目錄摘要 摘要星型發(fā)動(dòng)機(jī)是一種內(nèi)燃機(jī)，其主要作用是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備或車輛運(yùn)轉(zhuǎn)。其具有高功率密度和平衡性好的特點(diǎn)，能夠?yàn)轱w機(jī)、汽車以及其他工業(yè)設(shè)備提供足夠的推力和穩(wěn)定的工作狀態(tài)，為航空運(yùn)輸和軍事等領(lǐng)域的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，本位以星型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為題研究其機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)過(guò)程，為了完成本次設(shè)計(jì)內(nèi)容首先通過(guò)查閱相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)確定本次設(shè)計(jì)的活塞、缸體的傳動(dòng)數(shù)量以及相關(guān)的初始參數(shù)然后結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)資料確定其主要的安裝形式，并根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的材料力學(xué)和理論力學(xué)的相關(guān)知識(shí)對(duì)所設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論計(jì)算和受力分析，從而保證所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)能夠滿足本次設(shè)計(jì)的使用要求，從而確定各個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)尺寸，最后采用計(jì)算機(jī)圖形設(shè)計(jì)輔助軟件CAD和三維建模軟件solidworks繪制相關(guān)的零件圖和裝配圖，通過(guò)參數(shù)化的模型能夠更好的模擬所設(shè)計(jì)星型發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，能夠?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)提供更加穩(wěn)定的設(shè)計(jì)保障，通過(guò)本次對(duì)星型發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在加強(qiáng)自身所學(xué)知識(shí)理解和獨(dú)立自主動(dòng)手實(shí)踐的同時(shí)也對(duì)國(guó)內(nèi)星型發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：星型發(fā)動(dòng)機(jī)，理論力學(xué)，機(jī)械設(shè)計(jì)，CAD，三維建模，缸體

ABSTRACTAstarengineisaninternalcombustionenginewhosemainfunctionistoconvertchemicalenergyintomechanicalenergytodrivemechanicalequipmentorvehicles.Ithasthecharacteristicsofhighpowerdensityandgoodbalance,whichcanprovidesufficientthrustandstableworkingstateforaircraft,automobilesandotherindustrialequipment.Ithasmadeimportantcontributionstothedevelopmentofairtransportationandmilitaryandotherfields.Themaindesignprocessofitsmechanicalstructureisstudiedbasedonthetransmissionstructureofstarengine.Inordertocompletethedesignofthecontentofthefirstbyreferringtotherelevanttechnicalliteraturetodeterminethedesignofthepiston,cylindertransmissionnumberandrelatedinitialparametersandthencombinedwiththeexistingtechnicaldatatodetermineitsmaininstallationform,andaccordingtothemechanicaldesignmanualofmaterialmechanicsandtheoreticalmechanicsoftherelevantknowledgeofthedesignofthetraditionalstructurefortheoreticalcalculationandforceanalysis,Inordertoensurethatthedesignedstructurecanmeettherequirementsofthedesign,soastodeterminethestructuresizeofeachcomponent,finallyusingcomputergraphicsdesignaidsoftwareCADandthree-dimensionalmodelingsoftwaresolidworkstodrawrelevantpartsandassemblydrawings,throughtheparameterizedmodelcanbettersimulatethedesignofthestarenginemotionprocess.Canprovidemorestabledesignguaranteeforthisdesign,throughthedesignofthetransmissionstructureofthestarenginetostrengthentheirownknowledgeunderstandingandindependenthands-onpractice,butalsoprovideacertaintheoreticalbasisforthedevelopmentofthedomesticstarengine.Keywords:Starengine，Theoreticalmechanics，Mechanicaldesign，CAD，Three-dimensionalmodeling，Cylinderblock星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一章概述1.1課題研究的背景及意義1.1.1課題研究的背景星型發(fā)動(dòng)機(jī)是一種常用于飛行器的內(nèi)燃機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。為了提高星型發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性，需要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究是當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)領(lǐng)域的重要方向之一。通過(guò)對(duì)星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性，促進(jìn)航空、航天、軍事等領(lǐng)域的發(fā)展。1.1.2課題研究的意義星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的意義在于優(yōu)化星型發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，提高其性能和可靠性。星型發(fā)動(dòng)機(jī)是一種內(nèi)燃機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍事等領(lǐng)域。隨著科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)星型發(fā)動(dòng)機(jī)的要求也越來(lái)越高，需要不斷提高其性能和可靠性。通過(guò)對(duì)星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，可以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的意義：提高星型發(fā)動(dòng)機(jī)的性能：通過(guò)對(duì)星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率、動(dòng)力輸出、冷卻效果等方面的性能，從而實(shí)現(xiàn)更加高效、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)動(dòng)機(jī)。