課程設(shè)計(jì)匯本~活塞連桿設(shè)計(jì)

1、 42/45 課程設(shè)計(jì)課程名稱： 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目： 曲軸和連桿設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 交通工程 專 業(yè)：車輛工程年 級(jí)：xxxx級(jí) 學(xué)生姓名：xxxxxxx指導(dǎo)教師：xxxxxxxxxxxxxx日 期：2013年9月教 務(wù) 處 制目錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc1778026871、總體布局、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及選用原則系統(tǒng)分析 PAGEREF _Toc177802687 h 1HYPERLINK l _Toc1778026881.1機(jī)型 PAGEREF _Toc177802688 h 1HYPERLINK l _Toc1778026891.2選用原則 PAGEREF _

2、Toc177802689 h 1HYPERLINK l _Toc1778026902、標(biāo)定工況（最大功率）工作過程及熱力計(jì)算和示功圖繪制 PAGEREF _Toc177802690 h 2HYPERLINK l _Toc1778026912.1實(shí)際循環(huán)熱力計(jì)算 PAGEREF _Toc177802691 h 2HYPERLINK l _Toc1778026922.1.1熱力計(jì)算的目的 PAGEREF _Toc177802692 h 2HYPERLINK l _Toc1778026932.1.2熱力計(jì)算的方法 PAGEREF _Toc177802693 h 3HYPERLINK l _Toc17

3、78026942.2重要參數(shù)選取 PAGEREF _Toc177802694 h 3HYPERLINK l _Toc1778026952.2.1壓縮比 PAGEREF _Toc177802695 h 3HYPERLINK l _Toc1778026962.2.2過量空氣系數(shù) PAGEREF _Toc177802696 h 3HYPERLINK l _Toc1778026972.2.3殘余廢氣系數(shù) PAGEREF _Toc177802697 h 3HYPERLINK l _Toc1778026982.2.4進(jìn)氣溫升和殘余廢氣溫度 PAGEREF _Toc177802698 h 3HYPERLIN

4、K l _Toc1778026992.2.5熱量利用系數(shù) PAGEREF _Toc177802699 h 3HYPERLINK l _Toc1778027002.2.6示功圖豐滿系數(shù) PAGEREF _Toc177802700 h 3HYPERLINK l _Toc1778027012.2.7機(jī)械效率 PAGEREF _Toc177802701 h 4HYPERLINK l _Toc1778027022.2.8平均多變壓縮指數(shù) PAGEREF _Toc177802702 h 4HYPERLINK l _Toc1778027032.2.9平均多變膨脹指數(shù) PAGEREF _Toc17780270

5、3 h 4HYPERLINK l _Toc1778027042.3燃料燃燒化學(xué)計(jì)算 PAGEREF _Toc177802704 h 4HYPERLINK l _Toc1778027052.3.1理論空氣量的計(jì)算 PAGEREF _Toc177802705 h 4HYPERLINK l _Toc1778027062.3.2理論分子變化系數(shù)0的計(jì)算 PAGEREF _Toc177802706 h 5HYPERLINK l _Toc1778027072.3.3實(shí)際分子變化系數(shù) PAGEREF _Toc177802707 h 5HYPERLINK l _Toc1778027082.4燃?xì)膺^程參數(shù)的確定

6、與計(jì)算 PAGEREF _Toc177802708 h 5HYPERLINK l _Toc1778027092.4.1壓縮過程氣體狀態(tài) PAGEREF _Toc177802709 h 5HYPERLINK l _Toc1778027102.4.2燃燒過程及燃燒終點(diǎn)氣體狀態(tài) PAGEREF _Toc177802710 h 5HYPERLINK l _Toc1778027122.4.3最高燃燒爆發(fā)壓力及壓力升高比確定 PAGEREF _Toc177802712 h 7HYPERLINK l _Toc1778027132.4.4膨脹終點(diǎn)氣體狀態(tài) PAGEREF _Toc177802713 h 7HY

