發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)90mL汽油機(jī)連桿

1、1 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目錄0序言31發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)41.1初始條件 41.2發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式 41.3發(fā)動(dòng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定42運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算42.1 活塞位移42.2活塞的速度62.3活塞的加速度63熱力學(xué)計(jì)算73.1熱力循環(huán)計(jì)算73.1.1參數(shù)的確定73.1.2壓縮過(guò)程 73.1.3膨脹過(guò)程73.2理想圖的繪制 73.3p-v圖的調(diào)整 73.4熱力學(xué)的校核84動(dòng)力學(xué)計(jì)算84.1氣體壓力84.2往復(fù)慣性質(zhì)量84.3合成力94.4連桿力94.5側(cè)向力94.6徑向力94.7切向力104.8單缸轉(zhuǎn)矩105 活塞的設(shè)計(jì)105.1 活塞材料的選

2、擇115.2 活塞頭部115.2.1 壓縮高度確定115.2.2活塞頭部與氣缸的配合115.3活塞裙部115.4活塞質(zhì)量估算126活塞銷(xiāo)的設(shè)計(jì)126.1活塞銷(xiāo)材料的選取126.2活塞銷(xiāo)結(jié)構(gòu)尺寸的確定126.3活塞銷(xiāo)與活塞銷(xiāo)座的配合136.4活塞銷(xiāo)質(zhì)量估算137連桿的設(shè)計(jì)137.1連桿材料的選擇137.2連桿長(zhǎng)度的確定137.3 連桿小頭尺寸設(shè)計(jì)147.4連桿桿身的設(shè)計(jì)147.5連桿大頭尺寸確定147.6連桿小頭質(zhì)量估算148曲軸的設(shè)計(jì)148.1曲軸的結(jié)構(gòu)形式148.2主軸頸尺寸設(shè)計(jì)148.3曲柄銷(xiāo)尺寸設(shè)計(jì)158.4曲柄臂尺寸設(shè)計(jì)158.5平衡重尺寸設(shè)計(jì)159校核計(jì)算159.1連桿長(zhǎng)度檢驗(yàn)159

3、.2連桿小頭159.2.1襯套過(guò)盈配合及受熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力159.2.2由慣性力拉伸引起的小頭應(yīng)力169.2.3 由壓縮載荷引起的小頭應(yīng)力179.2.4小頭的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)179.2.5 小頭橫向直徑減少量179.3 連桿桿身179.4 連桿大頭1810附錄1811小結(jié)2212參考文獻(xiàn)232 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 90mL四沖程汽油機(jī)連桿設(shè)計(jì)0序言 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是我們大學(xué)階段最后一個(gè)綜合的課程設(shè)計(jì)，它是將設(shè)計(jì)和制造有關(guān)知識(shí)有機(jī)的結(jié)合，而進(jìn)行的一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練，通過(guò)本課程的訓(xùn)練，將有助于我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，并為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及今后的工作打下一定的基礎(chǔ)。 本次課程設(shè)

4、計(jì)既是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿結(jié)構(gòu)的分析研究，設(shè)計(jì)連桿的尺寸形狀，又通過(guò)校核保證其合理性、可靠性。希望能通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)將所學(xué)理論知識(shí)和制造工程實(shí)訓(xùn)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，并應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題之中如結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)中，從而鍛煉自己分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。1發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 首先要確定的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)包括平均有效壓力,活塞平均速度 ,氣缸數(shù)i，轉(zhuǎn)數(shù)n，氣缸直徑D，活塞行程S，壓縮比等。1.1初始條件  120mL四沖程汽油機(jī)，初始條件為： 1）平均有效壓力=0.8-1.2MPa 2）活塞的平均速度：<18m/s。1.2發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式  本設(shè)計(jì)對(duì)象是一臺(tái)90mL四沖程汽油機(jī)，根據(jù)排

5、量確定此發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于摩托車(chē)，故初步選擇采用單缸風(fēng)冷形式，即確定氣缸數(shù)i=1，沖程數(shù)=4。1.3發(fā)動(dòng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 參考楊連生版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的S/D一般在0.81.2之間，取S/D=0.90。 由：=D2/4 得：D=50.3 取D=50mm,S=45mm 此時(shí)=88.4<90mm 符合要求 曲軸半徑=S/2=22.5mm 活塞平均速度<18m/s，取=13m/s 由公式=/30 得=8666.7符合 取=1 由功率計(jì)算公式= 得=6.38KW 升功率= 則=72.17KW 對(duì)于汽油機(jī)壓縮比的范圍為：812，取=9 燃燒室容積= 則 =11.05 總?cè)莘e=（88.4

