1、1.3L 四行程汽油機(jī)連桿組設(shè)計1 前言 . .22 結(jié)構(gòu)參數(shù)計算 . 2已知條件 . . .2發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)形式 22.3發(fā)動機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù) . . . . 2 3熱力學(xué)計算 . .33.1 多變指數(shù)的選擇 . 3壓力升高比的選擇 3繪制 PV 圖 . 3PV 圖的調(diào)整 . 4 4 動力學(xué)計算 . .5 5運(yùn)動學(xué)計算 . . .7 5.1活塞位移 . .7 5.2活塞速度 . .8 5.3活塞加速度 . .8 6 連桿的設(shè)計 . . .9 6.1連桿主要尺寸設(shè)計 . .9 6.1.1連桿長度的確定 . . . 9 6.1.2 連桿小頭尺寸的確定 . . 9 6.1.3 連桿大頭尺寸的確 . 10

2、 6.2連桿強(qiáng)度的計算 . 10 6.2.1 連桿小頭強(qiáng)度的計算 . 10 6.2.2連桿大頭的強(qiáng)度計算 . 13 7 小結(jié) . . . .14 8 參考文獻(xiàn) . . .15 9 附表 . . .151 前言這個學(xué)期開設(shè)的汽車發(fā)動機(jī)設(shè)計課程設(shè)計是在我們學(xué)習(xí)了一些基礎(chǔ)制圖知識和汽 車以及發(fā)動機(jī)的整體知識框架后所給我們的一次很好的鍛煉，眾所周知現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展越來越快，而作為汽車心臟的發(fā)動機(jī)自然也成為了發(fā)展的重中之重，發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能對汽車起著決定性的影響，比如汽車的行使速度、加速性能、爬坡度、牽引力等等都取決于發(fā)動機(jī)，因此來說設(shè)計發(fā)動機(jī)是汽車設(shè)計的重中之重，而發(fā)動機(jī)的設(shè)計又對我們的想象 能力，

3、制圖能力，分析計算能力，查閱各種工具書的能力無疑是一次很好的鍛煉，因此， 我們要充分利用這次課程設(shè)計的機(jī)會，認(rèn)真對待，做好充分的準(zhǔn)備 ，保證高質(zhì)量的去完 成，這也為以后學(xué)習(xí)打下了一個很好的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)參數(shù)計算已知條件平均有效壓力 :0.8 1.2Mpa活塞平均速度 :Cm18m/s，取 Cm=13.17m/s發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)形式發(fā)動機(jī)功率為 52.68KW ，參考楊連生版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計設(shè)計為 4 缸 4 沖程汽油機(jī)，冷卻方 式采用水冷。取 =9 ； 由 Va=Vs+VcVc發(fā)動機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)pemVmzD2Pe =0.07854 em20.07854 12 2 D 2 52.68Kw4參考楊連生版內(nèi)燃機(jī)設(shè)

4、計 S/D 的取值范圍在 0.8 1.2 之間，取 S/D=1.03D=74mm則 S=1.03D=76mm （S和 D均取整 ）VaDS則氣缸工作容積 Vs= D S 0.327L4Va=0.368 L Vc=0.041L30Cmn= m =5200 r/min角速度 = =3.145200/30=544.54rad/s30曲柄半徑 r=S/2=37mm熱力學(xué)計算壓縮始點(diǎn)的壓強(qiáng) pa=0.80.9p0 ；取 pa=0.085Mpa多變指數(shù)的選擇壓縮過程：取壓縮沖程終點(diǎn)（設(shè)為 B 點(diǎn)），從 A 點(diǎn)（壓縮過程始點(diǎn)）到 B 點(diǎn)的壓縮過程看作是多變的 壓縮過程，壓縮多變指數(shù)范圍為 n1=1.281.