提高星型發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性：通過(guò)對(duì)星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和測(cè)試，可以找出發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，進(jìn)一步加強(qiáng)其設(shè)計(jì)和材料選擇，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。促進(jìn)航空、航天、軍事等領(lǐng)域的發(fā)展：星型發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍事等領(lǐng)域，其性能和可靠性直接影響到這些領(lǐng)域的發(fā)展。通過(guò)對(duì)星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性，為這些領(lǐng)域的發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。因此，星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究具有重要的理論和實(shí)際意義，對(duì)推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要的作用。星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)具有重要意義。首先，通過(guò)對(duì)星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的深入研究，可以加深對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理解，包括機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原理、設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)方法等方面的知識(shí)。其次，對(duì)星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，可以提高機(jī)械設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。這需要在研究過(guò)程中注重創(chuàng)新，采用新的設(shè)計(jì)思路和方法，提高解決問(wèn)題的能力。最后，通過(guò)對(duì)星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，可以提高機(jī)械設(shè)計(jì)師的綜合素質(zhì)，包括工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通協(xié)調(diào)能力等方面的能力。這對(duì)于提高機(jī)械設(shè)計(jì)師的職業(yè)素養(yǎng)和競(jìng)爭(zhēng)力具有重要作用。1.2課題研究的主要內(nèi)容星型發(fā)動(dòng)機(jī)是一種常見(jiàn)的內(nèi)燃機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)由一個(gè)中央的凸出的曲軸和多個(gè)與之相連的氣缸組成。每個(gè)氣缸內(nèi)都有一個(gè)活塞，它們的運(yùn)動(dòng)通過(guò)曲軸連桿轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力。星型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容包括以下方面：氣缸排列方式：氣缸的排列方式通常分為單排、雙排和多排，每種排列方式都有其優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇?；钊蜌忾T(mén)的設(shè)計(jì)：活塞和氣門(mén)的設(shè)計(jì)直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性，需要考慮到燃燒室形狀、氣門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)間、進(jìn)氣道和排氣道的流量等因素。曲軸和連桿的設(shè)計(jì)：曲軸和連桿的設(shè)計(jì)需要考慮到動(dòng)力輸出的平穩(wěn)性和可靠性，同時(shí)還需要滿足強(qiáng)度和剛度等要求。潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命和可靠性有著重要的影響，需要考慮到油路設(shè)計(jì)、油品選擇和冷卻等方面的問(wèn)題。整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：通過(guò)對(duì)各個(gè)部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)和整體結(jié)構(gòu)的調(diào)整，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性，減少能耗和排放，同時(shí)也可以降低成本和提高生產(chǎn)效率。綜上所述，星型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及到多個(gè)方面，需要綜合考慮各種因素，進(jìn)行系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)和研究。1.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)1.3.1國(guó)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)在國(guó)內(nèi)，星型發(fā)動(dòng)機(jī)的研究和應(yīng)用相對(duì)較少，主要集中在軍用領(lǐng)域和少量的民用領(lǐng)域。軍用方面，中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司（AVIC）旗下的哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)公司曾經(jīng)開(kāi)發(fā)了一些型號(hào)的星型發(fā)動(dòng)機(jī)，如HS-7和等，用于轟炸機(jī)和運(yùn)輸機(jī)等軍用飛機(jī)上。其中，HS-7是一款單排星型7缸發(fā)動(dòng)機(jī)，功率為1800馬力，在民用領(lǐng)域，中國(guó)的一些汽車制造商也曾經(jīng)嘗試過(guò)使用星型發(fā)動(dòng)機(jī)。例如，上海汽車集團(tuán)公司曾經(jīng)在20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)了一款以BMW801發(fā)動(dòng)機(jī)為藍(lán)本的星型發(fā)動(dòng)機(jī)，但由于技術(shù)和市場(chǎng)等原因，該發(fā)動(dòng)機(jī)并未投入生產(chǎn)。需要注意的是，由于星型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造工藝難度大、維護(hù)成本高等因素，使得其在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用受到一定的限制。但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，未來(lái)可能會(huì)有更多的中國(guó)企業(yè)投入到星型發(fā)動(dòng)機(jī)的研究和應(yīng)用中。中國(guó)的星型發(fā)動(dòng)機(jī)研究和應(yīng)用歷程相對(duì)較短。以下是一些重要的事件和發(fā)展階段：20世紀(jì)50年代初，中國(guó)開(kāi)始從蘇聯(lián)引進(jìn)一些星型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，并開(kāi)始對(duì)星型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。20世紀(jì)60年代，中國(guó)成功地開(kāi)發(fā)出了HS-5型星型發(fā)動(dòng)機(jī)，這是一款7缸、單排、渦軸式星型發(fā)動(dòng)機(jī)，功率為1400馬力。該發(fā)動(dòng)機(jī)被用于轟炸機(jī)等軍用飛機(jī)上。20世紀(jì)70年代，中國(guó)繼續(xù)開(kāi)發(fā)和改進(jìn)星型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，并開(kāi)發(fā)出了HS-6、HS-7等型號(hào)的星型發(fā)動(dòng)機(jī)，功率不斷提升。20世紀(jì)80年代，中國(guó)在民用領(lǐng)域也開(kāi)始嘗試使用星型發(fā)動(dòng)機(jī)，上海汽車制造廠研制出了一款BMW801發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)版的星型發(fā)動(dòng)機(jī)，但由于技術(shù)和市場(chǎng)等原因，該發(fā)動(dòng)機(jī)并未投入生產(chǎn)。