哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 近 10 年來(lái)，我國(guó)摩托車工業(yè)發(fā)展速度更快 ， 一躍成為了世界摩托車生產(chǎn)量最大的國(guó)家。而發(fā)動(dòng)機(jī)是摩托車的心臟，發(fā)動(dòng)機(jī)品質(zhì)的好壞直接帶動(dòng)著摩托車市場(chǎng)的發(fā)展 。目 前的摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)為二沖程或四沖程汽油機(jī)，采用風(fēng)冷冷卻，有自然風(fēng)冷與強(qiáng)制風(fēng)冷兩種。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高，升功率大。氣缸布置有臥式和立式兩種，配氣傳動(dòng)機(jī)構(gòu)按凸輪所在位置又可分為上置式和下置式二種。 綜上，我以 寶雕 太子 125 摩托車 發(fā)動(dòng)機(jī)為模型設(shè)計(jì)一款單缸四沖程摩托車的發(fā)動(dòng)機(jī)，采用自然風(fēng)冷 的 冷卻方式，配氣機(jī)構(gòu)采用搖臂 加 頂桿的凸輪軸下置式的摩托車發(fā)動(dòng)機(jī) ， 用 件 建模 做裝配和運(yùn)動(dòng)仿真。 關(guān)鍵詞 ： 發(fā)動(dòng)機(jī) 建模 、 熱計(jì)算 、 動(dòng)力分析 、 強(qiáng)度校核 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 0 of of to s is of ly a is or of by be I 25 as a to a of of of 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 套圖紙， 扣扣 414951605 目 錄 摘 要 . I . 1 章 緒論 . 1 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā) 展概況 . 1 本文主要研究?jī)?nèi)容 . 1 第 2 章 發(fā)動(dòng)機(jī)的建模 . 3 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)流程 . 3 發(fā)動(dòng)機(jī)典型零部件的設(shè)計(jì)演示 . 3 塞的設(shè)計(jì) . 3 門彈簧的設(shè)計(jì) . 4 時(shí)齒輪的設(shè)計(jì) . 5 動(dòng)機(jī)殼體的設(shè)計(jì) . 5 發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配演示及材質(zhì)的添加 . 6 發(fā)動(dòng)機(jī)的仿真運(yùn)動(dòng)演示 . 7 發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配模擬制作 . 8 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)模型的后期制作 . 8 第 3 章 發(fā)動(dòng)機(jī)熱計(jì)算 . 10 換氣過(guò)程計(jì)算 . 10 化學(xué)計(jì)算 . 10 壓縮 過(guò)程計(jì)算 . 11 燃燒過(guò)程計(jì)算 . 12 膨脹過(guò)程計(jì)算 . 12 技術(shù)指標(biāo)計(jì)算 . 13 第 4 章 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力計(jì)算 . 14 活塞的位移、速度、加速度 . 14 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的質(zhì)量換算 . 15 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的慣性力 . 15 氣體作用力與往復(fù)慣性力的合成分析 . 16 曲軸、連桿軸頸、主軸頸的受力分析 . 17 第 5 章 發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件強(qiáng)度校核 . 18 曲軸的強(qiáng)度校核 . 18 動(dòng)瞬時(shí) . 19 定工況下，曲拐受最大切向力時(shí) . 20 定工況下，曲拐受最大法向力時(shí) . 22 定工況下，曲拐受最小法向力時(shí) . 24 連桿強(qiáng)度計(jì)算 . 25 桿小頭 . 25 桿桿身 . 28 活塞頂強(qiáng)度計(jì)算 . 31 部周緣的應(yīng)力 . 31 部中心應(yīng)力 . 32 槽截面 X X 的應(yīng)力計(jì)算 . 32 一道活塞環(huán)帶的強(qiáng)度計(jì)算 . 33 塞銷孔的最大比壓 . 33 塞裙部單位側(cè)壓力 . 33 塞銷強(qiáng)度計(jì)算 . 