曲柄連桿機(jī)構(gòu)專業(yè)課程設(shè)計(jì)樣本(共16頁(yè))

1、曲柄連桿機(jī)構(gòu)專業(yè)課程設(shè)計(jì)目 錄目錄1第1章 緒論3第2章 活塞組的設(shè)計(jì)4 活塞的設(shè)計(jì)4 活塞的材料4 活塞頭部的設(shè)計(jì)4 活塞裙部的設(shè)計(jì)5 活塞銷的設(shè)計(jì)5 活塞銷的結(jié)構(gòu)5第3章 連桿組的設(shè)計(jì)6 連桿的設(shè)計(jì)6 連桿材料的選用6 連桿長(zhǎng)度的確定6 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6 連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6 連桿螺栓的設(shè)計(jì)7第4章 曲軸的設(shè)計(jì)8 曲軸的結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇8 曲軸的結(jié)構(gòu)型式8 曲軸的材料8 曲軸的主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)8 曲柄銷的直徑和長(zhǎng)度8 主軸頸的直徑和長(zhǎng)度9 曲柄9 平衡重9 油孔的位置和尺寸10 曲軸兩端的結(jié)構(gòu)10第5章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的創(chuàng)建11 活塞的創(chuàng)建11 連桿

2、的創(chuàng)建11 曲軸的創(chuàng)建11第六章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析13 活塞的靜力分析13 連桿的靜力分析13 第1章 緒論曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)的傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)構(gòu)，通過(guò)它把活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而輸出動(dòng)力。因此，曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)中主要的受力部件，其工作可靠性就決定了發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)的不斷提高，機(jī)構(gòu)的工作條件更加復(fù)雜。在多種周期性變化載荷的作用下，如何在設(shè)計(jì)過(guò)程中保證機(jī)構(gòu)具有足夠的疲勞強(qiáng)度和剛度及良好的動(dòng)靜態(tài)力學(xué)特性成為曲柄連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問(wèn)題1。通過(guò)設(shè)計(jì)，確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)和零部件結(jié)構(gòu)，包括必要的結(jié)構(gòu)尺寸確定、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析、材料的選取

3、等，以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式中，為了滿足設(shè)計(jì)的需要須進(jìn)行大量的數(shù)值計(jì)算，同時(shí)為了滿足產(chǎn)品的使用性能，須進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及可靠性等方面的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算，同時(shí)要滿足校核計(jì)算，還需要對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。為了真實(shí)全面地了解機(jī)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)行工況下的力學(xué)特性，本文采用了多體動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)，針對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)時(shí)的，高精度的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析與計(jì)算，因此本研究所采用的高效、實(shí)時(shí)分析技術(shù)對(duì)提高分析精度，提高設(shè)計(jì)水平具有重要意義，而且可以更直觀清晰地了解曲柄連桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中的受力狀態(tài)，便于進(jìn)行精確計(jì)算，對(duì)進(jìn)一步研究發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡與振動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的改造等均有較為實(shí)用的應(yīng)用價(jià)值。本文以捷達(dá)E

4、A113汽油機(jī)的相關(guān)參數(shù)作為參考，對(duì)四缸汽油機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的主要零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了有關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的理論分析與計(jì)算機(jī)仿真分析。第2章 活塞組的設(shè)計(jì) 活塞的設(shè)計(jì) 活塞的材料在發(fā)動(dòng)機(jī)中，灰鑄鐵由于耐磨性、耐蝕性好、膨脹系數(shù)小、熱強(qiáng)度高、成本低、工藝性好等原因，曾廣泛地被作為活塞材料。但近幾十年來(lái)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速日益提高，工作過(guò)程不斷強(qiáng)化，灰鑄鐵活塞因此比重大和導(dǎo)熱性差兩個(gè)根本缺點(diǎn)而逐漸被鋁基輕合金活塞所淘汰。鋁合金的優(yōu)缺點(diǎn)與灰鑄鐵正相反，鋁合金比重小，約占有灰鑄鐵的1/3，結(jié)構(gòu)重量?jī)H占鑄鐵活塞的。因此其慣性小，這對(duì)高速發(fā)動(dòng)機(jī)具有重大意義。鋁合金另一突出優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)熱性