6、+11.05）=99.45 取= 則連桿長(zhǎng)=90mm2運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算 按照活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律，每隔10。取一個(gè)曲軸轉(zhuǎn)角，計(jì)算活塞位移、活塞速度及活塞加速度數(shù)據(jù)，并繪制曲線圖2.1 活塞位移 活塞位移: X=r 其中r=22.5,=0.25 所得曲線如下： 42.2活塞的速度 根據(jù)活塞的瞬時(shí)速度規(guī)律，對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)得到活塞的加速度： 其中=907.1 rad/s , 所得曲線如下： 2.3活塞的加速度 根據(jù)活塞的瞬時(shí)加速度規(guī)律，對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)得到活塞的加速度： a= , 所得曲線如下： 3熱力學(xué)計(jì)算 通常把汽油機(jī)實(shí)際循環(huán)近似看成等容加熱循環(huán)。四沖程汽油機(jī)的工作過(guò)程包括進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四沖程。在本次設(shè)計(jì)過(guò)

7、程中，先確定熱力循環(huán)基本參數(shù)，然后重點(diǎn)針對(duì)壓縮和膨脹過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，繪制p-v圖并校核。3.1熱力循環(huán)計(jì)算 3.1.1參數(shù)的確定 由工程熱力學(xué)（沈維道）壓縮過(guò)程絕熱指數(shù)=1.321.35，取=1.33，膨脹過(guò)程絕熱指數(shù)=1.231.28，取=1.28。由內(nèi)燃機(jī)原理（周寶龍）=69，取=8。 3.1.2壓縮過(guò)程 壓縮過(guò)程可簡(jiǎn)化為絕熱過(guò)程，多變指數(shù)=1.33，滿足關(guān)系： =常數(shù) 壓縮起點(diǎn)的氣體壓強(qiáng)pa=（0.80.9），其中為大氣的壓強(qiáng)，取=0.8=0.0808MPa，此時(shí)氣體體積=99.45mL，壓縮終點(diǎn)氣體積=11.05mL。由熱力學(xué)公式： 得壓縮終了時(shí)的壓強(qiáng)為：即=1.50MPa 3

8、.1.3膨脹過(guò)程=常數(shù)=則=由 則膨脹終了壓強(qiáng)為3.2理想圖的繪制  汽缸容積V=11.05+，每隔10。取一個(gè)曲軸轉(zhuǎn)角計(jì)算P、V，作出理想p-v圖如下圖。其中X , r=22.5mm , =0.253.3p-v圖的調(diào)整  發(fā)動(dòng)機(jī)工作的實(shí)際過(guò)程比較復(fù)雜，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)際的邊界條件與理想曲線不同，所以要做一些適當(dāng)?shù)男拚?#160; 最大爆發(fā)壓力：pz取理論值水平的2/3，具體值為8.0MPa，以此值與原圖形相交，水平線以上的部分去掉，余下部分作此調(diào)整?？紤]到實(shí)際過(guò)程與理論過(guò)程的差異，最大爆發(fā)壓力發(fā)生在上止點(diǎn)后12。15。，選擇最

9、高爆發(fā)壓力出現(xiàn)在上止點(diǎn)后12。  點(diǎn)火提前角：常用的范圍20。30。，經(jīng)調(diào)整后取25。 排氣提前角：常用的范圍是30。80。，經(jīng)調(diào)整后取60。  點(diǎn)火提前角使得壓縮終點(diǎn)的壓力比原來(lái)的要高些，排氣提前角使得在膨脹末端其壓力下降變快，終點(diǎn)壓力小于原先的壓力。調(diào)整后的數(shù)據(jù)如下表三所示，p-v圖如下圖所示。 3.4熱力學(xué)的校核 調(diào)整后的P-V圖，其圍成的面積表示的是汽油機(jī)所做的指示功，統(tǒng)計(jì)其共有39個(gè)單元格，每小格面積表示3J的有效功，計(jì)算得：=117J 故汽油機(jī)的平均指示壓力：=汽油機(jī)的機(jī)械效率=0.80.9，取=0.9，則： =0.9×1

10、.3235=1.191MPa 滿足設(shè)計(jì)要求（=0.81.2MPa），所以校核合格。4動(dòng)力學(xué)計(jì)算 4.1氣體壓力隨著曲軸轉(zhuǎn)角的變化，缸內(nèi)的氣體壓力也會(huì)隨之發(fā)生變化。將熱力學(xué)計(jì)算中的圖轉(zhuǎn)化為圖，即氣缸氣體壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。0。180。為排氣行程，氣缸內(nèi)的氣體壓力在理論循環(huán)下基本可認(rèn)為是一恒定值且小于大氣壓力；180。360。為壓縮行程，氣缸內(nèi)的氣體壓力可由絕熱方程求出；360。540。為膨脹過(guò)程，氣缸內(nèi)的氣體壓力可由絕熱方程求出；540。720。為排氣行程，可以認(rèn)為氣缸內(nèi)的氣體壓力是均勻下降至（0.8081）p0。求出相應(yīng)轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)氣缸壓力P的數(shù)據(jù)，列入下表四。 4.2往復(fù)慣性質(zhì)量

