機械制造及其自動化課程設計-展示頁
2025-07-04 15:40本頁面
【正文】 第2章 活塞運動規(guī)律的研究，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。在傳統(tǒng)的設計模式中，為了滿足設計的需要須進行大量的數(shù)值計算，同時為了滿足產(chǎn)品的使用性能，須進行強度、剛度、穩(wěn)定性及可靠性等方面的設計和校核計算，同時要滿足校核計算，還需要對曲柄連桿機構進行動力學分析。在多種周期性變化載荷的作用下，如何在設計過程中保證機構具有足夠的疲勞強度和剛度及良好的動靜態(tài)力學特性成為曲柄連桿機構設計的關鍵性問題[1]。因此，曲柄連桿機構是發(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。發(fā)動機曲柄連桿機構的動力學分析主要包括氣體力、慣性力、軸承力和曲軸轉矩等的分析，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機工作機構動力學、運動學分析方法主要有圖解法和解析法[5]。目前國內(nèi)外對發(fā)動機曲柄連桿機構的動力學分析的方法很多，而且已經(jīng)完善和成熟。對內(nèi)燃機產(chǎn)品的部件裝配進行機構運動仿真，可校核部件運動軌跡，及時發(fā)現(xiàn)運動干涉；對部件裝配進行動力學仿真，可校核機構受力情況；根據(jù)機構運動約束及保證性能最優(yōu)的目標進行機構設計優(yōu)化，可最大限度地滿足性能要求，對設計提供指導和修正[2]。目前多剛體動力學模擬軟件主要有Pro/Mechanics，Working model 3D，ADAMS等。關鍵字：受力分析；運動分析；Pro/E建模29 / 34目錄第1章 引言 1 選題背景 1 研究目標和意義 1 研究主要內(nèi)容 2第2章 活塞運動規(guī)律的研究 3 活塞位移 4 活塞的速度 5 活塞的加速度 5第3章 活塞組的設計 6 活塞的設計 6 活塞的工作條件和設計要求 6 活塞的材料 7 活塞頭部的設計 7 活塞裙部的設計 12 活塞銷的設計 15 活塞銷的結構、材料 15 活塞銷強度和剛度計算 15 活塞銷座 16 活塞銷座結構設計 16 驗算比壓力 17 活塞環(huán)設計及計算 17 活塞環(huán)形狀及主要尺寸設計 17 活塞環(huán)強度校核 17 本章小結 19第4章 活塞的建模 20 對Pro/E軟件基本功能的介紹 20 活塞的建模 20 活塞的特點分析 20 活塞的建模思路 20 活塞的建模步驟 21結束語 26參考文獻 27致謝 28第1章 引言 選題背景多剛體動力學模擬是近十年發(fā)展起來的機械計算機模擬技術，提供了在設計過程中對設計方案進行分析和優(yōu)化的有效手段，在機械設計領域獲得越來越廣泛的應用。其次對活塞組進行詳細的結構設計，并進行了結構強度和剛度的校核。摘 要本文對單缸柴油機的主要零部件（活塞）進行了結構設計計算，并對活塞進行了有關運動學和動力學的理論分析與實體模型的創(chuàng)建（運用Pro/E）。首先，以運動學和動力學的理論知識為依據(jù)，對曲柄連桿機構的運動規(guī)律以及在運動中的受力等問題進行詳盡的分析，并得到了精確的分析結果。再次，應用三維CAD軟件：Pro/Engineer建立了活塞的幾何模型，在此工作的基礎上，利用Pro/E軟件的裝配功能，將曲柄連桿機構的各組成零件裝配成活塞組件、連桿組件和曲軸組件進行裝配并進行運動仿真分析。它是利用計算機建造的模型對實際系統(tǒng)進行實驗研究，將分析的方法用于模擬實驗，充分利用已有的基本物理原理，采用與實際物理系統(tǒng)實驗相似的研究方法，在計算機上運行仿真實驗。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。目前國內(nèi)大學和企業(yè)已經(jīng)已進行了機構運動、動力學仿真方面的研究和局部應用，能在設計初期及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)燃機曲柄連桿機構干涉，校核配氣機構運動、動力學性能等，為設計人員提供了基本的設計依據(jù)[34]。其中機構運動學分析是研究兩個或兩個以上物體間的相對運動，即位移、速度和加速度的變化關系：動力學則是研究產(chǎn)生運動的力。 研究目標和意義曲柄連桿機構是發(fā)動機的傳遞運動和動力的機構，通過它把活塞的往復直線運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動而輸出動力。隨著發(fā)動機強化指標的不斷提高，機構的工作條件更加復雜。通過設計，確定發(fā)動機曲柄連桿機構的總體結構和零部件結構，包括必要的結構尺寸確定、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。為了真實全面地了解機構在實際運行工況下的力學特性，本文采用了多體動力學仿真技術，針對機構進行了實時的，高精度的動力學響應分析與計算，因此本研究所采用的高效、實時分析技術對提高分析精度，提高設計水平具有重要意義，而且可以更直觀清晰地了解曲柄連桿機構在運行過程中的受力狀態(tài)，便于進行精確計算，對進一步研究發(fā)動機的平衡與振動、發(fā)動機增壓的改造等均有較為實用的應用價值。當曲柄按等角速度旋轉時，曲柄OB上任意點都以O點為圓心做等速旋轉運動，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，做等速的旋轉運動，而連桿小頭與活塞相連，做往復運動。 曲柄連桿機構運動簡圖活塞做往復運動時，其速度和加速度是變化的。 活塞位移假設在某一時刻，曲柄轉角為，并按順時針方向旋轉，連桿軸線在其運動平面內(nèi)偏離氣缸軸線的角度為， 所示。當=180時，A點在最下面的位置A2，此位置稱為下止點。式（）可進一步簡化，： 即 又由于 （）將式（）帶入式（）得： x= （）式（）是計算活塞位移x的精確公式,為便于計算，可將式（）中的根號按牛頓二項式定理展開，得：…考慮到≤ 1∕3，其二次方以
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