7、PERLINK l _Toc1778027142.4.5繪制示功圖 PAGEREF _Toc177802714 h 8HYPERLINK l _Toc1778027162.5發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù) PAGEREF _Toc177802716 h 9HYPERLINK l _Toc1778027172.5.1平均指示壓力Pi PAGEREF _Toc177802717 h 9HYPERLINK l _Toc1778027182.5.2平均有效壓力 PAGEREF _Toc177802718 h 9HYPERLINK l _Toc1778027192.5.3有效功率 PAGEREF _Toc1778027

8、19 h 9HYPERLINK l _Toc1778027202.5.4充量系數(shù) PAGEREF _Toc177802720 h 10HYPERLINK l _Toc1778027212.5.5指示熱效率 PAGEREF _Toc177802721 h 10HYPERLINK l _Toc1778027222.5.6燃油消耗率 PAGEREF _Toc177802722 h 10HYPERLINK l _Toc1778027232.5.7發(fā)動(dòng)機(jī)總進(jìn)氣流量 PAGEREF _Toc177802723 h 10HYPERLINK l _Toc1778027243、活塞位移、速度、加速度隨曲軸轉(zhuǎn)角變

9、化曲線 PAGEREF _Toc177802724 h 11HYPERLINK l _Toc1778027253.1活塞位移 PAGEREF _Toc177802725 h 11HYPERLINK l _Toc1778027263.2活塞速度V PAGEREF _Toc177802726 h 11HYPERLINK l _Toc1778027283.3.活塞加速度 PAGEREF _Toc177802728 h 12HYPERLINK l _Toc1778027294、氣缸壓力、活塞側(cè)擊力、連桿力、曲柄銷切向力，徑向力 PAGEREF _Toc177802729 h 13HYPERLINK l

10、 _Toc1778027304.1氣缸壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角變化曲線 PAGEREF _Toc177802730 h 13HYPERLINK l _Toc1778027314.2活塞銷上的合力變化曲線 PAGEREF _Toc177802731 h 14HYPERLINK l _Toc1778027324.3活塞所受側(cè)壓力 PAGEREF _Toc177802732 h 14HYPERLINK l _Toc1778027334.3.1往復(fù)慣性力的求取 PAGEREF _Toc177802733 h 14HYPERLINK l _Toc1778027344.4連桿作用力與活塞銷受力相反 PAGEREF

11、_Toc177802734 h 16HYPERLINK l _Toc1778027354.5曲柄銷受力 PAGEREF _Toc177802735 h 16HYPERLINK l _Toc1778027364.6曲柄銷極坐標(biāo)圖與連桿軸承受力 PAGEREF _Toc177802736 h 17HYPERLINK l _Toc1778027374.6.1曲柄銷載荷的極坐標(biāo)圖 PAGEREF _Toc177802737 h 17HYPERLINK l _Toc1778027384.6.2連桿軸承的負(fù)荷矢量圖 PAGEREF _Toc177802738 h 17HYPERLINK l _Toc177

12、8027394.6.3連桿軸承受力極坐標(biāo)圖 PAGEREF _Toc177802739 h 19HYPERLINK l _Toc1778027405、連桿設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算、校核 PAGEREF _Toc177802740 h 19HYPERLINK l _Toc1778027415.1連桿主要參數(shù)選取 PAGEREF _Toc177802741 h 19HYPERLINK l _Toc1778027445.2材料和關(guān)于材料的參數(shù) PAGEREF _Toc177802744 h 21HYPERLINK l _Toc1778027455.3連桿小頭強(qiáng)度 PAGEREF _Toc177802745 h

13、 21HYPERLINK l _Toc1778027515.4連桿桿身強(qiáng)度 PAGEREF _Toc177802751 h 24HYPERLINK l _Toc1778027545.5連桿大頭強(qiáng)度 PAGEREF _Toc177802754 h 25HYPERLINK l _Toc1778027585.6螺栓強(qiáng)度校核 PAGEREF _Toc177802758 h 26HYPERLINK l _Toc1778027646、有限元分析 PAGEREF _Toc177802764 h 28HYPERLINK l _Toc1778027656.1 連桿實(shí)體模型的建立 PAGEREF _Toc1778