11、 往復(fù)慣性質(zhì)量：  活塞質(zhì)量；活塞銷(xiāo)質(zhì)量；連桿小頭質(zhì)量. 其中 =15mm , =3mm ,D=50mm ,h,=10.5mm ,H1=22mm , 則m1=92.2g ，=20.6g , =25.5g 則m=138.3g4.3合成力根據(jù)缸內(nèi)合成力的計(jì)算公式： 其中：缸內(nèi)氣體對(duì)活塞的作用力、往復(fù)慣性力的合力曲線圖如下： 4.4連桿力根據(jù)連桿力的計(jì)算公式： 其中為連桿擺角4.5側(cè)向力根據(jù)側(cè)向力的計(jì)算公式： 曲線圖如下： 4.6徑向力根據(jù)徑向力的計(jì)算公式： 曲線圖如下：4.7切向力根據(jù)切向力的計(jì)算公式： 曲線圖如下： 4.8單缸轉(zhuǎn)矩 根據(jù)單缸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式： 其中r=22.5mm曲線圖如

12、下： 5 活塞的設(shè)計(jì)活塞設(shè)計(jì)要求如下: a)選用熱強(qiáng)度好（耐疲勞、高溫屈服點(diǎn)高）、耐磨、密度小、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性好、 工藝良好的材料； b)活塞有合理的形狀和壁厚，使散熱良好，強(qiáng)度剛度符合要求，盡量減輕質(zhì)量，避免應(yīng) 力集中； c)在不增加活塞組的摩擦損失的情況下，保證燃燒室密封性好，竄氣、竄油少；在降低 機(jī)油耗條件下，保證滑動(dòng)面上有足夠的潤(rùn)滑油； d)不同工況下能保持活塞與缸套的最佳配合，減輕活塞敲擊。5.1 活塞材料的選擇 現(xiàn)在常用的活塞材料是共晶鋁硅合金，因其膨脹系數(shù)低，比重小，耐磨性、耐腐蝕性好，硬度（特別是工作溫度下硬度）、剛度、疲勞強(qiáng)度較高，鑄造流動(dòng)性好而被廣泛采用。本次課程設(shè)計(jì)

13、活塞材料選用ZL9，密度=2.7g/cm3,在內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（楊連生）第286頁(yè)查得常溫下抗拉強(qiáng)度為200MPa，20200攝氏度時(shí)線膨脹系數(shù)為20.14×10-6。5.2 活塞頭部5.2.1 壓縮高度確定 在保證氣環(huán)有較好的工作條件下，應(yīng)該盡量縮短壓縮高度值，這樣可以使內(nèi)燃機(jī)的高度減低。壓縮高度在制造時(shí)必須保證很高的精度，這是由于壓縮高度的精度對(duì)壓縮比有直接影響。5.2.1.1 第一環(huán)位置 由內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（楊連生）第289頁(yè)內(nèi)容可知汽油機(jī)h=（0.060.08）D=（3.244.32）mm，在本次課程設(shè)計(jì)中取h=4mm5.2.1.2活塞環(huán)數(shù)量 由內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（袁兆成）第133頁(yè)知一般汽油機(jī)

14、取兩道氣環(huán)一道油環(huán)，因此，在本次課程設(shè)計(jì)中取兩道氣環(huán)一道油環(huán)。5.2.1.3 活塞環(huán)槽岸高度 由摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)第60頁(yè)內(nèi)容可知高強(qiáng)化汽油機(jī)氣環(huán)高度b=（0.81）mm，油環(huán)高度b=（22.5）mm。在本次課程設(shè)計(jì)中取b1=b2=1mm，b3=2mm。 由內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（楊連生）第290頁(yè)知?dú)猸h(huán)與氣環(huán)之間環(huán)槽高度c=（1.52.5）=（1.52.5）mm，氣環(huán)與油環(huán)之間環(huán)槽高度C=（12）mm，在本次課程設(shè)計(jì)中取C1=2.5mm，C2=1mm。5.2.1.4活塞銷(xiāo)上面裙部高度 在一般設(shè)計(jì)中，都要求最低環(huán)槽位于變型不均勻的銷(xiāo)座外徑以外，即有h,其中R1為活塞銷(xiāo)座外半徑，e為活塞銷(xiāo)偏置距離，可取1mm

15、。由內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（楊連生）第291頁(yè)可知(R1+e)/0.5d1=1.41.5,而d1/D=0.250.3，因此，(R1+e)/D=0.1750.225，由此取R1=9mm，e=1mm。則h,=10mm，于是在本次課程設(shè)計(jì)中取h,=10.5mm。 由于活塞壓縮高度H1=24mm，此時(shí)H1/D=0.44，由內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（楊連生）第318頁(yè)知H1/D=0.350.6,可知，合格。5.2.1.5. 活塞頂部和環(huán)帶斷面的設(shè)計(jì) 由于平頂活塞具有受熱面積小、減輕活塞組熱應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn),在本次課程設(shè)計(jì)中選用平頂活塞。 由內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（楊連生）第291頁(yè)知活塞頂部厚度=(0.060.1)D=(3.245.4)mm，本次

