发动机曲柄连杆机构的设计.docx
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1、摘要以桑煤纳 2023AJR 型发动机为例,基于和关参数对发动机曲柄滑块机构主要零部件进展构造设计计算,同肘进展强度、刚度等方面的校核,并进展相关力学分析和机构运动仿真分析,以达列良好的生尹经济效葢。目前国外对发动机曲柄连杆机构的动力学分析的方法很多,而且已经屯專和成熟,但 仍缺乏一种屋于良好生尹赦盖、经济效益上的综合性分析,本次设计柱请術、全面訓析的根底上,有机地将各研丸栈块联糸起.来,到达阮简便又请術的设计目的,力求为发动机曲 柄滑块机构的设计供给一种综合全面的思路。分析研兜的主要栈块分为以下三个局部:弟一,对发动机曲柄滑块机构进展力学分析,着重分析活塞的位移、速度、加速度以及工质的作用力
2、和机构的惯性力;笫二,进展曲柄 滑块机构活瘪组、连杆组以及曲轴的构造设计, 并对其強度和创度进展校核;第三,应用 Pro / Engineer 建立曲柄滑块机构主要零部件的几何槐型,并利用Pro/Mechanism 4.行机 构仿真。关健词:发动机;曲柄滑块机构;力学分析;机构仿真优质资料.优质资料笫一章 绪论11国外发袈现状11.2 争论的主要家1笫二章 总体方亲的彳殳计22原始参数的逸定22.2 原理性方亲彳殳计22.3 构造的彳殳计32.4 确定彳殳计方亲3笫三章中心”曲柄连杆机构的彳殳计53毛缸的作用力分析53.2 惯性力的计算5第四章 活瘪以及连杆组件的锻84彳殳计焙瘪组件84.2
3、彳殳计活塞销94.3 焙塞销座94.4 连杆的彳殳计9第五章曲轴的彳殳计115曲轴的妨料的选择115.2 确走曲轴的主要尺寸和构造细节11笫夫章曲柄连杆机构的创立136活农的创立136.2 连杆的创立146.3 曲轴的创立166.4 曲柄连杆机构其它零件的创立18笫七章 活瘦及连杆的裝配197. 1 潺加活农组件197.2 添加连杆体纽件197.3 曲軸连杆的连接20总结22参考丈秋23完毕语24优质资料.第一*绮论1.1 国外发袈现状水冷式S 冲程往复活塞式燃机是目希使用最/泛的燃机,应用于轿车、公交车和柴油机 的中型和重型卡车。最知名的发动机,是转子活塞式发动机,也称为转子式发动机,但应用
4、很少。就全球的九车进展而言,汽车发动机技术,具有优良的性能,更好的燃油经济性和动力性能,得列越来越/ 泛的关注。发动时机越来越向环境保护和节能的方向进展。1.2 研死的主要家以桑煤纳 2023AJR 型的发动机为例,对发动机中的曲柄滑块机构,进展诛入的分析 与研死,研兜家如下:(1) 对曲柄滑块机构的力学进展分析,对曲柄滑块机构的主要部件进展强度、刚度计算,以便满足设计所需要的要求。(2) 分析活农,活墓縮,活塞鞘座的设计要求,确定主要构造的尺寸。(3) 应用 Pro / E 软件建栈来装配曲柄滑块机构的和关组件,最终俎装成一个免签的机构。其次* 总体方余的设计2.1 斥始参数的选岌以桑煤纳
5、2023AJR 型的燃机为例,它主要性能参数如表 2所示:表 2-1 *城 2023AJR 型燃机多數毛缸的数目供油的方式 排量的大小/L毛缸的直徳/mm冲程/缸彳至 连杆的长度/mm 曲轴的半徳/mm 转矩 N.m/r/min裁定功率/kW最大扭矩/(N m)$、火挨次2.2 斥理性方亲役计四缸 电控啧射1.8080.9651.08813542.6160/140076(5300 r/min)162(3600 r/min)1342连杆是发动机的动力传输糸统是兜成能量转换的主要运动局部。活农连杆纽:活塞 活塞销.连杆;曲軸部件: 曲軸、飞轮、曲轴正齿轮的三个局部。工作斥理是:在燃料燃烧的 能量,
6、推动焙塞上下移动,然后通过连杆带动曲軸圓周运动。哌入咗毛、排出废,配备进 D 和 排糸统,推动焙塞往复运动。四缸发动机的工作循环包括四个冲程: 进、庄缩、做功和 排。进毛冲程:汽油发动机将汽缸和油门之外混今咗宅双入发动机、形成可燃混合毛并吸入毛缸。庄缩冲程:为了使可燃混合场快速燃烧兴生更大压力尹生更需的动力引擎所以对混合体遗行庄缩,因此,需要压编。做功冲程:A 做功中、进、排毛阀关闵,活瘪上列顶点四周 肘的大抱塞茅肘,点燃可燃混合毛体。混合杨燃燒。排冲程:生成废宅体后,活塞列达下止点后再向上移动,连续将废毛排出来兜成一个工作循环。2.3 构造的设计依据运动学的角度来看,连杆可分为三类:中心曲柄