14、02765 h 28HYPERLINK l _Toc1778027716.2 網(wǎng)格的劃分 PAGEREF _Toc177802771 h 29HYPERLINK l _Toc1778027726.3連桿受力分析 PAGEREF _Toc177802772 h 30HYPERLINK l _Toc1778027736.2.1最大拉伸 PAGEREF _Toc177802773 h 30HYPERLINK l _Toc1778027746.2.2最大壓縮 PAGEREF _Toc177802774 h 31HYPERLINK l _Toc1778027756.4有限元計(jì)算結(jié)果分析 PAGEREF

15、_Toc177802775 h 32HYPERLINK l _Toc1778027766.3.1載荷分布與加載 PAGEREF _Toc177802776 h 32HYPERLINK l _Toc1778027786.3.2等效載荷模擬結(jié)果 PAGEREF _Toc177802778 h 33HYPERLINK l _Toc1778027796.3.3計(jì)算結(jié)果分析 PAGEREF _Toc177802779 h 34HYPERLINK l _Toc1778027857、總結(jié) PAGEREF _Toc177802785 h 38HYPERLINK l _Toc1778027988、參考文獻(xiàn) PA

16、GEREF _Toc177802798 h 38課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果1、總體布局、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及選用原則系統(tǒng)分析1.1機(jī)型該發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型為臥式，直列，水冷，四沖程兩缸機(jī)。臥式，是指氣缸中心線平行于水平面的發(fā)動(dòng)機(jī)，也就是水平放置的發(fā)動(dòng)機(jī)。它的特點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的高度很低，便于安裝到一般立式發(fā)動(dòng)機(jī)放不進(jìn)去的地方。直列就是氣缸呈直線排列，一般用于汽缸數(shù)小的發(fā)動(dòng)機(jī)，優(yōu)點(diǎn)在于動(dòng)力輸出強(qiáng)勁、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)便。水冷，即采用水作冷卻介質(zhì)，冷卻效果較好。四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣質(zhì)量較二沖程好，發(fā)展比較成熟。該機(jī)型工作平穩(wěn)，動(dòng)力強(qiáng)勁，性能可靠，安能可靠，安裝維修方便，多用在農(nóng)用機(jī)械上。1.2選用原則（1）布置緊湊，外形尺

17、寸小，外觀整齊，外接管路盡量少。（2）經(jīng)常需要保養(yǎng)的零部件，接近性要好，對(duì)經(jīng)常檢查調(diào)整的氣門間隙和噴油提前角等有關(guān)零部件應(yīng)考慮到調(diào)整和拆裝方便。（3）應(yīng)滿足用戶對(duì)柴油機(jī)配套所提出的各項(xiàng)合理要求。多種用途柴油機(jī)的總體布置，首先滿足主要用途的配套要求，還要考慮到變機(jī)型的有關(guān)問題。（4）具有良好的加工和裝配工藝性。（5）柴油機(jī)起吊、存放和安裝方便。（6）總體布置要認(rèn)真貫徹執(zhí)行產(chǎn)品系列化、零部件通用化和零件標(biāo)準(zhǔn)化。課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果2、標(biāo)定工況（最大功率）工作過程及熱力計(jì)算和示功圖繪制290型柴油機(jī)課程設(shè)計(jì)參數(shù)表型式臥式，直列，水冷，四沖程缸徑行程（mm）9095氣缸數(shù)2氣缸套型式濕式燃燒室

18、型式直噴式縮口型燃燒室吸氣方式自然吸氣壓縮比17.5：1或（17：1）或（16.5:1）最高燃燒壓力bar801h標(biāo)定功率/轉(zhuǎn)速，kw(Ps)/r/min16（21）/2600最低燃油消耗率，g/kW.h(g/Ps.h)245（180）曲柄半徑mm/連桿長(zhǎng)度mm47.5/165燃料低熱值KJ/kg42500單缸活塞組質(zhì)量Kg0.948連桿組質(zhì)量Kg1.300大氣平均壓力kpa98.392932.1實(shí)際循環(huán)熱力計(jì)算2.1.1熱力計(jì)算的目的在一臺(tái)新內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，大致確定氣缸內(nèi)的壓力和溫度變化情況，繪出示功圖，可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)方案設(shè)計(jì)中所確定的指標(biāo)起到一定的校核作用。課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果2