16、課程設(shè)計(jì)中取=4mm；第299頁(yè)內(nèi)容可知環(huán)槽深度=0.05D=2.7mm，本次課程設(shè)計(jì)中取=3mm。 由內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（袁兆成）第133頁(yè)知為了保證活塞環(huán)有較高的抗膠結(jié)性常把第一環(huán)的側(cè)隙增大到（0.10.2）mm，其余環(huán)的側(cè)隙約為（0.040.13）mm，在本次課程設(shè)計(jì)中取第一環(huán)的側(cè)隙0.1mm，其余環(huán)的側(cè)隙0.1mm?；钊h(huán)環(huán)槽的背隙一般較大，以免環(huán)與槽底干涉，由內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（袁兆成）第133頁(yè)知?dú)猸h(huán)的背隙可取0.5mm。5.2.2活塞頭部與氣缸的配合 活塞頭部的裝配間隙必須考慮與鑄鐵氣缸在溫度上升時(shí)的熱膨脹差別。由內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（楊連生版）第300頁(yè)內(nèi)容可知，對(duì)于汽油機(jī)，工作溫升取=250，=100

17、；線膨脹系數(shù)取，。計(jì)算可知0.324mm。 在本次課程設(shè)計(jì)中取=0.4mm。5.3活塞裙部 側(cè)推力、氣體爆發(fā)壓力以及高溫的作用易使活塞裙部發(fā)生變形，因此裙部應(yīng)設(shè)計(jì)成桶形型面，且其截面應(yīng)為橢圓形，平行于活塞銷(xiāo)座方向?yàn)闄E圓短軸。 常用的橢圓規(guī)律有單橢圓規(guī)律和雙橢圓規(guī)律，在本次課程設(shè)計(jì)中取單橢圓規(guī)律。單橢圓規(guī)律：e ，其中為橢圓度。由摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)第62頁(yè)內(nèi)容可知橢圓度0.160.24mm。本次課程設(shè)計(jì)中取0.2mm。5.4活塞質(zhì)量估算 由計(jì)算公式其中=15mm，=3mm,=2.71g/,=10.5mm,=22mm,D=50mm,=22.5mm,計(jì)算得=92.2g。6活塞銷(xiāo)的設(shè)計(jì) 活塞工作時(shí)頂部承

18、受了很大的氣壓力，這些力通過(guò)銷(xiāo)座傳給活塞銷(xiāo)，再傳給連桿?；钊N(xiāo)座和活塞銷(xiāo)的設(shè)計(jì)必須保證足夠的強(qiáng)度、足夠的承壓面積和耐磨性。6.1活塞銷(xiāo)材料的選取 活塞銷(xiāo)的材料一般為低碳合金鋼，常用的有20、20MnV、20MnVB、15Cr、20Cr、20Mn、20CrMnMo等。外表面滲碳淬火至HRC5666，層深0.81.2mm但滲碳淬火中的奧氏體必須切實(shí)消除，以免引起活塞銷(xiāo)外形尺寸增大引起故障。本次課程設(shè)計(jì)中活塞銷(xiāo)的材料選20MnVB ，密度=7.85g/c，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第一卷第2-42頁(yè)內(nèi)容可知，抗拉強(qiáng)度為1080MPa，屈服強(qiáng)度為885MPa。6.2活塞銷(xiāo)結(jié)構(gòu)尺寸的確定 活塞銷(xiāo)的外徑對(duì)銷(xiāo)的彎曲剛度

19、有決定性的影響，活塞銷(xiāo)內(nèi)徑對(duì)銷(xiāo)的彎曲剛度影響較小，因此活塞銷(xiāo)的外徑基本上按活塞銷(xiāo)的彎曲變形的要求設(shè)計(jì)，而活塞銷(xiāo)的壁厚則按活塞銷(xiāo)的橢圓變形設(shè)計(jì)。 由內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（楊連生版）第291頁(yè)內(nèi)容可知：活塞銷(xiāo)長(zhǎng)度l=（0.700.85）D=(37.845.9)mm， 取l=40mm?；钊N(xiāo)外徑d=（0.250.30）D，取d=13mm?；钊N(xiāo)內(nèi)徑=（0.650.75）d=（9.110.5）mm，取=9mm。6.3活塞銷(xiāo)與活塞銷(xiāo)座的配合 活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座孔以及連桿小頭襯套孔之間的配合有全復(fù)式活塞銷(xiāo)和半浮式活塞銷(xiāo)之分。 圖14 活塞銷(xiāo)主要結(jié)構(gòu)尺寸 本次課程設(shè)計(jì)中采用全復(fù)式活塞銷(xiāo)，由摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)第60頁(yè)可知全復(fù)式