34 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) V 塞銷的比壓 . 34 塞銷彎曲應(yīng)力及剪應(yīng)力 . 34 塞銷的最大失圓度 . 35 缸頭螺栓 強(qiáng)度計(jì)算 . 36 頭螺栓的受力 . 36 頭螺栓的應(yīng)力及安全系數(shù) . 37 緊力矩的驗(yàn)算 . 37 結(jié) 論 . 38 致 謝 . 39 參考文獻(xiàn) . 40 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 動(dòng)機(jī)發(fā)展概況 發(fā)動(dòng)機(jī)最早誕生在英國(guó)，所以，發(fā)動(dòng)機(jī)的概念也源于英語(yǔ)，它的本義是指那種“產(chǎn)生動(dòng)力的機(jī)械裝置”。隨著科技的進(jìn)步，人們不斷地研制出不同用途多種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，但是，不 管哪種發(fā)動(dòng)機(jī)，它的基本前提都是要以某種燃料燃燒來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力。所以，以電為能量來(lái)源的電動(dòng)機(jī)，不屬于發(fā)動(dòng)機(jī)的范疇 。 回顧發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生和發(fā)展的歷史，它經(jīng)歷了外燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩個(gè)發(fā)展階段。 所謂外燃機(jī)，就是說(shuō)它的燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)的外部燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)將這種燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，瓦特改良的蒸汽機(jī)就是一種典型的外燃機(jī)，當(dāng)大量的煤燃燒產(chǎn)生熱能把水加熱成大量的水蒸汽時(shí)，高壓便產(chǎn)生了，然后這種高壓又推動(dòng)機(jī)械做功，從而完成了熱能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)變。 明白了什么是外燃機(jī)，也就知道了什么是內(nèi)燃機(jī)。這一類型的發(fā)動(dòng)機(jī)與外燃機(jī)的最大不同在于它的燃 料在其內(nèi)部燃燒。內(nèi)燃機(jī)的種類十分繁多，我們常見(jiàn)的汽油機(jī)、柴油機(jī)是典型的內(nèi)燃機(jī)。我們不常見(jiàn)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)上裝配的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)也屬于內(nèi)燃機(jī)。不過(guò)，由于動(dòng)力輸出方式不同，前兩者和后兩者又存在著巨大的差異。一般地，在地面上使用的多是前者，在空中使用的多是后者。當(dāng)然有些汽車制造者出于創(chuàng)造世界汽車車速新紀(jì)錄的目的，也在汽車上裝用過(guò)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，但這總是很特殊的例子，并不存在批量生產(chǎn)的適用性。 此外還有燃?xì)廨啓C(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)是燃燒產(chǎn)生高壓燃?xì)猓萌細(xì)獾母邏和苿?dòng)燃?xì)廨啓C(jī)的葉片旋轉(zhuǎn)，從而輸出動(dòng)力。燃?xì)廨啓C(jī)使 用范圍很廣，但由于很難精細(xì)地調(diào)節(jié)輸出的功率，所以汽車和摩托車很少使用燃?xì)廨啓C(jī)，只有部分賽車裝用過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)。 人類的智慧是無(wú)窮無(wú)盡的，各種新型的發(fā)動(dòng)機(jī)不斷地被研制出來(lái)，但是，出于安全操控的需要，到目前為止，我們可愛(ài)的摩托車還只有一種選擇 往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。 文主要研究?jī)?nèi)容 25 發(fā)動(dòng)機(jī) 為模型 ，制定總體設(shè)計(jì)方案，用 件建模， 包括曲軸連桿機(jī)構(gòu)的主要組成部分：活塞 、 活塞環(huán) 、 活塞 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 銷 、 連桿 和 曲柄 ； 配氣機(jī)構(gòu)的主要組成部分：凸輪軸 、 氣門 、 氣門彈簧 、 正時(shí)齒輪 、 氣門頂桿 、 搖臂 、 搖臂軸等等 ；以及 最后發(fā)動(dòng)機(jī)總體殼體的設(shè)計(jì) ， 做運(yùn)動(dòng)仿真以及裝配過(guò)程的視頻展示 (見(jiàn)附件光盤 )。 