5、35， 取 n1=1.28膨脹過程：取定容增壓的終點(diǎn)（設(shè)為 C點(diǎn)），從 B 點(diǎn)到 C點(diǎn)看作為定容壓縮過程，膨脹多變指數(shù)范圍 為 n2=1.301.40 取 n2=1.35由 p1 V1n =p2V 2n 可計算得到壓縮終點(diǎn)壓力為：pc=1.415 Mpa壓力升高比的選擇查得壓力升高比 p=pc/pa；在 69之間。取 p =6則*Pz= p *Pc=6*1.415MPa=8.492Mpa，圓整后 Pgmax=（Pz-Pc）*2/3+Pc=6.13Mpa3.3 繪制（理想） P V 圖得到未調(diào)整的 P-V 圖10987()aPPM56432100未調(diào)整 P-V圖系列160 120 180 240

6、 300 360V(mL)圖1PV 圖的調(diào)整發(fā)動機(jī)實(shí)際過程比較復(fù)雜，所以在得到的 PV 圖上要修正得到，最高壓力不在上止 點(diǎn)，還有點(diǎn)火提前角，排氣提前角的修正，顯然實(shí)際的邊界條件是不可能得到的，所以要 做一些適當(dāng)?shù)男拚?。圖2動力學(xué)計算由曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析計算：P=Pg+Pj=Pg-mjr 2(cos +cos2 ) =Pg-mjj (mj 為機(jī)構(gòu)往復(fù)慣性質(zhì)量) 活塞質(zhì)量 mp=214.94g22連桿小頭質(zhì)量 m4= B1 45(D1 d1 ) =81.66g連桿質(zhì)量 m=0.00063(D-80)2+0.0476(D-80)+0.2149 1.05kg估算 mj= mp+m3+m4387.

7、22gP在連桿小頭處即活塞銷孔處分解為 Pn和 P1，而 P1又在兩岸大頭分解為 K 和 t，又 根據(jù)汽車發(fā)動機(jī)設(shè)計有Pn=P*tgPl=P cost=k= Pl cos( + )=pcos( ) cost Psin( ) t cos876543210 -1 -2PnPnP1k運(yùn)動學(xué)計算 =1/3-1/5 取 0.292活塞位移X= r (1-cos )+ (1 cos2 ) 4活塞位移xm)60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 曲軸轉(zhuǎn)角x移位塞活位移x( )-105.2 活塞速度v= rsin2sin +2度速塞活25000200001

8、5000 10000 5000 0-5000 -10000 -15000 -20000 -25000活塞速度 v(mm/s)v(mm/s)5.3 活塞加速度j = r 2(coscos2 )度速加塞活20000150001000050000-5000 -10000活塞加速度 j(m/s2)曲軸轉(zhuǎn)角)j(m/s2)連桿的設(shè)計連桿是發(fā)動機(jī)的重要組成部分，主要由連桿大頭、大頭蓋、連桿軸瓦及連桿螺栓等部 分組成。其作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并把作用在活塞上的力傳給 曲軸。連桿小頭和活塞一起作往復(fù)運(yùn)動，連桿大頭和曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，連桿桿身作復(fù) 雜的平面擺動。連桿主要承受氣體壓力和往復(fù)

9、慣性力所產(chǎn)生的交變載荷。由于受力比較復(fù) 雜并且需要實(shí)驗(yàn)來指導(dǎo)，因此設(shè)計時應(yīng)綜合考慮。連桿主要尺寸設(shè)計連桿長度的確定值越大，連桿越短，則發(fā)動機(jī)的總高度越小。值 范圍為 1/3.2 1/3. 8 。取 =0.292 ，則連桿長度由桿比 來說明，而 =r/l 參考楊連生版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計設(shè)計 l=37mm/0.292=130mm6.1.2 連桿小頭尺寸的確定連桿小頭位于活塞內(nèi)腔，尺寸小、軸承比壓高、溫度較高。本次設(shè)計汽油機(jī)的連桿 材料選取為 45 鋼，密度 =7.85g/cm 3 .連桿小 頭的內(nèi) 徑， 參考楊 連生版 內(nèi) 燃機(jī)設(shè)計 設(shè)計 ， d 1 /D=0.25 0.3 ， 取 d 1 =0.3D=2