20、活塞銷(xiāo)結(jié)構(gòu)中活塞銷(xiāo)在工作狀態(tài)與銷(xiāo)座孔和連桿小頭襯套之間都有間隙，全復(fù)式銷(xiāo)座孔兩端由裝在銷(xiāo)座孔中的卡環(huán)定位。卡環(huán)與銷(xiāo)之間的應(yīng)有0.130.25mm的軸向間隙?？ōh(huán)槽底徑對(duì)銷(xiāo)孔軸線的圓跳動(dòng)不大于0.30mm?；钊N(xiāo)與連桿小頭襯套之間的間隙以及銷(xiāo)與銷(xiāo)座孔之間的間隙在（0.00030.0005）d的范圍內(nèi)，d為銷(xiāo)外徑。由于活塞與活塞銷(xiāo)材料的線膨脹系數(shù)不同，工作溫度下銷(xiāo)與銷(xiāo)座的配合將變松。因此，為了嚴(yán)格控制冷態(tài)間隙或過(guò)盈量，活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座采用分組裝配，以求在較低的制造精度下獲得較高的裝配精度。同時(shí)保證較小的合理的工作間隙。分組裝配時(shí)活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座孔可以采用冷態(tài)過(guò)盈配合，也可采用冷態(tài)間隙配合。過(guò)盈量或間隙值控

21、制在0.00250.0075mm之間。6.4活塞銷(xiāo)質(zhì)量估算由活塞銷(xiāo)質(zhì)量計(jì)算式： 其中=7.85g/,d=13mm,=9mm 計(jì)算得=20.06g。 7連桿的設(shè)計(jì) 連桿主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，因此在連桿設(shè)計(jì)中應(yīng)首先保證具有足夠的疲勞強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)剛度。連桿的設(shè)計(jì)要求如下：1、保證連桿有足夠的疲勞強(qiáng)度；2、保證連桿有足夠的剛度，特別應(yīng)避免連桿大小頭孔的變形過(guò)大，以保證連桿軸 承與襯套工作可靠，并力求減小給連桿螺栓增加附加的彎曲應(yīng)力；3、質(zhì)量盡可能?。?4、保證連桿大小端軸承、襯套工作可靠，有足夠的耐磨性和疲勞強(qiáng)度，以降低維護(hù) 費(fèi)用、延長(zhǎng)檢修期的。7.1連桿材料的選擇連桿應(yīng)具有較高

22、的疲勞強(qiáng)度和沖擊韌性。連桿的材料一般為合金鋼，如45、40Cr、40MnB、40MnVB、20Cr、20CrMo、42CrMo等。 在本次課程設(shè)計(jì)中連桿采用40MnVB，密度為7.85，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第一卷第2-42頁(yè)內(nèi)容可知，抗拉強(qiáng)度=980MPa，屈服強(qiáng)度=785MPa。7.2連桿長(zhǎng)度的確定為了使發(fā)動(dòng)機(jī)緊湊輕巧應(yīng)盡量縮短連桿長(zhǎng)度。由摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)第88頁(yè)內(nèi)容可知連桿比 ，在本次課程設(shè)計(jì)中初步選取22.5/90=0.25。即取連桿長(zhǎng)度為l=90mm。7.3 連桿小頭尺寸設(shè)計(jì)連桿小頭一般采用薄壁圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，為了耐磨，在小頭孔內(nèi) 還裝有耐磨襯套。右圖為連桿主要結(jié)構(gòu)尺寸 由內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（楊連生版）

23、第229 頁(yè)內(nèi)容可知：連桿小頭內(nèi)徑=（0.250.30）D=(12.515.0)mm，取=13.5mm。襯套厚度d=（1.051.15）=（14.17515.525）mm，取d=15mm。連桿小頭外徑=(1.20 1.35)d= （1820.25） mm，=20mm。小頭寬度=(1.21.4)，取=19mm7.4連桿桿身的設(shè)計(jì)連桿桿身也承受交變載荷，可能產(chǎn)生疲勞破壞和變形，連桿高速擺動(dòng)時(shí)的橫向慣性力也會(huì)使連桿彎曲變形，因此桿身必須有足夠的斷面積，并消除產(chǎn)生應(yīng)力集中的因素。本次課程設(shè)計(jì)選用工字鋼。7.5連桿大頭尺寸確定連桿大頭一般做成圓環(huán)形，大頭孔內(nèi)裝滾針軸承。根據(jù)曲柄銷(xiāo)外徑=20mm，由機(jī)械設(shè)

24、計(jì)手冊(cè)第三卷第20-228頁(yè)，選用JB/T7918-1997的K的滾針軸承，由此得=24mm。 由內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（楊連生版）第229頁(yè)知=(0.330.45)D=(16.522.5)mm，本次課程設(shè)計(jì)中取=20mm。7.6連桿小頭質(zhì)量估算 由公式：其中=7.85 得=25.5g8曲軸的設(shè)計(jì)曲軸是在不斷周期性變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)慣性力以及他們的力矩共同作用下工作的，使曲軸既彎曲又扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。曲軸的設(shè)計(jì)要求如下：1、保證具有足夠的彎曲疲勞強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度；2、保證曲軸具有盡可能高的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度；3、軸承具有足夠大的承壓面積，軸頸耐磨；4、盡量采用普通材料；工藝性好，質(zhì)量小。8

