【正文】 .. 參考文獻 ........................................... 6 前 言 內(nèi)燃機是將燃料燃燒釋放出來的熱能轉(zhuǎn)變成機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。產(chǎn)生高溫高壓的工作氣體，直接推動活塞向下運動，通過連桿，曲軸向外輸出機械功。自問世以來，內(nèi)燃機經(jīng)過了無數(shù)次得改進和提高，現(xiàn)代內(nèi)燃機無論在結(jié)構還是在性能方面都已相當完善，成為當今用量最大，用途最廣的熱能動力機械，在國民經(jīng)濟，國防建設以及人們的日常生活中起著舉足輕重的位置。 本文主要計算體現(xiàn)發(fā)動機性能的動力學的計算和體現(xiàn)其工作的穩(wěn)定性和安全性方面的強度校核。雖然作為汽油機功率輸出的主軸的曲軸，其轉(zhuǎn)動是基本均勻的，但活塞連桿即使在汽油機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)條件下也發(fā)生著極其不均勻的運動，伴隨著極大的加，減速度，產(chǎn)生極大的慣性載荷，對受力件的強度，耐久性影響很大，一般會導致震動和噪音。本論文即會對此做 著重的介紹，因為在發(fā)動機早期開發(fā)中，汽油機的動力學計算，曲軸扭轉(zhuǎn)和活塞曲軸連桿的強度校核對產(chǎn)品的結(jié)構和性能可以進行有效的預測和控制，對后期的研發(fā)和改進提供數(shù)據(jù)支持。 活塞，連桿，曲軸都是內(nèi)燃機中重要的運動部件，一直運動的部件就會在長期的運動中受到磨損和疲勞的考驗，這需要對其強度進行校核，特別是處在運動中的關鍵部件或部位和容易疲勞或受損的部位。 主要工作 前面已經(jīng)有所敘述，本篇論文的主要動作主要涉及到計算的問題，包括活塞，連桿，曲軸的運動學的計算包括 活塞的位移，活塞的速度，活塞的加速度等，連桿的擺角，以及力學方面的包括活塞表面受到的燃料燃燒給的壓力，連桿受到的往復慣性力，曲拐受到的向心力和切向力和由此產(chǎn)生的力矩等等。 對關于曲軸的強度校核主要包括靜強度計算和疲勞強度計算，靜強度計算的目的是求出曲軸各 危險部位最大工作應力；疲勞強度的計算的目的是求出曲軸在反復承受交變工作應力下的最小強度儲備，通常以安全系數(shù)的形式表示，即是計算最危險處的安全系數(shù)，如過度圓角和油孔邊緣處等，并且是最危險的工況進行計算，即找出運轉(zhuǎn)過程中可能出現(xiàn)的應力變化的最大幅度 σ a和 τ a。在曲柄連桿機構的運動過程中，活塞作往復直線運動，曲軸作圓周旋轉(zhuǎn)運動，由于連桿的運動較為復雜，其大頭與曲柄銷一樣作圓周旋轉(zhuǎn)運動，小頭則與活塞一樣作往復運動，所以連桿本身的運動是由旋轉(zhuǎn)運動和往復運動合成的平面運動?；钊谧魍鶑瓦\動時，其速度和加速度都是變化的。 原始設計參數(shù) 9 汽缸直徑 D=70mm 活塞行程 S=45mm 曲柄半徑 R= 連桿長度 l=84mm 曲柄半徑與連桿長度比 λ=R/l= 額定功率 Ne= ， n=3600r/min 曲軸旋轉(zhuǎn)角速度ω =π n/30==378/s , ω 2=142884/s2 曲柄銷中心的切向速度 Rω =曲柄銷中心的切向加速度 Rω 2=活塞平均速度 Cm=Sn/30=*45*3600/30= 運動學計算 ，曲軸轉(zhuǎn)角α 計算時取最小 分度為 1 度（ deg），以活塞四沖程計算 α 范圍即是從0o— 720o。 β =arcsin（ λ sinα ） 順曲軸 轉(zhuǎn)向而向右偏離氣缸中心線的 β 角記為正值 。 x/2R=1/2*(1cosα )+1/2λ * (1cosβ ). ,活塞的位移 x。 1,單位活塞面積上的氣體壓力 pg. pg是指作用在單位活塞頂面積上的氣體壓力，單位是 MPa(兆帕 )。 2，往復慣性力 pj=m,j*Rω 2*(a/Rω 2) kgf/cm2MPa 方向： 朝向曲軸旋轉(zhuǎn)中心為正。為正。 6，作用在曲柄銷中心的切向力 pt=p *sin(α +β )/cosβ (MPa). 方向 :順著曲軸轉(zhuǎn)向的為正。 8，單曲柄扭矩 Mt= p*R * [N*cm]. 方向：與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相同的為正。 =Mtmax/Mtm 13 當α =392o時， Mtmax=. 取 ηt= ，汽油機的機械效率一般 . 則 Ni=Ne/ηt=Mtm=71620*Ni/n=. 得出 =. 飛 輪矩 GfD2m 的計算（通常采用飛輪矩的概念來表示飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，即 GfD2m≈4gI1）。 Dm— 飛輪輪緣的重心直徑。