10、2mm，連桿小 頭的外 徑， 參考楊 連生版 內(nèi) 燃機(jī)設(shè)計 設(shè)計 ， D1 /d=1.2 1.35 ， 取D1 =1.25d=31mm，連桿小頭的寬度，參考楊連生版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計設(shè)計，B1 /d 1=1.2 1.4 ，取 B1 =1.2d 1=26mm，襯套外徑，參考楊連生版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計設(shè)計， d1/d=1.051.15 ， 取 d=1.1 d1 =24mm6.1.3 連桿大頭尺寸的確定連桿大頭的結(jié)構(gòu)和尺寸基本上決定了曲柄銷直徑 D2、長度 B2、連桿軸瓦厚度等等，對 曲軸的強(qiáng)度、剛度和承壓能力有很大的 影響。大頭的外形尺寸又決定了凸輪軸位置和曲 軸箱形狀，大頭的重量產(chǎn)生的離心力會使連桿軸承、主軸承

11、負(fù)荷增大，磨損加劇，有時還 不得不為此而增加平衡重，給曲軸設(shè)計帶來困難，因此在設(shè)計連桿大頭時，應(yīng)在保證強(qiáng)度 和剛度的條件下，尺寸盡量小，重量盡量輕。連桿大頭內(nèi)徑， 參考楊連生版 內(nèi)燃機(jī)設(shè)計 設(shè)計，D2/D=0.550.65 ， 取 D2=0.59D=43mm 連桿大頭外徑，參考楊連生版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計設(shè)計，D 2/D=0.60 0.68， 取 D2=0.63D=46mm連桿螺栓孔間距離， 參考楊連生版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計 設(shè)計，C/ D2 =1.2 1.25, 取 C=1.2D2 =53mm高度 H3，參考楊連生版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計設(shè)計， H3 / D 2 =0.35 0.4 ，取 H3 =0.38D 2=17mm高

12、度 H4 ，參考楊連生版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計設(shè)計，H4/ D2 =0.38 0.44 ，取 H4=0.4D2=18mm連桿強(qiáng)度的計算6.2.1 連桿小頭強(qiáng)度的計算襯套過盈配合的預(yù)緊力及溫升產(chǎn)生的應(yīng)力tpd1 (D122 d22 ) 1 (d22 d122 )E D12 -d2E d2 -d12式中 d2 小頭外徑，為 31mm；d1 小頭內(nèi)徑，為 22mm； 襯套材料的線膨脹系數(shù)，對于青銅，可取 =1.8 10 51/ c0 ；連桿小頭材料的線膨脹系數(shù)，對于鋼可取 =1.0 10 5(1/ c0 )；, 泊桑比，一般可取 =0.3 ；E連桿小頭材料的彈性模數(shù)對于剛， E=2.2 105 N/mmE1襯套

13、材料的彈性模數(shù)，對于青銅， E1=1.15 105 N/mm 計算得 t 0.065mm。計算可得： p 22.51Mpa把小頭視為內(nèi)壓厚壁圓筒，在壓力 P 的作用下外表面的切向應(yīng)力為D2 d2內(nèi)表面 i = D 2 -d2 p =102.5 N/mm22d 2外表面 a D2 d2 p =80.03 N/mm2D1 d1經(jīng)檢驗(yàn)小于 100-150 N/mm2小頭應(yīng)力的校核當(dāng)發(fā)動機(jī)處于額定工況時，連桿小頭的最大拉伸作用力為：Pjmax1 mR 2(1 ) 5638.93 N當(dāng)發(fā)動機(jī)處于起動工況時2Pj max 2 mR (1 ) 56.32NHm固定角 90 arccos 2 124.94D1