7、连杆机构、偏心”曲柄连杆机构和 主副连杆式曲柄连杆机构。依据设计要求,中心、曲柄连杆的特点符合标准。中心”曲柄连杆机构它的特点是缸的中心”线通过曲軸的炎转中心、与轴垂直于曲柄。这种类型的发动机曲 柄连杆机构是使用国最/*的。一般单一式燃机和活瘦式燃机曲柄连杆机构厲于这一类。2.4 确主设计方亲通过对三种连杆的比较,设计选型為中心曲柄连杆机构,中心曲柄连杆机构图如图 2-1 所示,曲轴中心为 O, 曲柄为 OB,连杆为 AB,曲柄销中心、为 B, A 为连杆小头孔中心戎 活塞销中心为 Ao图 2中心曲枯逢杆机构运劫角團第三*中心曲柄厦杆机构的设计研死曲柄连杆的受力分析,关純要对曲柄连杆机构的所受
8、到的力进展分析、依据力和曲柄连杆机构的各部件强度、刖度和虜喷分析,计算和设计出适合的发动机中心曲柄、实现发动机的输出和转速等各方面的要求。作用在曲柄连杆机构上的力可以分为:缸毛体的庄力、运动的惯性力,摩擦阻力和发 动机曲轴上的负我力。但运动阻力以及负我力难以推断,因此只要研克宅体的庄力和惯性力的变化。相关洪数裹 1 已给出。3.1 毛缸的作用力分析作用蛊活瘦上的毛体作用力代等于活塞上、下两面的吨间毛体庄力杀匀话农顶面积的乘积,艮卩P 广斗(P-P)人 4公式中:代为活塞上的毛体作用力,单住:N; “为缸确定压力,单伐: MPa;(3A)为丸宅庄力,单位:MPa;D 为:缶墓直彳至,单住:mm
9、o由于话墓直徑是肯定的,活农上的宅体作用力取决于活农上、下两面的咗间毛体庄力 差p p”,对于四缸的发动机来说,一般取=0MPa, D = 8O.965/7/Z?3.2 惯性力的计算惯性力是由于杨体运动速度不均而尹生的,为了确定机构的惯性力,首丸要知道其加速度和质量的分布。并加以简化,来进展惯性力的计算。连杆质量的換算为了对连杆质量便利计算,将整个连杆包括有关附厲零件丿的质量S 用两个换算质 量加和?2 来代换, 并假设是加 1 集中作用在连杆小头中心处,并只做往复运动的质量;m2 是集中作用在连杆大头中心处,并只沿着圆周做炎转运动的质量,如图 32 所示:优质资料第切章 活耋以及连杆俎件的役
10、计4.1 设计活汆组件活塞组包括活塞、活塞销与活塞缸等部件,它们是发动机中最重要的局部。发动机工作的牢靠性和耐久性,A 很大程度上与活塞纽有关。4.1 活塞俎的设计要求热强度需、时磨性好,热膨胀糸数小,导热性好,减摩性能好,材抖的工艺性好。(2) 活塞的外形和壁厚要合理。能充分散热,强度爲、刖度爲,規免应力集中。(3) 保证燃烧喳里的毛酒性好,削减活塞摩擦喷失(4) 吟低机油術耗,保证滑动面有足够的机油。4.1.2 材料要求依据上面的要求设计的活塞,活塞材料应生具备以下条件:热强度壽。(2)良好的导热性良好、热吸取力量差,能削减顶部和环的温度,削减热应力的ko膨胀糸数很小。优质资料.(4) 良
11、好的减摩性能良好。(5) 工艺性好,廉价。综合考虑发动机的活塞应承受铸造硅合金妨料。4.1.3 活塞头部的设计要求其主要目的是毛体压力,并通过针连杆、活塞环和汽缸矗封农同一肘间一起工作介质。 所以,活塞头的设计应满足一下要求:有足够的机械强度和创度,避开开裂和过度变形,因变形会影响活塞环的正常工作。(2) 保需温,温差小,防止过度的热变形和热应力的*生,理免热疲乏裂纹。(3) 尽可能紧滦的尺寸,以便吟低活瘪质量。4.2 设计活塞销4.2.1 活瘪销的构造和尺寸话墓销的构造为圏柱体,中咗形无,可以削减往复惯性的质量,能够有效的利用勺身 的材料。话墓销与活农销座和连杆小头衬套孔的连摟协作,承受“全