19、.1.2熱力計(jì)算的方法用閉口系統(tǒng)來模擬不穩(wěn)定的開口系統(tǒng)，用定容定壓加熱代替實(shí)際的燃燒過程，用多變過程來代替實(shí)際的壓縮和膨脹過程，用多變過程來代替實(shí)際的壓縮和膨脹過程，用定容放熱代替排氣過程等，最后的結(jié)果用一個(gè)折扣系數(shù)近似接近實(shí)際循環(huán)。2.2重要參數(shù)選取2.2.1壓縮比壓縮比選?。?17.5=17.52.2.2過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)選取：=1.4（非增壓柴油機(jī)一般推薦=1.21.5）=1.42.2.3殘余廢氣系數(shù)殘余廢氣系數(shù)選?。?0.05（非增壓四沖程柴油機(jī)一般推薦=0.030.06）=0.052.2.4進(jìn)氣溫升和殘余廢氣溫度進(jìn)氣溫升選?。?15(非增壓四沖程柴油機(jī)一般推薦=1020)=15

20、殘余廢氣溫度選?。?760(非增壓四沖程柴油機(jī)一般推薦=700800)=7602.2.5熱量利用系數(shù)熱量利用系數(shù)選?。?0.75（低中速柴油機(jī)：0.750.88，高速柴油機(jī)： =0.750.650.85）2.2.6示功圖豐滿系數(shù)示功圖豐滿系數(shù)選取：=0.96（范圍一般為0.920.97）=0.96課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果2.2.7機(jī)械效率機(jī)械效率選?。?0.85（四沖程高速柴油機(jī)0.750.88）=0.852.2.8平均多變壓縮指數(shù)為壓縮多變指數(shù)。在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮過程中由于存在與缸壁產(chǎn)生熱交換及漏氣損失現(xiàn)象，為變數(shù)。對(duì)于直接噴射式柴油機(jī)當(dāng)=1215，=610m/s,經(jīng)驗(yàn)值=1.351.38

21、.預(yù)燃室式柴油機(jī)=1518，=812m/s，經(jīng)驗(yàn)值=1.331.36.所以選取平均多變壓縮指數(shù)=1.35=1.352.2.9平均多變膨脹指數(shù)實(shí)際膨脹多變指數(shù)亦為變數(shù)。膨脹始點(diǎn)值最小，膨脹終點(diǎn)值最大。在計(jì)算值可取平均值。一般經(jīng)驗(yàn)值：對(duì)于柴油機(jī)=1.221.32.選取平均多變膨脹指數(shù)：=1.30=1.302.3燃料燃燒化學(xué)計(jì)算2.3.1理論空氣量的計(jì)算（1）1kg燃料燃燒所需的理論空氣量柴油：=0.87 =0.126 =0.004得到：=0.495kmol/kg=0.495kmol/kg（2）新鮮充量的分量=1.40.495=0.693kgmol/kg(燃料)=0.693課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)

22、果（3）1kg燃料燃燒時(shí)的燃燒產(chǎn)物量kgmol/kg(燃料)=0.7262.3.2理論分子變化系數(shù)0的計(jì)算=1.047=1.0472.3.3實(shí)際分子變化系數(shù)=1.045=1.0452.4燃?xì)膺^程參數(shù)的確定與計(jì)算2.4.1壓縮過程氣體狀態(tài)（1）壓縮始點(diǎn)溫度：（2）壓縮始點(diǎn)壓力：（3）壓縮終點(diǎn)壓力：（4）壓縮終點(diǎn)溫度2.4.2燃燒過程及燃燒終點(diǎn)氣體狀態(tài)（1）壓縮終點(diǎn)的空氣平均等容比熱，在圖3-2上查得，當(dāng)時(shí)的=7.35 故：課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果（2）壓縮終點(diǎn)的殘余廢氣平均等容比熱，在圖3-2上查得，當(dāng)=626=1.4時(shí)的=7.6 故：（3）壓縮終點(diǎn)的混合氣平均等容比熱（4）燃燒終點(diǎn)的溫度，