5、好，其熱傳導(dǎo)系數(shù)約為鑄鐵的倍，使活塞溫度顯著下降。對(duì)汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，采用鋁活塞還為提高壓縮比、改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能創(chuàng)造了重要的條件。共晶鋁硅合金是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的活塞材料，既可鑄造，也可鍛造。含硅9%左右的亞共晶鋁硅合金，熱膨脹系數(shù)稍大一些，但由于鑄造性能好，適應(yīng)大量生產(chǎn)工藝的要求，應(yīng)用也很廣。綜合分析，該發(fā)動(dòng)機(jī)活塞采用鋁硅合金材料鑄造而成。 活塞頭部的設(shè)計(jì)1、壓縮高度的確定壓縮高度是由火力岸高度、環(huán)帶高度和上裙尺寸構(gòu)成的，即 =+（1）第一環(huán)位置一般汽油機(jī)，為活塞直徑，該發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞標(biāo)準(zhǔn)直徑確定火力岸高度為：（2）環(huán)帶高度 一般氣環(huán)高，油環(huán)高。該發(fā)動(dòng)機(jī)采用三道活塞環(huán)，取，。環(huán)岸的高度，汽油機(jī)接近

6、下限。則 ， 。因此，環(huán)帶高度。（3）上裙尺寸對(duì)于汽油機(jī)，所以。 。2、活塞頂和環(huán)帶斷面由于EA113 5V ，因而采用近似于平頂?shù)幕钊?。?shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，活塞頂部最小厚度，汽油機(jī)為，即。 活塞裙部裙部單位面積壓力（裙部比壓）按下式計(jì)算： 取。則 一般發(fā)動(dòng)機(jī)活塞裙部比壓值約為，所以設(shè)計(jì)合適。 活塞銷的結(jié)構(gòu)活塞銷與活塞銷座和連桿小頭襯套孔的連接配合，采用“全浮式”?；钊N的直徑，取，取活塞銷長(zhǎng)度，取第3章 連桿組的設(shè)計(jì) 連桿的設(shè)計(jì) 連桿材料的選用 為了保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強(qiáng)度，采用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼45模鍛，表面噴丸強(qiáng)化處理，提高強(qiáng)度。 設(shè)計(jì)連桿時(shí)首先要確定連桿大小頭

7、孔間的距離，即連桿長(zhǎng)度它通常是用連桿比來(lái)說(shuō)明的，取，則。 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，小頭襯套內(nèi)徑和小頭寬度已在活塞組設(shè)計(jì)中確定，。為了改善磨損，小頭孔中以一定過(guò)盈量壓入耐磨襯套，襯套大多用耐磨錫青銅鑄造，這種襯套的厚度一般為，取，則小頭孔直徑，小頭外徑，取。 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)連桿桿身從彎曲剛度和鍛造工藝性考慮，采用工字形斷面，桿身截面寬度約等于(為氣缸直徑)，取，截面高度，取。為使連桿從小頭到大頭傳力比較均勻，在桿身到小頭和大頭的過(guò)渡處用足夠大的圓角半徑。 連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)連桿大頭的結(jié)構(gòu)與尺寸基本上決定于曲柄銷直徑、長(zhǎng)度、連桿軸瓦厚度和連桿螺栓直徑。其中在、在曲軸設(shè)計(jì)中確定，則大頭寬度，軸瓦厚度

8、，取，大頭孔直徑。連桿大頭與連桿蓋的分開(kāi)面采用平切口，大頭凸臺(tái)高度，取，取， 連桿螺栓的設(shè)計(jì)根據(jù)氣缸直徑初選連桿螺紋直徑，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，取。第4章 曲軸的設(shè)計(jì) 曲軸的結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇 曲軸的結(jié)構(gòu)型式曲軸的設(shè)計(jì)從總體結(jié)構(gòu)上選擇整體式，它具有工作可靠、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，而且剛度和強(qiáng)度較高，加工表面也比較少。為了提高曲軸的彎曲剛度和強(qiáng)度，采用全支撐半平衡結(jié)構(gòu)11，即四個(gè)曲拐，每個(gè)曲拐的兩端都有一個(gè)主軸頸，： 曲軸的結(jié)構(gòu)型式 曲軸的材料在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝正確合理的條件下，主要是材料強(qiáng)度決定著曲軸的體積、重量和壽命，作為曲軸的材料，除了應(yīng)具有優(yōu)良的機(jī)械性能以外，還要求高度的耐磨性、耐疲勞性和沖擊韌性。同時(shí)