近年來(lái)，中國(guó)開(kāi)始加大對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的投入，一些大型的航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)也開(kāi)始對(duì)星型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。例如，中國(guó)商飛公司（COMAC）曾計(jì)劃在C919窄體客機(jī)上使用星型發(fā)動(dòng)機(jī)，但最終選擇了傳統(tǒng)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)?？偟膩?lái)說(shuō)，中國(guó)的星型發(fā)動(dòng)機(jī)研究和應(yīng)用起步相對(duì)較晚，但在軍用領(lǐng)域上取得了一定的成果，未來(lái)也有望在民用領(lǐng)域上實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。圖1-1星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1.3.2國(guó)外發(fā)展趨勢(shì)目前，星型發(fā)動(dòng)機(jī)在歐美國(guó)家得到了廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也得到了不斷的改進(jìn)和完善。以下是一些國(guó)外星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀：發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)量的變化：歐美國(guó)家的星型發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)量從3個(gè)到18個(gè)不等，其中8個(gè)氣缸的設(shè)計(jì)最為普遍。較少的氣缸數(shù)可以帶來(lái)更高的功率密度和更低的重量，而較多的氣缸數(shù)則可以提供更平穩(wěn)的動(dòng)力輸出和更好的平衡性能。燃料噴射系統(tǒng)的改進(jìn)：近年來(lái)，歐美國(guó)家的星型發(fā)動(dòng)機(jī)研究中，燃料噴射系統(tǒng)的改進(jìn)是一個(gè)熱門(mén)的領(lǐng)域。采用高精度的電控噴射系統(tǒng)和多點(diǎn)噴射技術(shù)，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒更加完全，提高燃油利用率，降低排放和噪音。材料選擇的改進(jìn)：歐美國(guó)家的星型發(fā)動(dòng)機(jī)研究中，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)材料的選擇也進(jìn)行了不斷的改進(jìn)。目前，使用鋁合金、鈦合金、鎳基合金等高強(qiáng)度、高溫度合金的星型發(fā)動(dòng)機(jī)越來(lái)越多，這些材料能夠提供更好的耐久性、更高的強(qiáng)度和更輕的重量。空氣動(dòng)力學(xué)的優(yōu)化：歐美國(guó)家的星型發(fā)動(dòng)機(jī)研究中，空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化也是一個(gè)重要的方向。通過(guò)優(yōu)化進(jìn)氣道、排氣道、渦輪增壓器等部件的設(shè)計(jì)，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣效率和燃燒效率，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)性。綜上所述，歐美國(guó)家在星型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了大量的研究和改進(jìn)，取得了不少成果。這些研究成果為星型發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。星型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程，國(guó)外的研究機(jī)構(gòu)和制造商們經(jīng)過(guò)多年的努力和實(shí)踐，逐步改進(jìn)和完善了星型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。20世紀(jì)20年代初，德國(guó)的寶馬公司開(kāi)始研制星型發(fā)動(dòng)機(jī)，并且二戰(zhàn)期間，星型發(fā)動(dòng)機(jī)在軍用飛機(jī)和坦克上得到了廣泛應(yīng)用。德國(guó)的戴姆勒-奔馳公司生產(chǎn)了許多不同型戰(zhàn)后，歐美國(guó)家開(kāi)始大量生產(chǎn)星型發(fā)動(dòng)機(jī)用于軍用和民用領(lǐng)域。在航空領(lǐng)域，美國(guó)的Pratt&Whitney公司和德國(guó)的Daimler-Benzg公司陸續(xù)生產(chǎn)了各類型的星型發(fā)動(dòng)機(jī)。在汽車領(lǐng)域，德國(guó)的BMW公司、法國(guó)的Panhard公司、意大利的IsottaFraschini公司和美國(guó)的Stutz公司等都曾經(jīng)生產(chǎn)過(guò)星型發(fā)動(dòng)機(jī)汽車。其中，BMW的700和2000等車型受好評(píng)，并為該公司在汽車制造領(lǐng)域的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，星型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不斷得到改進(jìn)和完善。目前，歐美國(guó)家的一些星型發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化設(shè)計(jì)和模擬仿真，使用高強(qiáng)度、高溫度的合金材料制造，采用電控噴射系統(tǒng)和渦輪增壓器等高科技裝備，從而大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)性圖1-2星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1.3.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)目前，星型發(fā)動(dòng)機(jī)在軍用航空領(lǐng)域中仍有較為廣泛的應(yīng)用，但在民用航空領(lǐng)域中已經(jīng)逐漸被渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)所取代。以下是星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展的一些趨勢(shì)：燃油經(jīng)濟(jì)性提升：隨著全球?qū)θ加徒?jīng)濟(jì)性的要求不斷提高，星型發(fā)動(dòng)機(jī)也需要不斷升級(jí)改進(jìn)，以提高燃油經(jīng)濟(jì)性。例如，可以采用新材料、新工藝等方式降低發(fā)動(dòng)機(jī)重量，減少油耗。高溫高空性能提升：在軍用領(lǐng)域，星型發(fā)動(dòng)機(jī)需要具備在高溫高空環(huán)境下穩(wěn)定工作的能力，因此需要不斷提高發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫高空性能。例如，可以采用高溫合金材料、先進(jìn)的冷卻技術(shù)等方式提高發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫性能。低噪聲性能提升：隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲污染問(wèn)題也越來(lái)越受到關(guān)注。因此，星型發(fā)動(dòng)機(jī)也需要不斷提高低噪聲性能，以滿足環(huán)保要求。例如，可以采用降噪材料、降噪設(shè)計(jì)等方式降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲。數(shù)字化和智能化發(fā)展：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，星型發(fā)動(dòng)機(jī)也需要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智能化發(fā)展，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性。例如，可以采用數(shù)字化設(shè)計(jì)、智能化控制等方式提高發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和控制水平?？偟膩?lái)說(shuō)，未來(lái)星型發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)將是以燃油經(jīng)濟(jì)性、高溫高空性能、低噪聲性能、數(shù)字化和智能化為重點(diǎn)，以滿足不斷提高的市場(chǎng)需求和環(huán)保要求。