23、根據(jù)下列方程求解將已知數(shù)值帶入化簡(jiǎn)后得： =15265再用t曲線，先估計(jì)下值，按此查出，并算出，試其數(shù)值 與 15265是否相符，然后按其差值再選值，如此逐步試算直至求得值和其相應(yīng)的乘積等于15265為止，按照此方法求得燃燒終點(diǎn)溫度：t曲線如圖一所示：課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果 圖一： t曲線2.4.3最高燃燒爆發(fā)壓力及壓力升高比確定（1）最高燃燒爆發(fā)壓力：最高燃燒爆發(fā)壓力給定為：（2）壓力升高比2.4.4膨脹終點(diǎn)氣體狀態(tài)（1）初期膨脹比（2）后期膨脹比課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果（3）膨脹終點(diǎn)的壓力和溫度（）=0.34MPa2.4.5繪制示功圖(1)壓縮行程：壓縮行程起始點(diǎn)的壓力值通常在（

24、0.900.8）之間，選定壓縮始點(diǎn)的壓強(qiáng)為=0.095MPa。把壓縮過程簡(jiǎn)化為絕熱過程，=1.35。由熱力學(xué)知識(shí)可知：，初始狀態(tài)下=0.095MPa在0.636L 0.0364L之間取十五個(gè)點(diǎn)，求取這些點(diǎn)的壓力值，記錄數(shù)據(jù)在execl表格中，由計(jì)算所得的數(shù)據(jù)可知壓縮終了時(shí)的終點(diǎn)壓力?？扇蓟旌蠚庠跉飧字械竭_(dá)壓縮終點(diǎn)后，將會(huì)進(jìn)行等容加熱。加熱終點(diǎn)的壓力（2）膨脹過程：與壓縮過程對(duì)應(yīng)，膨脹過程也可簡(jiǎn)化為絕熱過程：。由上面的計(jì)算知道，在膨脹的始點(diǎn)壓力為，V=0.0364L,同樣在0.636L0.0364L之間取15個(gè)點(diǎn)，求取壓力值。選取=1.30。將數(shù)據(jù)記入附表1中，利用execl表格中的數(shù)據(jù)作出P-

25、V圖。如圖二所示：課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果 圖二：P-V圖2.5發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)2.5.1平均指示壓力Pi2.5.2平均有效壓力2.5.3有效功率課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果2.5.4充量系數(shù)2.5.5指示熱效率2.5.6燃油消耗率（1）指示燃油消耗率（2）有效熱效率（3）有效燃油消耗率2.5.7發(fā)動(dòng)機(jī)總進(jìn)氣流量其中所以：課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果3、活塞位移、速度、加速度隨曲軸轉(zhuǎn)角變化曲線由所給參數(shù)計(jì)算得：3.1活塞位移由位移和曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系式：即在excel中獲得所取點(diǎn)得相關(guān)數(shù)據(jù)記錄在附表一excel sheet1中，利用圖表功能作出活塞位移X隨轉(zhuǎn)角變化的曲線。如圖三所示：圖三：活塞位

26、移X隨轉(zhuǎn)角變化的曲線3.2活塞速度V由速度和曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系式：同理，在excel中獲得相關(guān)數(shù)據(jù)記錄在附表一excel sheet1中，利用圖表功能作出速度隨轉(zhuǎn)角變化的變化曲線圖。如圖四所示：課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果 圖四：速度隨轉(zhuǎn)角的變化曲線3.3.活塞加速度由活塞加速度和曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系：同上，在excel中獲得相關(guān)數(shù)據(jù)記錄在附表一excel sheet1中，利用圖表功能作出加速度隨轉(zhuǎn)角變化曲線圖。曲線圖型如圖五所示： 圖五：加速度隨轉(zhuǎn)角變化曲線圖課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果4、氣缸壓力、活塞側(cè)擊力、連桿力、曲柄銷切向力，徑向力4.1氣缸壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角變化曲線隨著曲軸轉(zhuǎn)角的變化，缸內(nèi)的氣體

27、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，即氣缸內(nèi)氣體壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。0180度為進(jìn)氣行程，汽缸內(nèi)的氣體壓力在理論循環(huán)下基本可以認(rèn)為是一恒定值且小于大氣壓力；180360度為多變壓縮行程，汽缸內(nèi)的氣體壓力可由絕熱方程求出；360540度為多變的膨脹過程，汽缸內(nèi)的氣體壓力可由絕熱方程求出；540720度為排氣行程，可以認(rèn)為汽缸內(nèi)的氣體壓力是均勻下降至。由于已知了曲軸轉(zhuǎn)角和活塞位移X的關(guān)系式，又因則可以在excel表格中，求取出相應(yīng)轉(zhuǎn)角時(shí)對(duì)應(yīng)氣缸容積V。每隔10求（p，V）。將數(shù)據(jù)記錄于附表3中，并做出相應(yīng)的圖，如圖六所示：圖六：圖課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果4.2活塞銷上的合力

