限度地減輕曲軸的重量，并減小曲柄相對(duì)于主軸頸中心的不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，將曲柄上肩部多余的金屬削去。據(jù)統(tǒng)計(jì)，取==。從曲軸各部分尺寸協(xié)調(diào)的觀點(diǎn)，建議取，取==54。那么由，則長(zhǎng)度取值合適。從增加曲軸的剛性和保證軸承的工作能力出發(fā)，應(yīng)使控制在一定范圍內(nèi)，同時(shí)注意曲拐各部分尺寸協(xié)調(diào)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)/=，取==28。但是，曲柄銷加粗伴隨著連桿大頭加大，使不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力增大，隨曲軸及軸承的工作帶來(lái)不利，對(duì)于汽油機(jī)，為氣缸直徑，已知=，則，曲柄銷直徑取為==。 曲軸的主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì) 曲柄銷的直徑和長(zhǎng)度 在考慮曲軸軸頸的粗細(xì)時(shí)，首先是確定曲柄銷的直徑。球墨鑄鐵曲軸可以鑄成復(fù)雜的合理的結(jié)構(gòu)形狀，使其應(yīng)力分布均勻，金屬材料更有效地利用，加上球鐵材料對(duì)斷面缺口的敏感性小，使得球鐵曲軸的實(shí)際彎曲疲勞強(qiáng)度與正火中碳鋼相近。高強(qiáng)度球墨鑄鐵的出現(xiàn)為鑄造曲軸的廣泛采用提供了前提。在保證曲軸有足夠強(qiáng)度的前提下，盡可能采用一般材料。為了提高曲軸的彎曲剛度和強(qiáng)度，采用全支撐半平衡結(jié)構(gòu)[11]，即四個(gè)曲拐，每個(gè)曲拐的兩端都有一個(gè)主軸頸，： 曲軸的結(jié)構(gòu)型式 曲軸的材料在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝正確合理的條件下，主要是材料強(qiáng)度決定著曲軸的體積、重量和壽命，作為曲軸的材料，除了應(yīng)具有優(yōu)良的機(jī)械性能以外，還要求高度的耐磨性、耐疲勞性和沖擊韌性。所以設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，要使其各摩擦表面耐磨，各軸頸應(yīng)具有足夠的承壓面積同時(shí)給予盡可能好的工作條件。如果曲軸彎曲剛度不足，就會(huì)大大惡化活塞、連桿的工作條件，影響它們的工作可靠性和耐磨性，曲軸扭轉(zhuǎn)剛度不足則可能在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，所以設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，應(yīng)保證它有盡可能高的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。特別在曲柄至軸頸的圓角過(guò)渡區(qū)、潤(rùn)滑油孔附近以及加工粗糙的部位應(yīng)力集中現(xiàn)象尤為突出。第5章 曲軸的設(shè)計(jì) 曲軸的結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇 曲軸的工作條件和設(shè)計(jì)要求曲軸是在不斷周期性變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力以及它們的力矩作用下工作的，使曲軸既扭轉(zhuǎn)又彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。那么連桿螺栓的屈服強(qiáng)度為： 則校核合格。連桿上的螺栓數(shù)目為2，則每個(gè)螺栓承受的最大拉伸載荷為往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力在氣缸中心線上的分力之和，即 （）軸瓦過(guò)盈量所必須具有的預(yù)緊力由軸瓦最小應(yīng)力，由實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)可得一般為，取30，由于發(fā)動(dòng)機(jī)可能超速，也可能發(fā)生活塞拉缸，應(yīng)較理論計(jì)算值大些，一般取，取。 連桿螺栓的設(shè)計(jì) 連桿螺栓的工作負(fù)荷與預(yù)緊力根據(jù)氣缸直徑初選連桿螺紋直徑，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，取。連桿大頭的強(qiáng)度校核假設(shè)通過(guò)螺栓的緊固連接，把大頭與大頭蓋近似視為一個(gè)整體，彈性的大頭蓋支承在剛性的連桿體上，固定角為，通常取，作用力通過(guò)曲柄銷作用在大頭蓋上按余弦規(guī)律分布，大頭蓋的斷面假定是不變的，且其大小與中間斷面一致，大頭的曲率半徑為。其中在、在曲軸設(shè)計(jì)中確定，則大頭寬度，軸瓦厚度，取，大頭孔直徑。則在連桿擺動(dòng)平面內(nèi)連桿桿身的安全系數(shù)為：在垂直擺動(dòng)平面內(nèi)連桿桿身的安全系數(shù)為：