第二章總體方案的設(shè)計(jì)2.1結(jié)構(gòu)功能分析星型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)主要功能是將燃油燃燒產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)力輸出，驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。具體來(lái)說(shuō)，星型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)包括中央的凸出的曲軸和多個(gè)與之相連的氣缸，每個(gè)氣缸內(nèi)都有一個(gè)活塞，通過(guò)曲軸連桿將活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械設(shè)備旋轉(zhuǎn)。除此之外，星型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)還需要具備以下功能：燃燒室的形狀和尺寸設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)合理的燃燒室可以提高燃燒效率，使燃油能夠更充分地燃燒，產(chǎn)生更大的能量輸出。氣門(mén)和進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)合理的氣門(mén)和進(jìn)氣道可以使空氣能夠更加順暢地進(jìn)入燃燒室，提高燃燒效率和動(dòng)力輸出。曲軸和連桿的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)合理的曲軸和連桿可以提高動(dòng)力輸出的平穩(wěn)性和可靠性，減少振動(dòng)和噪音，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：合理的潤(rùn)滑系統(tǒng)可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)部件之間的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，降低摩擦和磨損，延長(zhǎng)使用壽命。2.2初始參數(shù)擬定星型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)初始參數(shù)的擬定需要考慮多種因素，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的使用場(chǎng)景、所需的功率和扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)的大小和重量、燃油的性質(zhì)等。下面是一些常用的擬定初始參數(shù)的方法：1、根據(jù)功率和扭矩需求確定氣缸數(shù)和排量：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的功率和扭矩來(lái)確定氣缸數(shù)和排量大小。一般情況下，功率和扭矩越大，需要的氣缸數(shù)和排量也越大，根據(jù)本次設(shè)計(jì)所使用的工況需求所設(shè)計(jì)的氣缸的排量在≥80000ml，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速滿足3000r/min，所設(shè)計(jì)的氣缸直徑在31.5mm，具體的缸體數(shù)量7，其缸體氣體的沖入壓力在4mpa。2、根據(jù)空間和重量限制確定發(fā)動(dòng)機(jī)大小和重量：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)使用的空間和重量限制來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的大小和重量，以確保其可以適應(yīng)所需的應(yīng)用場(chǎng)景。3、根據(jù)燃油性質(zhì)選擇合適的壓縮比：燃油的性質(zhì)對(duì)壓縮比有一定的影響，需要根據(jù)燃油的性質(zhì)來(lái)選擇合適的壓縮比，以確保燃油可以完全燃燒，同時(shí)還需要考慮其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性和可靠性的影響。4、根據(jù)氣門(mén)和進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)確定凸輪軸和氣門(mén)間隙等參數(shù)：根據(jù)氣門(mén)和進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)來(lái)確定凸輪軸和氣門(mén)間隙等參數(shù)，以確保氣門(mén)能夠順暢地進(jìn)出，進(jìn)氣道能夠順暢地供應(yīng)燃料和空氣。根據(jù)曲軸和連桿的設(shè)計(jì)確定曲軸的主要參數(shù)：根據(jù)曲軸和連桿的設(shè)計(jì)來(lái)確定曲軸的主要參數(shù)，包括曲軸的偏距、主軸半徑、連桿長(zhǎng)度和連桿角度等，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。2.3結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)2.3.1結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)星型發(fā)動(dòng)機(jī)作為一種內(nèi)燃機(jī)，其主要功能是將燃料和空氣混合后在氣缸內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，從而推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，最終將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，提供動(dòng)力給機(jī)器或車輛，結(jié)合本次設(shè)計(jì)的任務(wù)書(shū)以及設(shè)計(jì)初始參數(shù)本次設(shè)計(jì)的具體方案圖如下：圖2-1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案圖1、所設(shè)計(jì)的槳葉結(jié)構(gòu)星型發(fā)動(dòng)機(jī)通常用于飛機(jī)和直升機(jī)等航空器上，其槳葉的功能與其他航空器上的槳葉類似。主要功能包括以下幾個(gè)方面：產(chǎn)生推進(jìn)力：槳葉可以將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力，將飛機(jī)或直升機(jī)向前推進(jìn)。控制飛機(jī)的速度和高度：通過(guò)控制槳葉的轉(zhuǎn)速和角度，可以調(diào)整飛機(jī)的速度和高度，以適應(yīng)不同的飛行需求。調(diào)整飛機(jī)的航向和姿態(tài)：通過(guò)調(diào)整槳葉的轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)速，可以調(diào)整飛機(jī)的航向和姿態(tài)，使其保持平衡和穩(wěn)定性。減少振動(dòng)和噪音：槳葉的設(shè)計(jì)和制造對(duì)減少發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)的振動(dòng)和噪音有著重要的作用。提高燃油經(jīng)濟(jì)性：優(yōu)秀的槳葉設(shè)計(jì)可以提高燃油經(jīng)濟(jì)性，降低飛機(jī)的燃油消耗和排放。2、星型發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸是連接連桿和主軸承的重要部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和壽命具有重要影響。一般來(lái)說(shuō)，星型發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)方面：材料選擇：曲軸通常由高強(qiáng)度、高硬度的合金鋼或鑄鋼制成，以承受發(fā)動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)和極端負(fù)載的壓力。軸承安裝：曲軸的兩端通常裝有主軸承和副軸承，以支撐和引導(dǎo)曲軸的旋轉(zhuǎn)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。3、星型發(fā)動(dòng)機(jī)的缸筒和活塞結(jié)構(gòu)與其他類型的發(fā)動(dòng)機(jī)有些不同，其主要特點(diǎn)是由多個(gè)氣缸和多個(gè)活塞組成，形成了星型的布局。具體來(lái)說(shuō)，星型發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸都有一個(gè)獨(dú)立的缸筒和活塞。這些氣缸的排列形成了一個(gè)星形，通常有3個(gè)、5個(gè)或7個(gè)氣缸。