其進(jìn)行熱計(jì)算、動(dòng)力分析、以及主要零部件的強(qiáng)度校核。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 2 章 發(fā)動(dòng)機(jī)的建模 動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)流程 摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的建 模 用 件，主要采用以活塞為中心，自上而下、自內(nèi)向外的建模方法，依次進(jìn)行曲柄連桿組、配氣機(jī)構(gòu)以及最后殼體的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)是在 裝配件設(shè)計(jì)這個(gè)大的模塊中進(jìn)行，再依次插入新建零部件進(jìn)行每個(gè)零部件的設(shè)計(jì)，整個(gè)過(guò)程是一邊設(shè)計(jì) 一邊裝配的，這樣可以讓各個(gè)零部件更好的匹配，以滿足整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的整體協(xié)調(diào)性和最后在 塊中更好的做裝配動(dòng)畫(huà)和運(yùn)動(dòng)仿真。設(shè)計(jì)思路如圖 2示： 動(dòng)機(jī)典型零部件的設(shè)計(jì)演示 塞的設(shè)計(jì) 活塞的形狀大體上是圓形，形狀規(guī)則，可先通過(guò)旋轉(zhuǎn)體命令 （如圖 2，旋轉(zhuǎn)草圖生成，再通過(guò)凹槽命令去掉多余的部分生成大概形狀。難度較大的是活塞頂端兩個(gè)不規(guī)則凹坑，通過(guò)創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)模塊中，創(chuàng)建凹坑的曲面外形 （ 如圖 2，再通過(guò)分割命令來(lái)去除活塞頂端多余的部分，形成一個(gè)凹坑后，另一個(gè)可通過(guò)對(duì)稱曲面外形 （如圖 2，繼續(xù)分割而成。生成實(shí)體后，倒角 （如圖 2。 活塞組設(shè)計(jì) 連桿組設(shè)計(jì) 曲軸設(shè)計(jì) 曲柄連桿組設(shè)計(jì) 裝配 氣門組設(shè)計(jì) 氣門搖臂組 正時(shí)從動(dòng)部件 裝配 配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 動(dòng)仿真 裝配 發(fā)動(dòng)機(jī)整體殼體 裝配動(dòng)畫(huà)的制作 圖 2計(jì)流程圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 門彈簧的設(shè)計(jì) 氣門彈簧主要是在創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)這個(gè)模塊進(jìn)行，先作出彈簧的螺旋線 （如圖 2，在螺旋線上創(chuàng)建點(diǎn)和面，在面上畫(huà)草圖和要求的彈簧的粗細(xì)，再在零件設(shè)計(jì)模塊中用肋的命令生成 （如圖 2，之后分割去除彈簧兩端多余的部分 （如圖 2。 圖 2轉(zhuǎn) 圖 2割 圖 2像 圖 2孔 圖 2旋線 圖 2生成實(shí)體 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 時(shí)齒輪的設(shè)計(jì) 齒 輪的設(shè)計(jì)主要 是利用參數(shù)化建模，參數(shù)化建模更有利于 齒 輪的修改，改變一個(gè)參數(shù)后，零部件也會(huì)發(fā)生改變。使設(shè)計(jì)更加方便快捷，便于修改。首先定義參數(shù) （如圖 2，添加公式 （如圖 2，定義參數(shù)之間的關(guān)系及關(guān)聯(lián)性，進(jìn)入創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)兩個(gè)模塊配合使用，繪制草圖時(shí)利用已經(jīng)定義的參數(shù)繪制草圖，通過(guò)提取、外插、結(jié)合，凸臺(tái)生成一個(gè)齒 （如圖 2，通過(guò)圓形陣列生成一個(gè)完整的 齒 輪 （如圖 2。 動(dòng)機(jī)殼體的設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)的下殼體的形狀復(fù)雜，簡(jiǎn)單的零部 件設(shè)計(jì)模塊是滿足不了的，所以要運(yùn)用創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)和自由曲面模塊結(jié)合使用 （如圖2，做出殼體的外形曲面之后，通過(guò)加厚命令來(lái)生成實(shí)體 （如圖2。