14、 / 2r d1 d2422 31413.18mm在 0 的截面上N 1 Pjmax (0.572 0.0008 ) 3215.64NM Pjmax r(0.000330.0297) =2.47 N m計算 截面拉伸力引起的法向力和彎矩為：N N cos0.5Pjmax(sincos ) 2086.02NM M N r (1 cos ) 0.5Pj max r (sincos ) 45.38N m小頭壁厚為 h d2 d1 2.1mm ；4b1 26mmEFEF E F0.84mm6r h h(2r h)18.478Mpa由拉伸作用在外表上產(chǎn)生的應(yīng)力為：aj 2M 取點(diǎn)火提前角為： 15 連桿

15、小頭的合力為：D2Pa ( pzmax p ) mR 2(cos cos2 ) 28258N4計算截面中由壓縮力引起的法向力和彎矩：N sin 1N1 Pasin cos 10925.8 (0.0005 0.002) 1192.73Nsin21 cosPa2M 1 Pa r M N (1 cos )1 a Par Pa=10925.8 0.010625 (0.00013 0.0005 1.2588 0.002) = 101.04N m6r h1a1 2M 1KN1= 24.649Mpah(2r h)b1h不對稱循環(huán)的最大和最小應(yīng)力為：maxaaj 98.51Mpaminaa1 55.38 Mp

16、a平均應(yīng)力及應(yīng)力幅：max min76.9476Mpamax min21.5636Mpa又由 n1zam1z材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，取 1z =200Mpaa 應(yīng)力幅；m 平均應(yīng)力；考慮表面加工情況的工藝系數(shù)，其值在 0.40.6 之間，取 a 0.421a 角系數(shù)， a 10 材料在對稱循環(huán)下的彎曲疲勞極限，對于鋼，0 (1.4 1.6) 1則取 a 0.43算得 n=2.299 1.5 則小頭合格6.2.2 連桿大頭的強(qiáng)度計算連桿大頭受慣性力拉伸載荷：Pjmax G G 2r(1 ) G2 G3 2r 10218.54 gg式中 G、G 、 G2 、 G3分別是活塞組、連桿組往復(fù)部

17、分、連桿旋轉(zhuǎn)部分及連桿大頭下半部分的重量。取 40 則彎曲應(yīng)力為：0.4F F P 0.023l1Pjmax Z(1 J/ J)18346.3N式中 Z 計算斷面的抗彎曲斷面模數(shù)，取 Z 5.0 10 9m3l1 計算圓環(huán)的曲率半徑，計算可得 l1 17mmF 、 F 大頭及軸承中央截面面積，計算可得 F F 0.00176m2查楊連生內(nèi)燃機(jī)設(shè)計 的值在 1500020000Nm 之間，合格。小結(jié)通過這次課程設(shè)計連桿組的設(shè)計，是在我們學(xué)習(xí)了工程制圖 、汽車構(gòu)造、內(nèi)燃機(jī)原 理、汽車發(fā)動機(jī)設(shè)計 以及大二和大三進(jìn)行過的課程設(shè)計的基礎(chǔ)上的一次專業(yè)課程設(shè)計， 我學(xué)到了許多大三、大四都沒來得及好好學(xué)的關(guān)鍵

18、內(nèi)容，而且在實(shí)踐中運(yùn)用，更是令我印 象深刻，深切體會到課程設(shè)計并非以前所想像的那樣紙上談兵。所有理論、公式都是為實(shí) 踐操作而誕生的?？梢哉f是對我所學(xué)知識的一次很好的鞏固和回憶，并且在設(shè)計過程中， 我還學(xué)會了查詢各種工具書的方法，提高了想象能力，學(xué)會了怎樣把學(xué)到的各門學(xué)科的知 識融會貫通，并提高了作圖的能力以及用 Excel 處理數(shù)據(jù)和繪制圖形的技能，使我對發(fā)動 機(jī)原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)有了更加深刻的認(rèn)識。參考文獻(xiàn) 1 唐增寶，何永然，劉安俊 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 華中科技大學(xué)出版社， 1999。 2 董敬，莊志，常思勤 汽車拖拉機(jī)發(fā)動機(jī) 機(jī)械工業(yè)出版社， 2001。 3 葉盛焱 摩托車發(fā)動機(jī)設(shè)計 人民郵電