每個(gè)活塞都與曲軸相連，通過(guò)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。在星型發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于氣缸數(shù)量較多且排列形式特殊，缸筒和活塞的結(jié)構(gòu)也需要考慮更多的因素，如傳熱和機(jī)械強(qiáng)度等。因此，星型發(fā)動(dòng)機(jī)的缸筒和活塞通常采用高強(qiáng)度的鋁合金材料制造，以提高其耐久性和可靠性。第三章傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1活塞計(jì)算3.1.1氣缸體介紹星型發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)是一種內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)，其氣缸體通常采用鋁合金或鎂合金等輕質(zhì)材料制造，以便減輕發(fā)動(dòng)機(jī)整體重量。氣缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件之一，它承受著高壓和高溫的氣體作用力，同時(shí)又要保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和尺寸精度。在星型發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)中，氣缸體通常采用鑄造工藝制造而成，其形狀呈現(xiàn)出星形，因此得名為"星型發(fā)動(dòng)機(jī)"。星型發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體通常由多個(gè)氣缸組成，這些氣缸都圍繞著一個(gè)中心軸對(duì)稱排列。在每個(gè)氣缸中，都有一個(gè)活塞和氣門(mén)系統(tǒng)，活塞在內(nèi)部往返運(yùn)動(dòng)（最高速度可達(dá)100km/s），通過(guò)曲軸帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，從而將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。由于星型發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)的特殊結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，相比于其他類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有更高的功率輸出和更小的體積重量比，因此被廣泛應(yīng)用于航空和汽車等領(lǐng)域。星型發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)的氣缸體通常采用液冷方式進(jìn)行冷卻。液冷系統(tǒng)包括水泵、散熱器、水管、水箱等組成部分。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氣缸體會(huì)產(chǎn)生高溫，為了防止氣缸體過(guò)熱，水泵會(huì)將冷卻水抽入散熱器中，通過(guò)水管和水箱的連接將冷卻水循環(huán)流動(dòng)起來(lái)。冷卻水經(jīng)過(guò)散熱器，通過(guò)自然對(duì)流或者電扇強(qiáng)制冷卻，使其散熱到外界，同時(shí)也將氣缸體內(nèi)部的熱量帶走，從而達(dá)到冷卻的效果。3.1.2氣缸直徑和氣缸個(gè)數(shù)星型發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)的氣缸直徑和氣缸個(gè)數(shù)可以根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行調(diào)整。一般而言，星型發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸直徑較小，以便提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率密度。同時(shí)，氣缸的數(shù)量也是可以根據(jù)具體設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行調(diào)整的，常見(jiàn)的星型發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)量有3、5、7、9、14等不同的規(guī)格。較小的氣缸數(shù)量可用于小型飛機(jī)或單座汽車，而較大的氣缸數(shù)量則適用于大型飛機(jī)或賽車等高性能車輛。此外，氣缸直徑和氣缸數(shù)量的選擇還需要考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)的重量、功率、燃油消耗率、噪音和振動(dòng)等因素，需要進(jìn)行全面權(quán)衡和設(shè)計(jì)優(yōu)化，本次設(shè)計(jì)根據(jù)相關(guān)資料確定具體使用工況的氣缸體直徑.并且所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)為：星型發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)常見(jiàn)行星發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式，選取氣缸個(gè)數(shù)為圓周均勻分布的7個(gè)氣缸。即N=7。3.1.3計(jì)算活塞行程氣缸工作容積是指氣缸活塞在上止點(diǎn)和下止點(diǎn)之間的有效容積大小，也可以稱為總排量。它是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，與氣缸直徑的平方、活塞沖程的長(zhǎng)度以及氣缸數(shù)量等因素相關(guān)。氣缸工作容積大小對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有著重要的影響。一般來(lái)說(shuō)，氣缸直徑越大，工作容積也越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能力就越強(qiáng)，從而能夠提供更高的功率輸出。相反，氣缸直徑較小，工作容積也相應(yīng)減小，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出就會(huì)降低。此外，活塞沖程的長(zhǎng)度也會(huì)影響氣缸工作容積的大小。沖程越長(zhǎng)，氣缸工作容積也就越大，這意味著發(fā)動(dòng)機(jī)能夠吸入和排出更多的空氣燃料混合物，從而產(chǎn)生更大的動(dòng)力輸出。但是，沖程過(guò)長(zhǎng)也會(huì)增加活塞和連桿的運(yùn)動(dòng)慣量，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速度和轉(zhuǎn)速范圍等性能指標(biāo)產(chǎn)生負(fù)面影響。圖1氣缸燃燒室容積和工作室容積（a）燃燒室容積（b）工作室容積氣缸工作容積的計(jì)算公式為V式中：——?dú)飧坠ぷ魅莘e();——?dú)飧字睆剑ǎ?——活塞行程（;）——?dú)飧讛?shù)目本次設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書(shū)所定的參數(shù)：可知發(fā)動(dòng)機(jī)要求其排氣量參數(shù),則將上面公式變形可得：S取整為：S=15mm當(dāng)氣缸行程確定后，其燃燒室體積計(jì)算為：與已知參數(shù)對(duì)比可知，此次設(shè)計(jì)的燃燒室體積符合設(shè)計(jì)要求。3.2連桿的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)本次設(shè)計(jì)的曲軸半徑和活塞行程關(guān)系為：S=2r式中：r為曲軸半徑r在行星發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中曲軸半徑的大小影響著曲軸的工作強(qiáng)度，此次設(shè)計(jì)中取曲軸半徑為r=10mm3.2.1氣缸工作內(nèi)壓力、氣缸總推力氣缸工作內(nèi)壓力隨著行程而不斷變化、高質(zhì)量的氣缸在跳火燃燒的瞬間，內(nèi)壓力可達(dá)，星型發(fā)動(dòng)機(jī)的總推力與單缸推力之間存在直接的線性關(guān)系，即：F總=F單*n其中，單缸推力指的是星型發(fā)動(dòng)機(jī)中每個(gè)缸所產(chǎn)生的推力大小。缸數(shù)是指星型發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣缸數(shù)量，包括單排星型發(fā)動(dòng)機(jī)和雙排星型發(fā)動(dòng)機(jī)。氣缸總推力是指一個(gè)周期內(nèi)氣缸對(duì)外實(shí)際作功式中：——?dú)飧卓偼屏Γǎ?——?dú)飧仔剩灰话?；——?dú)飧坠ぷ鲀?nèi)壓力（）；——?dú)飧字睆剑ǎ！