12、浮无”协作。活塞箱 的外直徳山=(0.25 0.3), 取 仏=0.275 = 22.265加, 活塞销 的直径 d? = (0.65 0.75)d,取 2= 71=15.585 仍“7 话墓销长度 / = (0.8 0.9),取 / = 0.8D = 64.7684.2.2 、妨料的选择活瘪销材対为低破合全钢,在面渗破戏理,硬度壽、时康、部冲卞韧性好。哀面加工精度及粗槌度要求极壽, 壽温下热稳龙性好。4.3 话塞銷座活塞舖是用来丈持活塞,传输功率。销应当适生有足够的强度和创度,使针能够适应变形的话墓饨、以避开销庐生应力集中引超的疲势斯裂;同肘在面有足够的压力和需耐康性。 活瘪箱座的彳至 a/
13、。= 22.265/7?/? ”活瘪销座外後一般等于彳至的 141.6 信,取 d= 1 5d= 33.4/77/7? 优质资料.话墓销 的弯曲跨度越小,销的穹曲变形就越小,销一销座糸统的工作越牢靠,所以,一般设计成连杆小头话塞鞘座开扌当之间的河隙为 45mm ,但古制进粕度有保证肘,两 边共 2 3mm 就足够了,取间隙为 3mm。4.4 连杆的设计4.4.1 连杆的工作恃况、设计要求和材料选用A. 没计要求连杆的主要体压力和往复惯性力尹生的交变我椅,因此,应当首丸保证连杆的设计有足够的疲势强度和钢构造。假照实力不够,连杆螺栓、大发生颅龙轴断裂、凌成严峻的事故, 同肘假设连杆组的刖度缺乏也将
14、带来坏曲柄连杆机构的工作。所以连杆的设计是一个轻量级的主要禽求构造在保证足够的创度和强度。所以我们必需选择需强度的材料, 构造合理的外形和大小。B. 材料的选择为了确保先的条件下连杆构造具有足够的创度和强度,嗾舍量的选择45 优质碳素构造钢锻岌.喷丸在面处理, 提需强度。4.4.2 连杆长度确实主很计连杆时首丸要确走连杆丸小头孔间的距寄,即连杆长度/它通禽是用连杆比 2 = /7/来说期43.2的,通議几=0.25 0.3125.取兄=0.3 , r = 43.2mm ,刪/ = -= 144。0.3第五章 曲粘的段计5.1 曲轴的材抖的选择球墨铸铁就其机械性能和使用性能而言,比其它多种借铁都
15、要好。该发动机曲軸宜承受球垦涪铁而凌。5.2 确定曲轴的主要尺寸和构造细节 5.2.1 曲柄销的直徳和长度曲柄销的长度人是亦选定的根底上考虑的。从增加曲轴的刖性和保证軸承的工作力量动身,应使厶掌握淮一优质资料主国,同肘注惫曲拐各局部尺寸协调,依据统计/2/D2 = 0.35-0.40, 取人=0.40 D? =19.43 mm o轴顿的尺寸,最终可以依据承庄面的技影面积佗=0.01D2/2 与活塞投影面积F = 中 2 之比来枝核,此比值据统计而且汽油机偏下限。f F. 0.0ID 厶 0.01x48.58x19.43 那么由三= - = 0.15,则长度取值适宜。卜 -D1 4-x 80.9
16、6545.2.2 主軸颈的直徳和长度为了最大限度地增加曲轴的创度,适.当地加粗主轴颈,这样可以增加曲轴轴颈的重总度,从而提需曲轴刖度,其次,加粗主轴颈后可以和对缩短其长度,从而给加厚曲柄提需其强度供给可能。从曲抽各局部尺寸协调的观点,建议取 0 =(105125)2 取D =1.11 D2 = 54 mm o据统计;!/D = 0.3 0.4 ,取厶=0.31 D =2 5 AO mm。5.2.3 曲柄曲柄应选择适当的厚度.宽度,以使曲柚有又够的创度和強度。为提需曲柄的抗夸能 力,适.当增加曲柄的厚度, 曲柄的外形承受郴圏形,为了能最大限度地减轻曲轴的重量,并减小曲柄相对于主軸颈中心”的不平衔
17、炎转质量,将曲柄上肩部多余的全厲削去。依据统计,曲柄的宽度 b/ = 0.75 1.2 ,取 b = 1.1 = 89.06”“,厚度/?/ = 0.18 0.25 ,取 h = 0.22D= 178 o曲柄骨以岛肩棲主轴顿和曲柄销。岛用的厚度 3 依据曲轴加工工艺决主。全加工曲轴 5 的只有 0.51 mm ,取 d =1 mm o5.2.4 油孔的佞置和尺寸为保证曲轴轴承工作牢靠,对它们必需有充分的润滑。曲轴中油道的尺寸和布置直接影响它的强度和创度, 同肘也影响轴承工作的牢靠性。由于油道伐于曲拐平面,油道岀 D 处应力集中现象严峻,当油道中心线与轴颈中心线 的夾角&30肘,最丸应力增加很快
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