最后，還要對(duì)實(shí)體進(jìn)行修剪和倒角，讓它看起來(lái)更加美觀。 圖 2義參數(shù) 圖 2加公式 圖 2成一個(gè)齒 圖 2列 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 動(dòng)機(jī)的裝配演示及材質(zhì)的添加 完成全部零部件后對(duì)其進(jìn)行裝配，在裝配模塊中對(duì)于活塞、活塞環(huán)活塞銷等進(jìn)行裝配成活塞組 （如圖 2，保存為活塞組產(chǎn)品；同理可把兩個(gè)曲柄裝配成為曲軸組產(chǎn)品 （如圖 2。再在裝配模塊中，導(dǎo)入活塞組和曲軸產(chǎn)品進(jìn)行裝配，再導(dǎo)入剩下的那些需要裝配的 零部件 （如圖 2。 圖 2體曲面的創(chuàng)建 圖 2厚 圖 2塞組的裝配 圖 2軸的裝配 圖 2體的裝配 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 裝配時(shí)，主要用到約束是相合約束、接觸約束、偏移約束以及角度約束等，有需要的螺釘、螺母等標(biāo)準(zhǔn)件可以直接調(diào)用庫(kù)文件 （如圖 2，方便使用。每進(jìn)行約束之后通過(guò)更新按鈕，隨時(shí)更新零部件的相對(duì)位置。 裝配完成之后，可以通過(guò)應(yīng)用材質(zhì)按鈕對(duì)零部件進(jìn)行添加材質(zhì)（如圖 2，最后也可以通過(guò)渲染按鈕進(jìn)行簡(jiǎn)單渲染。 動(dòng)機(jī)的仿真運(yùn)動(dòng)演示 分析發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程后，進(jìn)入數(shù)位模型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析（ 塊中，建 立新機(jī)構(gòu)后，通過(guò)運(yùn)動(dòng)接頭來(lái)約束每處有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方的接頭，按照動(dòng)力傳動(dòng)路線依次進(jìn)行機(jī)構(gòu)接頭的建立。用到的接頭有：齒輪接頭、圓柱接頭、點(diǎn)線接頭、旋轉(zhuǎn)接頭、平面接頭、球接頭等，對(duì)于有一起運(yùn)動(dòng)相對(duì)靜止的可用剛性接頭 （如圖 2。最后，一定要有固定元件（殼體），驅(qū)動(dòng)元件（活塞的運(yùn)動(dòng)）以及參數(shù)編輯驅(qū)動(dòng)元件的運(yùn)功公式 （如圖 2，最終用 進(jìn)行模擬仿真運(yùn)動(dòng) （如圖 2。 圖 2準(zhǔn)件庫(kù)的使用 圖 2加材質(zhì) 圖 2義運(yùn)動(dòng)接頭 圖 2輯運(yùn)動(dòng)公式 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 動(dòng)機(jī)的裝配模擬制作 分析發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的裝配順序后，進(jìn)入數(shù)位模型裝配模擬模塊中，點(diǎn)擊跟蹤按 鈕，點(diǎn)擊所要移動(dòng)的零件，移動(dòng)到合適的位置后記錄，在對(duì)話框中輸入所需要的速度后確定 （如圖 2。把每個(gè)零部件的軌跡指定后，點(diǎn)擊編輯序列按鈕，編輯軌跡的運(yùn)動(dòng)順序 （如圖2。最后完成后可用模擬播放器播放順序， 來(lái) 觀察每個(gè)零部件的裝配運(yùn)動(dòng)過(guò)程， 以 達(dá)到裝配的目的。 動(dòng)機(jī)模型的后期制作 用 具欄中的圖像下拉菜單中的視頻錄錄制器可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真和裝配過(guò)程進(jìn)行錄制 （如圖 2。錄制完成后，可用視頻制作軟件對(duì)視頻進(jìn)行拼接和刪減，以及一些文字的添加，最終達(dá)到視頻的 完美制作。建模完成之后，用 件做整體效圖 2擬運(yùn) 動(dòng) 圖 2義運(yùn)動(dòng)軌跡 圖 2輯軌跡順序 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 果圖的渲染，以達(dá)到更加逼真的效果美圖 （如圖 2 圖 2體渲染效果圖 圖 2頻錄制 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 m第 3 章 發(fā)動(dòng)機(jī)熱計(jì)算 本章首先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程的進(jìn)氣終點(diǎn)的壓力和溫度以及充氣效率進(jìn)行計(jì)算，再對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃料的化學(xué)計(jì)算、以至對(duì)其壓縮過(guò)程、燃燒過(guò)程、膨脹過(guò)程的壓力、溫度等進(jìn)行計(jì)算。