獨(dú)飧讛?shù)目帶入數(shù)據(jù)可計(jì)算：F有關(guān)計(jì)算結(jié)果：名稱尺寸或數(shù)值單位氣缸直徑D31.5mm活塞行程S15mm燃燒室體積V81786.2ml曲軸半徑r10mm氣缸工作內(nèi)壓力F65402.9KN3.2.2連桿比的設(shè)計(jì)計(jì)算曲柄連桿臂是指曲柄軸上的曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度之比，通常用L/R表示。其中，L為連桿長(zhǎng)度，R為曲柄半徑。這個(gè)比值是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，可以影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和特點(diǎn)。較高的曲柄連桿臂通常會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)更加平滑和高轉(zhuǎn)速，因?yàn)樗梢詼p少連桿角度的變化，并且可以減小活塞與缸體之間的偏移量，從而減少振動(dòng)和噪音。另一方面，較低的曲柄連桿臂通常會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)更具扭矩和低速輸出能力，因?yàn)樗梢蕴岣哌B桿角度的變化，增加活塞在上死點(diǎn)和下死點(diǎn)的停留時(shí)間，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)有更大的輸出扭矩。不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)通常具有不同的曲柄連桿臂比例。例如，高性能賽車發(fā)動(dòng)機(jī)通常具有較高的連桿比，以提供更高的轉(zhuǎn)速和功率輸出；而柴油機(jī)通常具有較低的連桿比，以提供更強(qiáng)的低速扭矩和經(jīng)濟(jì)性,根據(jù)計(jì)算公式可得:λ式中：r——曲柄半徑，即曲柄銷中心到曲軸中心之間的距離；l——連桿長(zhǎng)度，即連桿大小頭軸線之間的距離。對(duì)于一般情況下的取值,上述設(shè)計(jì)中已知曲柄半徑為r=10mm則連桿長(zhǎng)度取值范圍為：ll則30mm≤l≤60mm取此次連桿長(zhǎng)度為：l=57mm3.2.3曲柄連桿機(jī)構(gòu)的當(dāng)量質(zhì)量曲柄連桿機(jī)構(gòu)的當(dāng)量質(zhì)量是指曲柄連桿機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷，與機(jī)構(gòu)自身的質(zhì)量相關(guān)，它可以影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力平衡和振動(dòng)水平。當(dāng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)，活塞和連桿會(huì)產(chǎn)生慣性力和離心力，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)和動(dòng)態(tài)載荷。為了描述這種載荷，引入了當(dāng)量質(zhì)量的概念，它是指與曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相當(dāng)?shù)馁|(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，即所謂的當(dāng)量質(zhì)量，本次所設(shè)計(jì)的連桿小頭質(zhì)量m1和連桿大頭質(zhì)量m2這樣往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m式中：mp——活塞組質(zhì)量（mmc——連桿量，（ma——連桿的重心位置距連桿大頭中心的尺寸(取連桿中心位置位于距離大端位置三分之一處，則a=57帶入數(shù)據(jù)得：m旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量mrm式中：mk——曲柄上不平衡部分是指曲柄在旋轉(zhuǎn)時(shí)由于不同的質(zhì)量分布而產(chǎn)生的不平衡力，它可以導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并且降低發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命和可靠性。為了減小這種不平衡力的影響，通常會(huì)在曲柄上增加一些平衡質(zhì)量；b——連桿的重心位置距連桿小頭中心的尺寸。3.2.4連桿載荷計(jì)算連桿的載荷計(jì)算一般可以分為靜載荷和動(dòng)載荷兩部分。靜載荷是指發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中產(chǎn)生的靜態(tài)載荷，主要包括活塞重量、活塞所受壓力、連桿重量、曲軸重量等。動(dòng)載荷是指發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷，主要包括活塞慣性力、連桿慣性力、氣門(mén)反彈力、曲軸旋轉(zhuǎn)慣性力等。對(duì)于靜載荷，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的要求，計(jì)算出連桿的最大靜載荷和最小靜載荷。最大靜載荷對(duì)應(yīng)著活塞在上止點(diǎn)時(shí)對(duì)連桿產(chǎn)生的最大壓力，最小靜載荷對(duì)應(yīng)著活塞在下止點(diǎn)時(shí)對(duì)連桿產(chǎn)生的最小壓力。這些參數(shù)可以通過(guò)數(shù)學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)測(cè)試等方法來(lái)確定。對(duì)于7行程發(fā)動(dòng)機(jī)，其數(shù)值主要是活塞組和連桿計(jì)算斷面以上那部分連桿質(zhì)量的往復(fù)慣性力，即p式中：G1'——分別為活塞組和連桿計(jì)算斷面以上那部分的質(zhì)量（G'=300gω——曲軸角速度，ω=n——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速（n=3000代入相應(yīng)的額計(jì)算公式可得：p最大壓縮載荷的數(shù)值是最大爆發(fā)壓力產(chǎn)生的推力減去慣性力產(chǎn)生的結(jié)果。因此，在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，需要對(duì)連桿和活塞等部件進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，以保證其能夠承受最大壓縮載荷，從而確保發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性根據(jù)計(jì)算設(shè)計(jì)手冊(cè)起具體代表為：pjp式中：pzp帶入數(shù)據(jù)可計(jì)算得：p3.2.5連桿的應(yīng)力校核小頭安全系數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算公示查表：式中：——對(duì)稱循環(huán)下拉壓疲勞極限；——應(yīng)力副；——平均應(yīng)力；——考慮零件的加工工藝根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表；；——角系數(shù)，——對(duì)稱循環(huán)下彎曲疲勞極限；——脈沖循環(huán)下彎曲疲勞極限；小頭應(yīng)力按不對(duì)稱循環(huán)變化，在固定角截面的外表面處應(yīng)力變化較大，通常只計(jì)算該處的安全系數(shù)，根據(jù)本次設(shè)計(jì)工況具體計(jì)算可得如下內(nèi)容：循環(huán)最大應(yīng)力循環(huán)最小應(yīng)力式中：——襯套過(guò)盈配合和受熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力；——慣性力拉伸引起的應(yīng)力；——受壓是產(chǎn)生的應(yīng)力。應(yīng)力副平均應(yīng)力小頭應(yīng)力的安全系數(shù)通常需要大于1.5才能保證軸的疲勞壽命符合設(shè)計(jì)要求。這是因?yàn)樾☆^應(yīng)力的分布不均勻，同時(shí)也受到多種因素的影響，如工作負(fù)載、工作環(huán)境、材料特性等。因此，如果小頭應(yīng)力的安全系數(shù)過(guò)低，就可能會(huì)導(dǎo)致軸的疲勞壽命過(guò)短，甚至?xí)霈F(xiàn)斷裂等嚴(yán)重的故障，根據(jù)本次設(shè)計(jì)所選擇的材料具體內(nèi)容為：具體的材料屈服極限計(jì)算為：屈服極限強(qiáng)度極限對(duì)稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限：σ對(duì)稱循環(huán)下的彎曲疲勞極限脈沖循環(huán)下的彎曲疲勞極限σ角系數(shù)工藝系數(shù)：?