19、出版社。 1997。 4 楊連生 內(nèi)燃機(jī)設(shè)計 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社， 1981。9 附表附表 1活塞行程 s(mm)活塞直徑D(mm)轉(zhuǎn)速 n(r/min)單缸壓縮 容積 vs(L)壓縮比余隙容積 vc(L)壓力參數(shù)767452000.3268690.04190560.85曲柄半徑 r(mm)連桿長度 (cm)半徑/ 長度 曲柄角速 度 (rad/s)進(jìn)氣壓力 pa (Mpa)Va (L)Pc(Mpa)371300.292544.540.0850.3677211.415303多變指數(shù) n1多變指數(shù) n21.281.35定容加熱 過程的壓 力升高比Vz (L)Pz(Mpa)Vb (L)Pb(Mpa

20、)60.04190568.4918180.3677210.653639528附表 2曲軸轉(zhuǎn)角活塞位移 x活塞速度 v活塞加速度 j（）(m)(m/s)(m/s200.0000.00014558.133100.7454626.49814188.523202.9419019.18913108.828306.47812962.61611403.4064011.18316276.1069203.0585016.83018826.6006671.5276023.16120536.6043988.8387029.90221386.5391333.3898036.78221411.434-1135.1529

21、043.54820692.520-3290.22810049.97919344.874-5048.45411055.89617502.678-6374.31112061.16115303.892-7279.06713065.68212876.179-7814.21214069.40210325.685-8060.37415072.2967729.904-8113.17816074.3575135.328-8067.90617075.5902559.939-8004.91718076.0000.000-7977.67719075.590-2559.939-8004.91720074.357-51

22、35.328-8067.90621072.296-7729.904-8113.17822069.402-10325.685-8060.37423065.682-12876.179-7814.21224061.161-15303.892-7279.06725055.896-17502.678-6374.31126049.979-19344.874-5048.45427043.548-20692.520-3290.22828036.782-21411.434-1135.15229029.902-21386.5391333.38930023.161-20536.6043988.83831016.83

23、0-18826.6006671.52732011.183-16276.1069203.0583306.478-12962.61611403.4063402.941-9019.18913108.8283500.745-4626.49814188.5233600.0000.00014558.1333600.0000.00014558.1333700.7454626.49814188.5233802.9419019.18913108.8283906.47812962.61611403.40640011.18316276.1069203.05841016.83018826.6006671.527420

24、23.16120536.6043988.83843029.90221386.5391333.38944036.78221411.434-1135.15245043.54820692.520-3290.22846049.97919344.874-5048.45447055.89617502.678-6374.31148061.16115303.892-7279.06749065.68212876.179-7814.21250069.40210325.685-8060.37451072.2967729.904-8113.17852074.3575135.328-8067.90653075.5902

25、559.939-8004.91754076.0000.000-7977.67755075.590-2559.939-8004.91756074.357-5135.328-8067.90657072.296-7729.904-8113.17858069.402-10325.685-8060.37459065.682-12876.179-7814.21260061.161-15303.892-7279.06761055.896-17502.678-6374.31162049.979-19344.874-5048.45463043.548-20692.520-3290.22864036.782-21

26、411.434-1135.15265029.902-21386.5391333.38966023.161-20536.6043988.83867016.830-18826.6006671.52768011.183-16276.1069203.0586906.478-12962.61611403.4067002.941-9019.18913108.8287100.745-4626.49814188.5237200.0000.00014558.133附表 3轉(zhuǎn)角汽缸瞬時容積燃?xì)鈮毫?調(diào)整后的燃?xì)鈇()(L)多變指數(shù)(MPa)壓力 (MPa)040.8579800.0850.0851044.0587

27、538800.0850.0852053.4989339400.0850.0853068.7048484600.0850.0854088.928223100.0850.08550113.203442900.0850.08560140.419244300.0850.08570169.397550900.0850.08580198.971621300.0850.08590228.056025700.0850.0851001101201301401501601701801902002102202302402502602702802903003103203303403503603603703803904