最后確定發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)。 1 已知條件如下： 氣缸直徑： D= 活塞行程： s=47 缸數(shù)： i=1 排量： 壓 縮比 : 1:9 曲軸半徑與連桿長(zhǎng)度比： R/L=06 最大轉(zhuǎn)速 :n=8500r/ 最大功率 : 大扭矩 : 500標(biāo)準(zhǔn)大 氣壓： 000 980 燃料平均重量成分 :C=H=115 )(/4 4 1 0 0 燃料2 額定工況計(jì)算用系數(shù)及參數(shù)的選擇 過(guò)量空氣系數(shù) : a= 進(jìn)氣溫升 : T=4 殘余廢氣系數(shù) : r= 殘余廢氣溫度 : 930K 壓縮多變指數(shù)： = 膨脹多變指數(shù) : = 示功圖豐滿系數(shù)： = 熱量利用系 : z= 傳動(dòng)效率 : = 機(jī)械效率： =氣過(guò)程計(jì)算 1 進(jìn)氣終點(diǎn)壓力 2 進(jìn)氣終點(diǎn)溫度 r 氣效率 3264298100851 學(xué)計(jì)算 1 燃燒 料所需的理論空氣量 燃料空氣 k m o o 2nf24 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 )(/)(0 燃料空氣 式中 空氣的平均分子量 2 燃燒前工質(zhì)的摩爾數(shù) )(/K m o 料o 3 燃燒后工質(zhì)的摩爾數(shù) )(/料m o o 4 理論分子變更系數(shù) 實(shí)際分子變更系數(shù) r 6 汽油機(jī)每小時(shí)吸氣量 在 標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下空氣的比重為： 35 /0000 故吸氣量為： 0 7 過(guò)量空氣系數(shù) 設(shè)比油耗 /325則汽油機(jī)的耗油量為 故過(guò)量空氣系數(shù) 接近）（與所選 縮過(guò)程計(jì)算 1 壓縮過(guò)程中任意點(diǎn) x 的壓力為 : )的氣缸容積為式中）（ 2 壓縮終點(diǎn)壓力 K P 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 3 壓縮終點(diǎn)溫度： 6 燒過(guò)程計(jì)算 1 因不完全燃燒而損失的熱量為： 58000(1- a)=58000 800g 燃料 2 汽油機(jī)的燃燒方程為： 1)1()( 式中 K m o lK m o lK c m o 1044044100( 根據(jù)燃燒產(chǎn)物平均定壓摩爾比熱表，可得 k m 3 0 0 1 423240 097K 3 壓力升高比 最高爆發(fā)壓力 K P 8 21 5 4 P 脹過(guò)程計(jì)算 1 膨脹過(guò)程中任意點(diǎn) x 的壓力為： 2 ）（ V b 式中 X 點(diǎn)的氣缸容積 2 膨脹終點(diǎn)壓力 K P 689 8 2 3 膨脹終點(diǎn)溫度 n 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 術(shù)指標(biāo)計(jì)算 1 理論平均指示壓力 11(11(1(11)11( 2 實(shí)際平均指示壓力 K P 3 指示功率 0 0 2 81 2 0 0 4 指示熱效率 1 0 0 2 83 8 2 H （式中 9883K 為進(jìn)氣管內(nèi)充量壓力及溫度） 5 指示比油耗 /6 6 平均有效壓力 K P 7 有效熱效率 8 有效功率 N 9 有效比油耗 /見(jiàn)，計(jì)算有效比油耗與計(jì)算過(guò)量空氣系數(shù)時(shí)假設(shè)的比油耗值較為接近 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 第 4 章 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力計(jì)算 本章依據(jù)上一章節(jié)中的熱計(jì)算的主要數(shù)據(jù)，首先對(duì)活塞的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析，對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的質(zhì)量進(jìn)行換算及其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的慣性力進(jìn)行分析， 氣體作用力與往復(fù)慣性力的 合成分析 ，最后確定曲軸轉(zhuǎn)矩、連桿軸頸和主軸頸的受力情況，以便下一章節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件的強(qiáng)度校核。