應(yīng)力副：σ平均應(yīng)力：σ將上述參數(shù)帶入方程可得：n符合要求；3.3曲軸的設(shè)計(jì)3.3.1曲軸的功能介紹曲軸是內(nèi)燃機(jī)的重要組成部分之一，它位于發(fā)動(dòng)機(jī)底部，是由一根長(zhǎng)條形金屬桿件制成，其作用是將活塞的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿將動(dòng)力傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸上。具體而言，曲軸的主要功能包括以下幾個(gè)方面：1．接收活塞的動(dòng)力：將活塞的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而曲軸將這種線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠輸出動(dòng)力。2．產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力：曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將活塞的線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)連桿和曲軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。3．平衡發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)：曲軸在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中能夠產(chǎn)生一定的平衡作用，能夠減小發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)性和可靠性。4．驅(qū)動(dòng)配件：曲軸的一端通常會(huì)連接飛輪、冷卻水泵、機(jī)油泵、發(fā)電機(jī)等配件，從而驅(qū)動(dòng)這些配件的工作?？偟膩?lái)說(shuō)，曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件之一，承載著連接活塞和配件、轉(zhuǎn)換能量等多個(gè)重要功能，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性具有至關(guān)重要的影響。3.3.2曲軸的設(shè)計(jì)計(jì)算曲軸銷是連接曲軸和連桿的關(guān)鍵部件，其設(shè)計(jì)計(jì)算需要考慮到多個(gè)因素，包括曲軸轉(zhuǎn)速、負(fù)載、工作環(huán)境等b，具體外形結(jié)構(gòu)示意圖如下：b主軸的設(shè)計(jì)、校核1、確定主軸的最小直徑d由材料40Cr取A。＝100；P＝6Kw；n＝1500r帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：d取整為：d=16mm2、曲軸的載荷、校核和風(fēng)扇連接處的受力FTFF由彎矩圖計(jì)算公式： MMvb總彎矩計(jì)算公式如下：M根據(jù)設(shè)計(jì)已知的扭矩：T計(jì)算彎矩MMσ確定危險(xiǎn)截面，查表得許用彎曲應(yīng)力[σ根據(jù)結(jié)果分析其所設(shè)計(jì)的應(yīng)力能夠符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的只用要求；第四章三維建模和裝配4.1三維軟件的介紹4.1.1三維軟件的介紹SolidWorks是一款三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、汽車工程、航空航天等領(lǐng)域，其主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：創(chuàng)建零件：首先，需要在SolidWorks中創(chuàng)建一個(gè)新的零件文件，可以選擇標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)中的部件，也可以從頭開(kāi)始創(chuàng)建一個(gè)新的零件。繪制草圖：在創(chuàng)建零件之后，需要使用草圖工具在三維坐標(biāo)系中繪制草圖，草圖可以是2D的線條、圓弧、多邊形等形狀。創(chuàng)建實(shí)體：在完成草圖之后，可以使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等工具將草圖轉(zhuǎn)化為實(shí)體，形成三維模型。添加特征：可以通過(guò)添加特征來(lái)進(jìn)一步修改模型，例如添加倒角、圓角、螺紋等特征，使模型更加完整。建立裝配：可以將多個(gè)零件組裝在一起，形成裝配模型，這需要使用SolidWorks的裝配工具進(jìn)行操作。進(jìn)行模擬和分析：在模型完成后，可以使用SolidWorks的仿真和分析工具進(jìn)行模擬和分析，例如強(qiáng)度分析、流體動(dòng)力學(xué)模擬等。生成制圖：最后，可以使用SolidWorks的制圖工具生成2D圖紙，并輸出到打印機(jī)或者PDF文件中。4.2三維軟件的建模步驟創(chuàng)建新文件：在SolidWorks中打開(kāi)軟件并創(chuàng)建一個(gè)新文件，選擇需要的文件類型（例如：零件、裝配、圖紙）。繪制草圖：在零件文件中，使用Sketch工具創(chuàng)建草圖，包括繪制幾何形狀和添加約束和尺寸等。創(chuàng)建特征：使用3D功能添加附加特征：添加附加特征，包括倒角、圓角、螺紋、法線、鏡像等。創(chuàng)建裝配：在裝配文件中，將零件組裝在一起，包括使用組件、配合、裝配約束等工具。進(jìn)行分析：對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，包括運(yùn)動(dòng)仿真、流體力學(xué)分析、熱分析、疲勞分析等。生成圖紙：在制圖文件中創(chuàng)建工程圖紙，包括添加尺寸、注釋、視圖、邊框和標(biāo)題等。完成設(shè)計(jì)：完成設(shè)計(jì)之后，可以保存和導(dǎo)出設(shè)計(jì)文件，包括零件、裝配、圖紙等。以上是SolidWorks三維建模的一般步驟，具體步驟可能因設(shè)計(jì)目的、材料和形狀而異。在實(shí)際操作中，需要熟悉SolidWorks的工具和功能，才能快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建3D模型，具體的零件建模圖如下：1.缸體的建模圖4-1草圖編輯圖4-2特征處理2.連桿的建模圖4-3連桿的建模3.活塞的建模圖4-4活塞的建模4.曲軸的建模圖4-5曲軸的建模4.3三維軟件的裝配4.3.1solidworks軟件介紹SolidWorks三維裝配是在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建三維裝配模型的過(guò)程，它具有以下重要意義：產(chǎn)品設(shè)計(jì)可視化：通過(guò)SolidWorks三維裝配，設(shè)計(jì)人員可以在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建三維模型，使得設(shè)計(jì)成果更加直觀、可視化，更容易被溝通和理解，并且增加產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠性；產(chǎn)品設(shè)計(jì)協(xié)同：多個(gè)設(shè)計(jì)人員可以在同一裝配文件中協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、調(diào)試、優(yōu)化的快速迭代，提高設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造：SolidWorks三維裝配可以直接輸出CAD文件、CAM文件或STL文件，用于產(chǎn)品的制造、加工、3D打印等。因此，SolidWorks三維裝配是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中不可或缺的一部分，它有助于提高產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、效率和競(jìng)爭(zhēng)力具體的Solidworks三維裝配過(guò)程如下：1、創(chuàng)建新文件：在SolidWorks中打開(kāi)軟件并創(chuàng)建一個(gè)新的裝配文件。2、導(dǎo)入零件：將需要組裝的零件導(dǎo)入到裝配文件中。3、創(chuàng)建基準(zhǔn)面：在裝配文件中創(chuàng)建一個(gè)基準(zhǔn)面，用于確定裝配的相對(duì)位置。4、創(chuàng)建約束：使用裝配約束工具將零件定位在正確的位置，例如：平移、旋轉(zhuǎn)、對(duì)齊、配合、角度等。5、檢查配合：檢查零件之間的配合是否正確，包括軸向、徑向、垂直、平行、對(duì)稱等。6、添加硬件：將螺栓、螺母、墊片等硬件添加到裝配中，以確保零件之間的穩(wěn)固連接。7、進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真：使用運(yùn)動(dòng)仿真工具模擬裝配件的運(yùn)動(dòng)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性和可靠性。8、添加注釋：在裝配中添加注釋，包括尺寸、標(biāo)記、說(shuō)明和說(shuō)明文字等。