25、.1曲軸的結(jié)構(gòu)形式 由摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)第103頁(yè)內(nèi)容可知摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸大多數(shù)采用組合式曲軸，它的曲柄銷(xiāo)與主軸頸、曲柄臂分開(kāi)制造，然后用液壓壓入的方法連結(jié)起來(lái)。8.2主軸頸尺寸設(shè)計(jì)曲軸的強(qiáng)度和剛度主要由每個(gè)曲柄的構(gòu)造所決定。因此，確定軸頸尺寸時(shí)需要考慮強(qiáng)度和剛度的問(wèn)題。由摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)第103頁(yè)內(nèi)容可知，對(duì)于小排量發(fā)動(dòng)機(jī)=（0.40.5）D=（20.025.0）mm，取D=25mm。 曲軸主要結(jié)構(gòu)尺寸在主軸頸外安裝深溝球軸承，由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)第117頁(yè)可知，本次課程設(shè)計(jì)應(yīng)該采用6205的軸承。根據(jù)軸承的寬度B=15mm，取=14mm。8.3曲柄銷(xiāo)尺寸設(shè)計(jì) 由摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)第103頁(yè)內(nèi)容可

26、知小排量發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸曲柄銷(xiāo)直徑=（0.340.42）D=（1721）mm，在本次課程設(shè)計(jì)中取=20mm。曲柄銷(xiāo)寬度=（0.350.45）D=(17.522.5)mm，在本次課程設(shè)計(jì)中由于是組合式曲軸則取40mm8.4曲柄臂尺寸設(shè)計(jì) 曲柄臂在曲柄平面內(nèi)的抗彎剛度和強(qiáng)度都較差,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)膶挾群秃穸?，曲柄形狀也要合理，以改善?yīng)力分布狀況，尤其是曲柄臂到軸頸的過(guò)度圓弧處更應(yīng)設(shè)計(jì)合理，以防發(fā)生過(guò)大的應(yīng)力集中。 由內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（楊連生）第194頁(yè)知曲柄臂厚度h=（0.180.25）D=（912.5）mm，本次課程設(shè)計(jì)中取h=10mm。曲柄臂寬度b=(0.751.2)D=(37.560)mm，本次課程設(shè)

27、計(jì)取b=45mm。8.5平衡重尺寸設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)平衡重時(shí)應(yīng)盡可能使平衡重的重心遠(yuǎn)離曲軸的旋轉(zhuǎn)中心，即用較輕的重量達(dá)到較好的效果，以便盡可能減輕曲軸重量，平衡重的徑向尺寸與厚度應(yīng)以不碰活塞裙部和連桿大頭能通過(guò)為限度。 由內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)（楊連生）第194頁(yè)知平衡重半徑=（0.91.0）S=（40.545）mm，取=40mm。9校核計(jì)算9.1連桿長(zhǎng)度檢驗(yàn)參考汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)（徐兀）可知，連桿桿身長(zhǎng)度應(yīng)該滿足以下三個(gè)條件： 1)平衡塊不碰活塞時(shí)（平衡塊的半徑） 2）滿足曲拐不碰活塞時(shí) 3) 滿足連桿不碰缸孔下緣時(shí) 代入S=45mm，=14mm，=22mm，D=50mm，h=10mm，d=20mm計(jì)算得最小連

28、桿比為=0.2922,而所取=0.25<0.2922 合格9.2連桿小頭9.2.1襯套過(guò)盈配合及受熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力由襯套過(guò)盈配合及受熱膨脹產(chǎn)生的徑向均布?jí)毫τ?jì)算式：式中 ，其中工作后連桿小頭溫升，取150 連桿材料的線性膨脹系數(shù)，取1.0 軸瓦材料的線性膨脹系數(shù)，取1.8 連桿材料與襯套材料的泊松比，均取0.3E連桿材料的彈性模數(shù)，取2.2軸瓦材料的彈性模數(shù)，取1.15d軸瓦外經(jīng)d=15mm連桿小頭外徑=20mm襯套內(nèi)徑=13.5mm計(jì)算得P=30.7MPa由P引起的小頭外表面應(yīng)力為 =78.9MPa 小頭內(nèi)表面應(yīng)力為 =109.6MPa連桿選用40MnVB，許用應(yīng)力為160MPa，檢驗(yàn)

29、合格。9.2.2由慣性力拉伸引起的小頭應(yīng)力進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算時(shí)，將連桿小頭簡(jiǎn)化為以剛性地固定于它與桿身銜接處的曲桿，其固定角：其中=13mm，=40mm，=20mm則=111.57作用在連桿小頭固定截面上的力和力矩按經(jīng)驗(yàn)公式求得 =8.372mm，=3405.38N則=202.84N/mm =1643.93N/mm計(jì)算截面拉伸力引起的法向力和彎矩為： 代入所得數(shù)據(jù)及=823.43N，=90得=10518.94N/mm =411.715N/mm計(jì)算截面拉伸力引起的法向力與彎矩為： 代入已得數(shù)據(jù)及=111.57，=1570N得 =10497.6N/mm =414.25N/mm由拉伸作用在外表面產(chǎn)生的應(yīng)力