已知參數(shù)如下： 氣缸直： D= 活塞行程： S= 47缸數(shù) : i=1 壓縮比 : = 9 曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比 :R/L=06 最大功率： 19大轉(zhuǎn)速： n= 8500r 塞的位移、速度、加速度 1 活塞的位移： 如圖 4活塞處于 上止點(diǎn)時(shí)，活塞銷中心處于 x 坐標(biāo)原點(diǎn)，則 )c o o s()( 式中 ) 簡(jiǎn)化后可得： )2c o )c o 2 活塞運(yùn)動(dòng)的速度 式中 圖 4塞位移簡(jiǎn)圖 0 030 n w)2s s 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 活塞 的平均速度 m /- 活塞的最大速度 3 活塞的加速度 )2c o s( c o 式中 222 / 6 0 當(dāng) a=0時(shí)，最大加速度為： 22m a x / 7 2 42 2 1 6 0 0)1( ）（ 柄連桿機(jī)構(gòu)的質(zhì)量換算 用雙質(zhì)量替代系統(tǒng)對(duì)連桿組的質(zhì)量進(jìn)行換 算，即用兩個(gè)假想的集中于連桿大小頭中心的質(zhì)量代替連桿組實(shí)際的分布質(zhì)量，根據(jù)實(shí)測(cè)，可得出如下結(jié)果： 1 連桿總質(zhì) 量： 15g 其中分配在小頭上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量 ： 0g 其中分配在大頭上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量 ： 175g 2 連桿大頭軸瓦質(zhì)量 ： 0g 作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞組總質(zhì) ： 170g 曲軸旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算 ： 復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量 ： 1040170 做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的總質(zhì)量 ： gm r 連桿組大共的質(zhì)量 ： 9517520 柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的慣性力 1 往復(fù)慣性力23 DF p 故 a K 03- 3a x 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 2 離心慣性力： 連桿組大頭質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力 K P 622 曲拐不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力： K P 0 6232 離心慣性力之和 K P 0 0 9 3 體作用力與往復(fù)慣性力的合成分析 1 沿氣缸中心線作用的合力 P： 如圖 3 2，沿氣缸中心線方向作用在活塞上的合力為：0 式中 氣缸內(nèi)氣體的作用力 活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的往復(fù)慣性力 曲軸箱內(nèi)氣體作用在活塞下方的力： 0002 P 的傳遞與分解 在力的傳遞過(guò)程中， P 可分解成沿連桿中心線的作用力 垂直于氣缸中心線的側(cè)壓力 即 從幾何關(guān)系可得 3 用在曲軸銷上，可進(jìn)一步分解為曲柄切向力 曲柄法向力 其中： c o s/)s i n ()s i n ( c o s/)c o s ()c o s ( ) 圖 4復(fù)慣性力分析 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 軸、連桿軸頸、主軸頸的受力分析 1 曲軸扭矩計(jì)算 曲軸在切向力 作用下旋轉(zhuǎn)，故主軸頸承受的扭矩為： )(3 2 連桿軸頸受力分析 作用于連桿軸頸的合力為： 大小為： K P 2 )( 3 主軸頸的負(fù)荷 軸頸受力情況如圖 3 3： (1)切向力11(2)法向力11 (3)離心慣性力 0211 21121 )( s 以上計(jì)算中，符號(hào)規(guī)定如下： 朝向曲軸旋轉(zhuǎn)中心為正 壓縮連桿為正 對(duì)曲軸旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的力矩方向與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)為正 順著曲軸轉(zhuǎn)向?yàn)檎?