9、也要使曲軸的加工容易和造價(jià)低廉。在保證曲軸有足夠強(qiáng)度的前提下，盡可能采用一般材料。以鑄代鍛，以鐵代鋼。高強(qiáng)度球墨鑄鐵的出現(xiàn)為鑄造曲軸的廣泛采用提供了前提。該發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸采用球墨鑄鐵鑄造而成。 曲軸的主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì) 曲柄銷的直徑和長(zhǎng)度 在考慮曲軸軸頸的粗細(xì)時(shí)，首先是確定曲柄銷的直徑。對(duì)于汽油機(jī)，為氣缸直徑，已知=80，則，曲柄銷直徑取為=48。曲柄銷的長(zhǎng)度是在選定的基礎(chǔ)上考慮的。從增加曲軸的剛性和保證軸承的工作能力出發(fā)，應(yīng)使控制在一定范圍內(nèi)，同時(shí)注意曲拐各部分尺寸協(xié)調(diào)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)/=，取=30。軸頸的尺寸，最后可以根據(jù)承壓面的投影面積與活塞投影面積之比來(lái)校核，此比值據(jù)統(tǒng)計(jì)在范圍內(nèi)，而且

10、汽油機(jī)偏下限。那么由，則長(zhǎng)度取值合適。 主軸頸的直徑和長(zhǎng)度為了最大限度地增加曲軸的剛度，適當(dāng)?shù)丶哟种鬏S頸，這樣可以增加曲軸軸頸的重疊度，從而提高曲軸剛度，其次，加粗主軸頸后可以相對(duì)縮短其長(zhǎng)度，從而給加厚曲柄提高其強(qiáng)度提供可能。從曲軸各部分尺寸協(xié)調(diào)的觀點(diǎn)，建議取，取=56。由于主軸承的負(fù)荷比連桿軸承輕，主軸頸的長(zhǎng)度一般比曲柄銷的長(zhǎng)度短，這樣可滿足增強(qiáng)剛性及保證良好潤(rùn)滑的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，取=24。 曲柄曲柄應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)暮穸取挾?，以使曲軸有足夠的剛度和強(qiáng)度。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，曲柄的寬度，取，厚度，取。曲柄臂以凸肩接主軸頸和曲柄銷。凸肩的厚度根據(jù)曲軸加工工藝決定。1，取=1。曲柄銷和主軸頸至曲柄臂凸肩的過(guò)渡圓

11、角對(duì)應(yīng)力集中程度影響最大，加大圓角半徑可使圓角應(yīng)力峰值降低，故宜取大，取=3。 平衡重對(duì)四拐曲軸來(lái)說(shuō)，作用在第1、2拐和第3、4拐上的離心慣性力互成力偶。這兩個(gè)力偶大小相等、方向相反，所以從整體上講是平衡的，但是這兩個(gè)力偶卻還是作用在曲袖上了，曲軸這兩個(gè)對(duì)稱力偶的作用下可能發(fā)生彎曲變形。由于曲軸是安裝在機(jī)體的主軸承中的，所以曲軸發(fā)生彎曲變形時(shí)上述力偶就將也部分地作用在機(jī)體上，使機(jī)體承受附加彎曲力偶的作用，尤其是在此情況下主軸承的工作條件也要變壞。安裝平衡重，改善曲軸本身和機(jī)體的受力情況，尤其改善了主軸承的工作條件。 油孔的位置和尺寸為保證曲軸軸承工作可靠，對(duì)它們必需有充分的潤(rùn)滑。曲軸中油道的尺寸和布置直接影響它的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)也影響軸承工作的可靠性。油道的孔徑一般在左右，取為4。 曲軸兩端的結(jié)構(gòu)曲軸上帶動(dòng)輔助系統(tǒng)的正時(shí)齒輪和皮帶輪一般裝在曲軸的前端，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)也是由曲軸自由端驅(qū)動(dòng)。這是應(yīng)為曲軸自由端的軸頸允許較細(xì)，可以采用節(jié)圓直徑小的齒輪，消除扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的減振器裝在曲軸前端，因?yàn)檫@里的振幅最大。第5章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的創(chuàng)建運(yùn)用UG軟件分別對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的各個(gè)零件進(jìn)行模型的建立，具體步驟如下： 活塞的創(chuàng)建（1）創(chuàng)建草圖；（2）旋轉(zhuǎn)；（