28、變化曲線記為活塞銷對(duì)活塞的作用力，對(duì)活塞運(yùn)用達(dá)倫伯原理，可得：其中和各為在氣缸中心線方向及其垂直方向的分力，是活塞、活塞環(huán)和活塞銷卡環(huán)的慣性力。應(yīng)用上述關(guān)系利用excel表格得到活塞銷上的合力變化曲線，如圖七所示： 圖七：活塞銷上的合力變化曲線4.3活塞所受側(cè)壓力4.3.1往復(fù)慣性力的求取（m：?jiǎn)胃谆钊M質(zhì)量Kg，m連桿組質(zhì)量Kg）所以 =即 =課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果往復(fù)慣性力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化曲線如圖八所示：圖八：往復(fù)慣性力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化曲線因?yàn)?所以側(cè)壓力=連桿力=通過excel得到側(cè)壓力與連桿力的變化情況如圖九、圖十所示：圖九：側(cè)壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化曲線課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果

29、4.4連桿作用力與活塞銷受力相反圖十：連桿力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化曲線4.5曲柄銷受力曲柄銷所受外力就是與（曲柄銷對(duì)連桿大頭的作用力）相等而方向相反的，而且是由S和兩向量合成的，在曲柄方向及其（方向）垂直方向(方向)的分力各為：，由表格數(shù)據(jù)得到曲柄銷載荷隨轉(zhuǎn)角的變化，如圖十一所示：圖十一：曲柄銷載荷隨轉(zhuǎn)角的變化課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果4.6曲柄銷極坐標(biāo)圖與連桿軸承受力4.6.1曲柄銷載荷的極坐標(biāo)圖根據(jù) ，得到曲柄銷的極坐標(biāo)圖如圖十二所示：圖十二：曲柄銷極坐標(biāo)圖4.6.2連桿軸承的負(fù)荷矢量圖連桿軸承所受的力與曲柄銷所受的力互為作用力和反作用力，所以它們的直角坐標(biāo)圖完全相同，只是作用力矢量相差了18

30、0。采用X-Y坐標(biāo)系作為連桿軸承負(fù)荷的極坐標(biāo)圖，所以進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)，其矢量共相差： 因?yàn)樵摪l(fā)動(dòng)機(jī)為兩缸發(fā)動(dòng)機(jī)，所以有三個(gè)住軸頸，且兩個(gè)曲拐之間的方向角為180度，且下面進(jìn)行分別計(jì)算：課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果第一主軸頸：由 其中，和各是i號(hào)曲拐和（i+1）號(hào)曲拐對(duì)第一軸的方向角。第二主軸頸：第三主軸頸：綜合應(yīng)用以上關(guān)系式，求解出連桿軸承的負(fù)荷。而且轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)形式，用excel計(jì)算數(shù)據(jù)，并利用excel作出連桿軸承的負(fù)荷矢量圖，如圖十三所示。圖十三：連桿軸承的負(fù)荷矢量圖課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果4.6.3連桿軸承受力極坐標(biāo)圖圖十四：連桿軸承受力極坐標(biāo)圖5、連桿設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算、校核5.1連桿

31、主要參數(shù)選取課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果連桿小頭尺寸：mm 取d=32mm（由活塞銷直徑得到）d=32mm mm 取=2.0mm=2.0mmmm 取=30mm=30mm mm 取=36mm=36mmmm取=45mm=45mm連桿桿身尺寸：（由表8-1得到）mmmmmm 取=26mm=26mmmm 取B=17mmB=17mmmm 取mmmm連桿大頭尺寸：曲柄銷直徑mm 取=55mm（由曲柄銷直徑得到）=55mm軸瓦厚度mm 取=3mm=3mm 取=61mm=61mmmm 取mmmm由于，選取平切口連桿大頭，連桿大頭高度、：平切口連桿：mm 取=30mm=30mmmm 取=30mm=30mm螺栓：