指向曲軸旋轉(zhuǎn)中心時(shí)為正 與曲釉旋轉(zhuǎn)方向相同時(shí)為正 圖 4頸受力分析 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 第 5 章 發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件強(qiáng)度校核 本章依據(jù)前兩章內(nèi)容，曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)承受力最復(fù)發(fā)的零部件，首先對(duì)曲軸在不同工況下的的進(jìn)行強(qiáng)度校核、再對(duì)連桿、活塞、活塞銷、氣缸頭螺栓等進(jìn)行詳細(xì)的強(qiáng)度校核。 軸的強(qiáng)度校核 1 曲軸的靜力強(qiáng)度計(jì)算： 計(jì)算假定： （ 1）曲軸軸瓦的支反力按不連續(xù)粱考慮，即按二點(diǎn)支承力計(jì)算； （ 2) 氣缸最 大爆發(fā)壓力發(fā)生在上死點(diǎn) 10 （ 3）由連桿傳來(lái)的合力作用在曲柄銷中點(diǎn)； （ 4）軸瓦的反作用力集中在軸頸中點(diǎn)； （ 5）最大彎曲力矩和最大扭轉(zhuǎn)力矩同時(shí)發(fā)生。 計(jì)算工況確定： （ 1）起動(dòng)瞬時(shí)； （ 2）額定工況下，曲拐受最大切向力時(shí)； （ 3）額定工況下，曲拐受最大法向力時(shí)； （ 4）額定工況下，曲拐受最小法向力時(shí)； 曲軸已知數(shù)據(jù)如圖 5示，對(duì)曲軸各部分進(jìn)行受力分析如圖5示 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 5， 各曲柄不平衡重的離心力， 其值為： 8600360222 1 6 0 0350211 曲柄銷離心力合力： 以下對(duì)各計(jì)算工況進(jìn)行計(jì)算： 動(dòng)瞬時(shí) 曲拐在上止點(diǎn)時(shí)， T=O， ， 。 曲拐承受的壓力為標(biāo)定工況下的燃?xì)庾畲蟊l(fā)壓力： 200 623 1 曲柄銷 在曲柄銷中點(diǎn)截面 i i 上所受的彎曲應(yīng)力： 臂 最大彎曲力矩產(chǎn)生于曲柄臂的中央部位，即下圖的截面所示于是可計(jì)算各曲臂的彎應(yīng)力及壓縮應(yīng)力。 圖 5軸簡(jiǎn)圖 圖 5軸受力分析 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 M P M P M P 由于 40 070故安全。 3 主軸頸 主軸頸的危險(xiǎn)斷面在軸頸與曲柄臂的交界處，各斷面的彎曲應(yīng)力為 M P 由于 40 070故各曲軸安全。 定工況下，曲拐受最大切 向力時(shí) 由動(dòng)力計(jì)算可知，曲拐受到的最大切向力為： 當(dāng) a=380時(shí)， Np t 2 340t 821 曲柄銷圓角處的支反力為： Nl 1 63720 37)1 0 1 3 87 3 4 0(20 )(181821 Nl t 2 82037 4 720181821 1 曲柄銷 1F 引起的彎曲應(yīng)力： M P 8 1 632203311 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 1K 引起的彎曲應(yīng)力 M P 2 8322033112 1T 引起的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 M P 47203311 合成應(yīng)力 M P 2222 22 10 由于 40 0=80 安全。 2 曲柄臂 由 1Z 及1起的拉伸應(yīng)力： M P Z 由 1Z 引起的彎曲應(yīng)力： M P 16139862211111 由 1T 和扭矩1M P 由 1T 在 -兩點(diǎn)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 M P 211111 由正在 -兩點(diǎn)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 M P 由于 40 0=80 安全。 3 主軸頸 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 主軸頸的危險(xiǎn)斷面在軸頸與曲臂的交界處。 由 1Z 引起的彎曲應(yīng)力 M P 由 1T 引起的 彎曲應(yīng)力 M P 7 4 732332911 由M P 由于 40 00 ，故安全。 定工況下，曲拐受最大法向力時(shí) 由動(dòng)力計(jì)算可知，曲拐受到的最大法向力為 當(dāng) 360 時(shí)， 850即 NP 2 Nl 20074 37)11821 Nl t 158574 37317021 1821 曲柄銷圓角 度處的支反力為： Nl 7)0181821 Nl t 20582037 3731702017 1821 1 曲柄銷 由 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 M P 由 1K 引起的彎曲應(yīng)力 ： M P 由 1T 引起的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： M P 合成應(yīng)力： M P 2222 22 10 由于 00 ，故