9、完成設(shè)計(jì)：完成裝配之后，可以保存和導(dǎo)出裝配文件，以便進(jìn)行進(jìn)一步的分析、測(cè)試和制造。4.3.2solidworks三維裝配SolidWorks是一款三維CAD軟件，它可以用于制作零部件、裝配件和工程圖等。SolidWorks的三維裝配功能可以讓用戶將多個(gè)零部件組裝在一起，并進(jìn)行模擬和分析，以驗(yàn)證裝配件的性能和可靠性。1.創(chuàng)建零部件：先創(chuàng)建每個(gè)零部件的三維模型，并設(shè)定好每個(gè)零部件的材料、質(zhì)量、表面處理等屬性。2.創(chuàng)建裝配件：在新建裝配文檔中，將零部件一一拖入裝配文件中，根據(jù)需要進(jìn)行位置、方向、數(shù)量等設(shè)置。3.裝配約束：對(duì)于裝配件之間需要互相配合的部位，可以使用約束功能，將它們固定在一起。4.重復(fù)性部件的裝配：如果有多個(gè)相同的零部件需要裝配，可以使用副本功能來(lái)節(jié)省時(shí)間。5.調(diào)整裝配：進(jìn)行裝配后，可以對(duì)零部件進(jìn)行微調(diào)和調(diào)整，以達(dá)到更好的配合效果。6.檢查裝配：裝配完成后，使用自帶的功能進(jìn)行碰撞檢查和運(yùn)動(dòng)模擬等操作，以驗(yàn)證裝配件的性能和可靠性。圖4-6三維裝配圖第五章零件的有限元分析有限元分析是一種數(shù)值分析方法，廣泛應(yīng)用于工程和科學(xué)領(lǐng)域中復(fù)雜系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬。該方法將連續(xù)物體分割成有限數(shù)量的小元素（或區(qū)域），然后對(duì)每個(gè)元素進(jìn)行計(jì)算，以確定系統(tǒng)的行為。這些元素通常是三角形或四邊形，也可以是其他形狀。有限元分析可用于解決各種問(wèn)題，如結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性、流體流動(dòng)和熱傳遞、電磁場(chǎng)、聲學(xué)和生物力學(xué)等問(wèn)題。它被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航空航天、土木、電氣和生物醫(yī)學(xué)等工程領(lǐng)域。在有限元分析中，物體的行為由一組偏微分方程描述。這些方程通常很難或不可能以解析方式解決，因此需要使用數(shù)值方法進(jìn)行求解。有限元分析是一種這樣的數(shù)值方法，它將物體分解成有限數(shù)量的元素，并使用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)技術(shù)將元素之間的相互作用建模為矩陣方程組。有限元分析的主要步驟包括建立有限元模型、定義材料和邊界條件、應(yīng)用數(shù)值方法求解方程組、進(jìn)行后處理和結(jié)果分析。這些步驟需要使用專業(yè)的軟件工具和數(shù)學(xué)知識(shí)，因此需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師或科學(xué)家來(lái)完成。雖然有限元分析是一種強(qiáng)大的工具，但它仍然有一些局限性和限制條件。例如，它通常假設(shè)材料是均勻和各向同性的，并且忽略了物體的真實(shí)形狀和邊緣效應(yīng)。此外，計(jì)算成本也可能很高，特別是對(duì)于大型、復(fù)雜的系統(tǒng)。5.1solidworks有限元分析的介紹SolidWorks進(jìn)行有限元分析的基本步驟：1、創(chuàng)建模型：使用SolidWorks創(chuàng)建三維模型，并將其保存為SolidWorks部件文件（.sldprt）。2、設(shè)定材料屬性：在模型中定義所使用的材料的物理特性，如密度、彈性模量、泊松比等。3、設(shè)定邊界條件：定義模型上的固定點(diǎn)、載荷和限制條件，如約束和連接條件。4、創(chuàng)建網(wǎng)格：將模型劃分為有限數(shù)量的小元素（網(wǎng)格），這是有限元分析的關(guān)鍵步驟之一。5、網(wǎng)格的大小和密度對(duì)分析結(jié)果有重要影響。6、設(shè)定分析類型：選擇所需的分析類型，如靜力學(xué)分析、熱分析、流體力學(xué)分析等。7、運(yùn)行分析：?jiǎn)?dòng)分析過(guò)程并等待分析完成，分析結(jié)果將顯示在SolidWorks的分析窗口中。8、后處理：分析完成后，進(jìn)行后處理操作，包括查看應(yīng)力、應(yīng)變、變形、溫度等分析結(jié)果，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)估和解釋。優(yōu)化：根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行模型優(yōu)化，以滿足設(shè)計(jì)要求或提高性能。5.2零件的具體分析結(jié)果5.2.1曲軸零件的有限元分析1.設(shè)置材料為45鋼圖5-12、添加夾具（桌面受力是其四角腿部支撐是固定的）、施加壓力，為了更好的驗(yàn)證受力情況，此次分析值為1000N.）生成網(wǎng)格最后進(jìn)行運(yùn)行算例得到應(yīng)力圖，具體分析結(jié)果如下：圖5-2圖5-3圖5-4根據(jù)有限元分析結(jié)構(gòu)所收到的應(yīng)力和應(yīng)變的形變能夠滿足本次設(shè)計(jì)得及結(jié)果要求，因此對(duì)于結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)比較合適。5.2.2小連桿有限元分析圖5-52.添加夾具（桌面受力是其四角腿部支撐是固定的）、施加壓力，為了更好的驗(yàn)證受力情況，此次分析值為1000N.）生成網(wǎng)格最后進(jìn)行運(yùn)行算例得到應(yīng)力圖，具體分析結(jié)果如下：圖5-6圖5-7圖5-8根據(jù)有限元分析結(jié)構(gòu)所收到的應(yīng)力和應(yīng)變的形變能夠滿足本次設(shè)計(jì)得及結(jié)果要求，因此對(duì)于結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)比較合適。第六章總結(jié)星型發(fā)動(dòng)機(jī)是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能優(yōu)越的發(fā)動(dòng)機(jī)類型，具有高功率、高效率、高可靠性和低振動(dòng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍事等領(lǐng)域。在星型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要考慮諸多因素，包括發(fā)動(dòng)機(jī)類型、工作原理、性能參數(shù)、材料特性、制造工藝、安全可靠性、環(huán)保要求等。其中，關(guān)鍵技術(shù)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)幾何參數(shù)設(shè)計(jì)：包括缸徑、行程、缸數(shù)、氣門(mén)布局、曲軸結(jié)構(gòu)、活塞結(jié)構(gòu)、氣缸蓋結(jié)構(gòu)等。冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)：包括散熱器、水泵、水箱、水管、水嘴等。潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)：包括油泵、油箱、油管、油濾器、油冷卻器等。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)：包括曲軸、連桿、活塞、飛輪、傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)皮帶等。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：包括凸輪軸、氣門(mén)、節(jié)氣門(mén)、燃油噴射器、點(diǎn)火器等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，如SolidWorks、CAD等，以便進(jìn)行三維建模、裝配仿真、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。同時(shí)，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和測(cè)試，以保證設(shè)計(jì)的正確性和可靠性。綜上所述，星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的工程，需要充分考慮多個(gè)方面的因素，并運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)手段進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，才能得到性能優(yōu)越、穩(wěn)定可靠的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。參考文獻(xiàn)周民生、馮火