32、mm 取=10mm=10mm課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果5.2材料和關(guān)于材料的參數(shù)采用45鋼作為連桿材料，泊桑比；連彈性模量；連桿膨脹系=；連桿溫升；查3中表5-4取=600MPa；據(jù)1中第八章附錄取工藝系數(shù)=軸套材料:錫青銅,根據(jù)1中內(nèi)容選取套膨脹系；套彈性模量=600MPa5.3連桿小頭強(qiáng)度小頭軸承的比壓：襯套最大裝配過盈量： QUOTE 0.001d襯套溫度過盈量：mm由總過盈量產(chǎn)生徑向均布?jí)毫Γ盒☆^外表面由p引起的應(yīng)力：活塞組的最大慣性力：固定角：（由設(shè)計(jì)圖得）小頭平均半徑：小頭中心截面上的彎矩：小頭中心截面上的法向力：課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果小頭固定截面上的彎矩：小頭固定截面上的

33、法向力：小頭壁厚：小頭截面積：襯套截面積：系數(shù)：小頭受拉時(shí)固定截面處外表面應(yīng)力：小頭承受的最大壓縮力： 查1中圖8-36得：；小頭受壓時(shí)中央截面上的彎矩：小頭受壓時(shí)中央截面上的法向力：小頭固定截面處（）的值：查1中表8-14得：課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果小頭受壓時(shí)固定截面處的彎矩：小頭受壓時(shí)固定截面處的法向力：小頭受壓時(shí)固定截面處外表面應(yīng)力：材料的機(jī)械性能：； 角系數(shù)：在固定截面的外表面處：應(yīng)力幅：平均應(yīng)力：小頭安全系數(shù)：符合設(shè)計(jì)要求。小頭截面的慣性矩：小頭橫向直徑減小量：課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果5.4連桿桿身強(qiáng)度桿身中間截面處最大拉伸力:桿身中間截面處最大壓縮力：由引起的拉伸應(yīng)力：桿身

34、中間截面在擺動(dòng)平面內(nèi)的慣性矩、：由引起的合成應(yīng)力、：桿身中間截面在擺動(dòng)平面內(nèi)的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力：課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果桿身中間截面在垂直于擺動(dòng)平面內(nèi)的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力：桿身中間截面在擺動(dòng)平面的安全系數(shù)：垂直于擺動(dòng)平面內(nèi)安全系數(shù)：桿身安全許用值在的范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。5.5連桿大頭強(qiáng)度大頭蓋所受慣性力:大頭蓋截面的重心坐標(biāo)：大頭蓋截面的慣性矩：課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果大頭蓋計(jì)算截面的抗彎斷面模數(shù)：軸瓦計(jì)算截面的慣性矩：大頭蓋中央截面上的應(yīng)力：大頭橫向直徑減小值：為了保證連桿軸承工作可靠，不應(yīng)該超過連桿軸承與曲柄銷初始配合間隙的一半，常用配合為。通過查找基本偏差數(shù)據(jù)表格，其最小間隙為0

35、.05m。由故所設(shè)計(jì)的連桿大頭剛度符合要求。5.6螺栓強(qiáng)度校核螺栓材料：螺栓選用40cr，螺母選用40cr每個(gè)螺栓由慣性力引起的工作負(fù)荷：工作負(fù)荷傳遞到螺栓的基本負(fù)荷部分：選用0.25課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果工作符合傳遞到大頭上的負(fù)荷部分：螺栓裝配預(yù)緊力： 作用在螺栓上的總拉力：連桿螺栓的疲勞計(jì)算：最大應(yīng)力：桿部：螺紋部分：最小應(yīng)力：桿部：螺紋部分：第一區(qū)域：應(yīng)力幅：平均應(yīng)力：第二區(qū)域：應(yīng)力幅：平均應(yīng)力：屬于第一區(qū)域的應(yīng)力循環(huán)安全系數(shù)：式中：為材料在對(duì)稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果此處取，取0.5，角系數(shù)，取0.33。取5。屬于第二區(qū)域的應(yīng)力循環(huán)安全系數(shù)：由于n2，所