30、為： 代入小頭壁厚、=19mm，考慮襯套過(guò)盈配合的系數(shù)為k=0.8計(jì)算得：=88.50MPa =24.05MPa9.2.3 由壓縮載荷引起的小頭應(yīng)力 計(jì)算截面中由壓縮力引起的法向力和彎矩： 應(yīng)力計(jì)算公式同上，計(jì)算得：=-46.74MPa =-22.56MPa9.2.4小頭的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù) 危險(xiǎn)點(diǎn)極限應(yīng)力 178.44MPa =50.36MPa 其中 =98.42MPa 平均應(yīng)力=114.4MPa 應(yīng)力幅=64.04MPa 又有 材料在對(duì)稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，由于采用合金鋼，故取=300MPa 應(yīng)力幅 平均應(yīng)力 考慮表面加工情況的工藝系數(shù)，其值在0.4至0.6間取=0.5 角系數(shù)， 材料在對(duì)

31、稱循環(huán)下的彎曲疲勞極限，取=0.25 計(jì)算得n=1.915>1.5，合格9.2.5 小頭橫向直徑減少量 小頭橫向直徑減小量的計(jì)算: 其中N，=16.744mm,E=2.2N/ 0.000078 所求得的小于間隙的一半，合格9.3 連桿桿身 連桿桿身拉應(yīng)力的計(jì)算公式 桿身斷面面積。 在擺動(dòng)平面Y-Y內(nèi)的合成應(yīng)力計(jì)算公式 在垂直于擺動(dòng)平面的X-X平面內(nèi)的合成應(yīng)力計(jì)算公式 其中c為常數(shù)系數(shù)，一般鋼材c=0.00030.0004，取c=0.00035 ， 應(yīng)力幅和平均應(yīng)力： ， ， 計(jì)算得=1.63 ,=2.31 合格9.4 連桿大頭連桿大頭所受慣性力拉伸載荷： 其中G、分別是活塞組、連桿組往復(fù)

32、部分、連桿旋轉(zhuǎn)部分及連桿大頭下半部分的重量。彎曲應(yīng)力為：其中W計(jì)算斷面的抗彎曲斷面模數(shù)，取W=5.0×109 C計(jì)算圓環(huán)的曲率半徑，F(xiàn)1、F1大頭及軸承中央截面面積，計(jì)算得：=122.53MPa 由摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)內(nèi)容可知連桿大頭許用彎曲應(yīng)力,-=150300MPa，所以符合要連桿大頭橫向質(zhì)量減小值：計(jì)得:=0.0078mm。所求的小于軸頸與軸承配合間隙的一半，合格。 10附錄 表一 曲軸轉(zhuǎn)角與活塞位移、速度、加速度相對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角/度  活塞位移X(mm)  活塞速度V(m/s) 活塞加速度a(m/s2)00.00 0.00 23165.58 100

33、.43 4.42 22605.19 201.68 8.62 20966.17 303.71 12.42 18370.73 406.42 15.63 15008.67 509.68 18.15 11118.22 6013.35 19.89 6962.46 7017.27 20.83 2803.78 8021.30 20.98 -1120.41 9025.29 20.42 -4618.35 10029.12 19.24 -7558.48 11032.66 17.56 -9876.49 12035.84 15.49 -11574.26 13038.60 13.15 -12711.13 14040.8

34、8 10.63 -13388.70 15042.68 8.02 -13731.37 16043.96 5.37 -13865.10 17044.74 2.70 -13897.14 18045.00 0.02 -13899.35 19044.75 -2.65 -13897.29 20043.98 -5.32 -13866.32 21042.71 -7.97 -13735.32 22040.92 -10.58 -13397.56 23038.64 -13.10 -12727.26 24035.90 -15.45 -11599.79 25032.72 -17.52 -9912.95 26029.18

35、 -19.22 -7606.48 27025.37 -20.41 -4677.34 28021.38 -20.98 -1188.60 29017.35 -20.84 2729.36 30013.42 -19.92 6885.77 3109.74 -18.19 11043.90 3206.47 -15.69 14941.59 3303.76 -12.48 18315.55 3401.71 -8.69 20926.87 3500.44 -4.50 22584.67 3600.00 -0.08 23165.39 3700.41 4.34 22625.34 曲軸轉(zhuǎn)角/度  活塞位移X(mm)

36、  活塞速度V(m/s) 活塞加速度a(m/s2)3801.65 8.55 21005.15 3903.67 12.35 18425.66 4006.37 15.58 15075.57 4109.62 18.11 11192.46 42013.28 19.87 7039.14 43017.20 20.82 2878.28 44021.23 20.99 -1052.08 45025.22 20.44 -4559.18 46029.05 19.27 -7510.28 47032.60 17.59 -9839.82 48035.79 15.53 -11548.54 49038.55 13.