高壓氣體燃燒產(chǎn)生的高溫使活塞溫度分布很不均勻，導致活塞產(chǎn)生熱應力和熱變形。 發(fā)動機的工作可靠性與使用耐久性在很大程度上與活塞組的工作情況有關，而活塞的強度是首先必須被保證的。 已知條件：最高爆發(fā)壓力 pz=，活塞頭部直徑 D1=，活塞頂厚度 ≈ =， 銷座的工作長度 l， =54mm， 缸徑 D=70mm， B（考慮燃燒室形狀影響的系數(shù)），對平頂活塞 B=，第一環(huán)岸高度 h1=，裙部高度 H2=40mm，最大側(cè)壓力 Nmax=*D2* pz/40=力 Pz=。 u=*（ D1/2 ） 2= 在許用范圍內(nèi)。 裙部比壓 q1 q1=Nmax/(DH2)= 銷座比壓 q2 q2= (PzPj1)/(2dl,) Pj1 是指除活塞銷以外的活塞往復慣性力，但為便于計算，可以忽略 Pj1。 活塞銷強度校核 已知條件： a=, b=, d=18mm, do=14mm, l=54mm,活塞材料的彈性模量 E=*105 MPa . 最高爆發(fā)壓力 Pz= 。 ，彎曲變形 f=1/60[pz*D2*a2*(2ab)]/[E*(d4d4o)]=*104mm. 許用彎曲變形 [f]=*D/100=,計算結(jié)果在許用范圍內(nèi)，合格。 ，縱向彎曲應力 1=[(2ab)* pz*D2*d]/(d4do4)= ,橫向彎曲應力 2== MPa . 5,總應力 = =[ ]=~ 計算 結(jié)果在許用范圍內(nèi)，合格。此外，由連桿變速擺動而產(chǎn)生的慣性力矩，還使連桿承受數(shù)值較小的彎矩。例如，連桿大頭變形使連桿螺栓承受附加彎矩，大頭孔失圓使軸瓦的工作條件和潤滑惡化；桿身在曲軸軸線平面內(nèi)的彎矩使活塞在氣缸內(nèi)歪斜，造成活塞與氣缸、軸瓦與曲柄銷的偏磨、活塞組與氣缸間漏氣、竄油等問題。為此，必須選用較強的材料和合理的結(jié)構形狀和尺寸，并采取表面強化措施。 — 材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞強度。 ，角系數(shù)（敏性系數(shù)） 22 = = ，在固定角 截面的外表面處 應力幅 =1/2 ( )= 平均 應力 MPa ，小頭安全系數(shù) n= = 在許用范圍內(nèi)，合格。 =2r= 連桿桿身的強度校核 ，桿身中間截面處最大拉伸力 pj以及 最大壓縮力 == = + = , 引起的拉伸應力 = = 其中 F = . 3,桿身中間截面的慣性矩 和 4 = 根據(jù)連桿桿身 BB 截面圖知： B=, t=, H=23mm， h=232 =。 ，在垂直于擺動平面內(nèi)的應力幅 和平均應力 = = = = ,桿身中間截面在擺動平面的安全系數(shù) 和桿身中間截面在垂直于擺動平面的安全系數(shù) 25 許用值在大于 ，在此范圍內(nèi)，合格。 ②安全系數(shù) 的校核 1 22 39。1 ???????pcczcpn ????????? 許用應力 [nc]=～ 3，安全系數(shù)在許用應力范圍內(nèi)。 大頭蓋受到慣性力的拉伸作用，大頭蓋的質(zhì)量 M3=,旋轉(zhuǎn)慣性質(zhì)量 Mcd=,則拉伸力 39。maxjP 為： 39。maxjP =R ① 大頭蓋的應力 連桿螺釘孔中心距 C=41mm，假定支承面于剖分面的夾角α =45176。39。39。大頭蓋承受的彎矩 M和法向力 N 分別為： 2 1347/1 39。 ??? FFNN A N 大頭蓋計算斷面抗 彎斷面模數(shù) 34506/101027 mmW ???? 。 ② 大頭橫向直徑的變形計算 )( 39。39。內(nèi)燃機運行后，螺栓有時還要承受一些附加的彎曲應力，其原因是：被連接部分大頭的剛性不足；加工過程中造成零件形狀偏差；螺栓頭部結(jié) 構不合理。連桿螺栓的預緊力由兩部分組成，一是保證連桿軸瓦必需的過盈量所具有的預緊力只；二是保證內(nèi)燃機工作時，連桿大頭與大頭蓋之間的結(jié)合面不致因慣性力而分開所必須具有的預緊力 E。所以必須正確確定預緊力，并 3 在裝配時嚴格控制其大小。39。 2,在許用范圍內(nèi)，合格。 曲軸的靜力計算 曲軸中心線到飛輪端和齒輪室蓋的滾動軸承中心線的距離分別是 L1=， L2=。 曲柄壁彎曲應力 7 曲柄壁厚 h=15mm，寬 B=39mm 彎曲應力為 許用應力 [ 曲軸疲勞強度校核 主軸頸的安全系數(shù) 主軸頸受彎曲和扭轉(zhuǎn)的復合應力，但彎曲對安全系數(shù)的影響較小，故只考慮扭轉(zhuǎn)應力，由動力計算可知： Mmax=161294 mmN? ,Mmin=29106 mmN? ， 3 0 6 616/3 ??? zdW ? mm. ?? WM? 2/mmN ??? WM? 2/mmN )( m inm a x ??? ??? a 2/mmN )( m inm a x ??? ??? m 2/mmN 對等溫淬火的主軸頸：對稱循環(huán)下材料的扭轉(zhuǎn)持久極限 τ