28、00410420430440450460470480490500510520530255.702161400.0850.085281.134902400.0850.085303.768324300.0850.085323.200972200.0850.085339.193533100.0850.085351.633754400.0850.085065360.494784100.0850.0850091365.793634700.0850.0850211367.556141.280.085049040.08504904365.79363471.280.0855739270.08557392736

29、0.49478411.280.087187260.08718726351.63375441.280.0900093890.090009389339.19353311.280.09425640.0942564323.20097221.280.1002671630.100267163303.76832431.280.108549880.10854988281.13490241.280.1198596010.119859601255.70216141.280.1353267640.135326764228.05602571.280.1566716950.156671695198.97162131.2

30、80.1865653860.186565386169.39755091.280.2292358860.229235886140.41924431.280.2914591140.291459114113.20344291.280.3840107620.38401076288.92822311.280.5230136480.52301364868.704848461.280.7276790550.72767905553.498933941.281.0023097731.00230977344.058753881.281.2850573211.28505732140.857981.281.41530

31、2611.4153026140.857981.358.4918185.87644.058753881.357.669746296.1329753.498933941.355.9014476426.012645668.704848461.354.2100912614.21009126188.92822311.352.9718097372.971809737113.20344291.352.1454281442.145428144140.41924431.351.6039784491.603978449169.39755091.351.2450874611.245087461198.9716213

32、1.351.001973981.00197398228.05602571.350.8334285750.833428575255.70216141.350.7141394790.714139479281.13490241.350.6283325340.628332534303.76832431.350.5659683250.565968325323.20097221.350.5205187670.520518767339.19353311.350.4876635210.487663521351.63375441.350.4645176590.464517659360.49478411.350.

33、4491701120.3786333365.79363471.350.4404084940.32111524540367.556141.350.4375598960.24469587550365.793634700.0850.1523333560360.494784100.0850.102432570351.633754400.0850.0987580339.193533100.0850.095590323.200972200.0850.085600303.768324300.0850.085610281.134902400.0850.085620255.702161400.0850.0856

34、30228.056025700.0850.085640198.971621300.0850.085650169.397550900.0850.085660140.419244300.0850.085670113.203442900.0850.08568088.928223100.0850.08569068.7048484600.0850.08570053.4989339400.0850.08571044.0587538800.0850.08572040.8579800.0850.085附表 4轉(zhuǎn)角壓力側(cè)壓力連桿力徑向力切向力a()PPnP1kt0-1.1770.000-1.177-1.1770

35、.00010-1.145-0.058-1.147-1.118-0.25620-1.051-0.105-1.057-0.952-0.45930-0.904-0.133-0.913-0.716-0.56740-0.713-0.136-0.726-0.459-0.56250-0.493-0.113-0.506-0.231-0.45160-0.261-0.068-0.270-0.072-0.26070-0.031-0.009-0.032-0.002-0.032800.1830.0550.191-0.0220.190900.3700.1130.387-0.1130.3701000.5230.1570.5

36、46-0.2450.4881100.6380.1820.663-0.3890.5371200.7160.1870.740-0.5200.5271300.7620.1750.782-0.6240.4721400.7840.1500.798-0.6960.3901500.7880.1170.797-0.7410.2941600.7840.0790.788-0.7640.1951700.7790.0400.780-0.7740.0971800.7770.0000.777-0.7770.0011900.780-0.0390.781-0.775-0.0952000.787-0.0790.791-0.76

37、6-0.1942100.793-0.1170.802-0.746-0.2942202302402502602702802903003103203303403503603603703803904004104204304404504604704804905005105205305405505605705805906006106206306406500.793-0.1510.807-0.705-0.3930.778-0.1780.798-0.637-0.4800.739-0.1930.764-0.538-0.5430.672-0.1920.699-0.411-0.5650.572-0.1720.598-0.270-0.5330.441-0.1350.461-0.136-0.4410.283-0.0850.296-0.03