37、19 -12694.84 50040.85 10.68 -13379.72 51042.65 8.07 -13727.36 52043.94 5.41 -13863.86 53044.73 2.74 -13896.97 54045.00 0.07 -13899.35 55044.76 -2.60 -13897.44 56044.00 -5.27 -13867.50 57042.73 -7.92 -13739.20 58040.96 -10.54 -13406.32 59038.69 -13.06 -12743.24 60035.95 -15.41 -11625.13 61032.78 -17.

38、49 -9949.20 62029.25 -19.19 -7654.26 63025.44 -20.39 -4736.13 64021.45 -20.98 -1256.65 65017.42 -20.85 2655.02 66013.49 -19.94 6809.09 6709.81 -18.23 10969.50 6806.53 -15.74 14874.33 6903.80 -12.54 18260.11 7001.75 -8.77 20887.24 7100.46 -4.58 22563.79 7200.00 -0.16 23164.83 附表二 理論示功圖數(shù)據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角 活塞位移 氣缸體

39、積 缸內(nèi)壓強(qiáng)19044.7479090598.867771510.08143346520043.9824764297.365609970.08310866321042.7050456294.858652030.08604257222040.9207876391.357045730.09045629723038.6425715986.886046750.09669904324035.8955493481.495015570.10529831825032.7216937575.266323990.11704336226029.1835143368.322646880.13312349227025.

40、3662359660.831238060.15535930728021.3778836253.00409660.18659249729017.3469485845.093386590.23134261230013.4175929437.382026150.2968821973109.74264606530.16994290.3948131953206.47492199523.757034410.5425278873303.75760876518.42430720.7607736763401.7146203314.41494241.0543979583500.44184286511.917116

41、621.3580571493600.0001426811.0502800111.999610783700.41083979811.856273110.965571553801.65410736914.296185718.6298476753903.67046040818.253278556.3120238884006.36518177723.541669244.5575692624109.61523533929.919899353.35317328742013.2779698837.108015882.54545991743017.200750844.806473441.99971813344

42、021.2305884452.715029821.62408538345025.2228688860.549880191.36012853846029.0484296768.057543221.17112523647032.5984421375.024442681.03377352648035.7868361881.2816660.93302748749038.5502997986.704963330.8589911650040.8461681191.210604910.80505755951042.6487521594.748176080.76678615652043.9448168997.

43、291703150.74122136753044.7289849498.830632950.72648013654044.9998073899.362121990.721509849 附表三 調(diào)整后實(shí)際示功圖數(shù)據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角 活塞位移 氣缸容積 缸內(nèi)壓強(qiáng)19044.7479090598.867771510.080820043.9824764297.365609970.080821042.7050456294.858652030.08310866322040.9207876391.357045730.08604257223038.6425715986.886046750.09045629724035

44、.8955493481.495015570.09669904325032.7216937575.266323990.10529831826029.1835143368.322646880.11704336227025.3662359660.831238060.13312349228021.3778836253.00409660.15535930729017.3469485845.093386590.18659249730013.4175929437.382026150.2313426123109.74264606530.16994290.2968821973206.47492199523.75

45、7034410.3948131953303.75760876518.42430720.5425278873401.7146203314.41494240.7607736763500.44184286512.62331.0543979583600.0001426811.85627311.3673340253700.41083979811.85627311.3673340523801.65410736914.296185717.18043903.67046040818.303356757.812564006.36518177723.541669245.201634109.61523533929.9

46、19899353.326342013.2779698837.108015882.20925643017.200750844.806473441.63056844021.2305884452.715029821.400826345025.2228688860.549880191.2111003346029.0484296768.057543221.0702564547032.5984421375.024442681.0002355648035.7868361881.2816660.89002235649038.5502997986.704963330.840032250040.846168119

47、1.210604910.8022151042.6487521594.748176080.64023252043.9448168995.88450.6142353044.7289849496.8650.5423454044.9998073898.762320.31902255044.7571143298.867771510.0808 附表四 動(dòng)力學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù) F M 0-3045.230052-3045.2300520-3045.2300520010-2967.7273-2970.524943-128.8918499-2900.315837-642.017511-14.44539420-2741.

48、051289-2751.116785-235.1199652-2495.534864-1157.993655-26.0548572530-2382.102434-2400.916058-299.9765161-1913.358011-1450.330666-32.6324399740-1917.128992-1942.350733-311.9980738-1268.578167-1470.862266-33.0944009950-1379.080409-1405.068101-268.9862361-680.9441853-1229.036772-27.6533273660-804.3375884-823.8665792-178.3176493-248.1582799-785.6039768-17.6760894870-229.1928071-235.7885788-55.37969917-26.49378157-234.2953978-5.