36、以安全系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。判斷螺栓材料是否屈服的條件：，由強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果得，連桿各部位的強(qiáng)度和安全系數(shù)都在要求的范圍內(nèi)，連桿、螺栓設(shè)計(jì)合格。6、有限元分析6.1 連桿實(shí)體模型的建立當(dāng)前，有限元分析技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)過程中發(fā)揮著越來越重要的作用，它不僅縮短了設(shè)計(jì)周期，而且也大大提高了設(shè)計(jì)精度。該軟件采用交互式將有關(guān)連桿幾何形狀、材料特征和計(jì)算工況的參數(shù)輸入后，軟件就可進(jìn)行如下處理：(1)生成連桿有限元網(wǎng)格及變厚度處理等有關(guān)參數(shù)；(2)自動(dòng)進(jìn)行載荷處理；(3)計(jì)算單元?jiǎng)偠龋?4)計(jì)算節(jié)點(diǎn)位移；(5)計(jì)算節(jié)點(diǎn)應(yīng)力；(6) 計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的主應(yīng)力，并求出最大主應(yīng)力及其位置；(7)計(jì)算各強(qiáng)課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算

37、及說明結(jié)果度理論中的相當(dāng)應(yīng)力，并求出最大相當(dāng)應(yīng)力及其位置；(8)繪制單元網(wǎng)格圖、邊界應(yīng)力圖和邊界變形圖。利用UGNX6.0建立三維立體模型首先建立準(zhǔn)確、可靠的計(jì)算模型 ,是應(yīng)用有限元法進(jìn)行分析的重要步驟之一。在進(jìn)行有限元分析時(shí) ,應(yīng)盡量按照實(shí)物來建立有限元分析模型 ,但對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物體 ,完全按照實(shí)物結(jié)構(gòu)來建立計(jì)算模型、進(jìn)行有限元分析有時(shí)會(huì)變得非常困難 ,甚至是不可能的 ,因此可進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。一般來說 ,因模型帶來的誤差要比有限元計(jì)算方法本身的誤差大得多。所以 ,結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算的準(zhǔn)確性在很大程度上取決于計(jì)算模型的準(zhǔn)確性。6.2網(wǎng)格的劃分有限元分析的基礎(chǔ)是單元，所以在有限元分析之前必須將實(shí)物模

38、型劃分為等效節(jié)點(diǎn)和單元。由于連桿形狀較為復(fù)雜，在滿足計(jì)算精度要求的情況下，為了讓結(jié)量盡量少，連桿有限元網(wǎng)格如圖十五所示：圖 十五 連桿有限元網(wǎng)格圖課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果6.3連桿受力分析6.2.1最大拉伸已知：活塞組質(zhì)量 連桿小頭質(zhì)量 連桿大頭質(zhì)量 最大爆發(fā)壓力曲柄銷半徑 連桿長(zhǎng)度 主機(jī)轉(zhuǎn)速 則曲軸角速度 曲柄連桿比 最大受拉工況：取進(jìn)氣開始時(shí)刻的最大慣性載荷作為連桿的最大受拉工況，此時(shí)連桿小頭受到的是活塞組M1的最大往復(fù)慣性力： 連桿大頭則是承受活塞組和連桿小頭往復(fù)慣性力及連桿大頭產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力：式中、分別為活塞組、連桿小頭和連桿大頭的慣性力。小頭內(nèi)孔表面120范圍內(nèi)的面積為：課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算及說明結(jié)果大頭內(nèi)孔表面120范圍內(nèi)的面積為：連桿小頭受到的是活塞組M1的最大往復(fù)慣性力，這個(gè)力在小頭內(nèi)孔表面120范圍內(nèi)的面積上產(chǎn)生的壓力為：連桿大頭則是承受活塞組和連桿小頭往復(fù)慣性力及連桿大頭產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力，這個(gè)力在大頭內(nèi)孔表面120范圍內(nèi)的面積上產(chǎn)生的壓力為：6.2.2最大壓縮已知?dú)飧變?nèi)最大爆發(fā)壓力為：氣缸內(nèi)氣體最大爆發(fā)壓力的一瞬間，此時(shí)連桿承受最大壓力以及