發(fā)動(dòng)機(jī)原理課程大作業(yè)

PAGE1發(fā)動(dòng)機(jī)原理課程作業(yè)題目：曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析姓名班級(jí)：學(xué)號(hào)：成績(jī)?cè)u(píng)閱人前言（緒論）1.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用是提供\o"燃燒"燃燒場(chǎng)所，把燃料燃燒后氣體作用在活塞頂上的膨脹壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，不斷輸出動(dòng)力。曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動(dòng)零件。在作功沖程，它將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)、曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，對(duì)外輸出動(dòng)力；在其他沖程，則依靠曲柄和飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性、通過(guò)連桿帶動(dòng)活塞上下運(yùn)動(dòng)，為下一次作功創(chuàng)造條件。1.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)的組成曲柄連桿機(jī)構(gòu)由機(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組三部分組成。機(jī)體組是構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架，是發(fā)動(dòng)機(jī)各機(jī)構(gòu)和各系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)，其內(nèi)、外安裝著發(fā)動(dòng)機(jī)的所有主要零件和附件，承受各種載荷。因此，機(jī)體必須要有足夠的強(qiáng)度和剛度。其主要部分為氣缸體，它是發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體，是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的一個(gè)部件。氣缸體有水冷式缸體和風(fēng)冷式氣缸體。水冷式氣缸體一般與上曲軸箱鑄成一體。氣缸體有直列、V形和水平對(duì)置三種形式，在汽車(chē)上常用直列和V形兩種。為了材料上的經(jīng)濟(jì)性，廣泛采用缸體內(nèi)鑲?cè)霘飧滋讈?lái)形成氣缸工作表面。這樣，缸套可用耐磨性較好的合金鑄鐵或合金鋼制造，以延長(zhǎng)氣缸使用壽命，而缸體可用價(jià)格較低的普通鑄鐵或鋁合金材料制造?；钊M由活塞、活塞環(huán)、活塞銷(xiāo)等組成?；钊蕡A柱形，上面裝有活塞環(huán)，借以在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)密閉氣缸。上面的幾道活塞環(huán)稱(chēng)為氣環(huán)，用來(lái)封閉氣缸，防止氣缸內(nèi)的氣體漏泄，下面的環(huán)稱(chēng)為油環(huán)，用來(lái)將氣缸壁上的多余的潤(rùn)滑油刮下，防止?jié)櫥透Z入氣缸?；钊N(xiāo)呈圓筒形，它穿入活塞上的銷(xiāo)孔和連桿小頭中，將活塞和連桿聯(lián)接起來(lái)。連桿大頭端分成兩半，由連桿螺釘聯(lián)接起來(lái)，它與曲軸的曲柄銷(xiāo)相連。連桿工作時(shí)，連桿小頭端隨活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿大頭端隨曲柄銷(xiāo)繞曲軸軸線(xiàn)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，連桿大小頭間的桿身作復(fù)雜的搖擺運(yùn)動(dòng)。曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪和一些附件組成，它一般采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼或中碳合金鋼等強(qiáng)度、沖擊韌性和耐磨性較好的材料模鍛而成。曲軸的作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并將膨脹行程所作的功，通過(guò)安裝在曲軸后端上的飛輪傳遞出去。飛輪能儲(chǔ)存能量，使活塞的其他行程能正常工作，并使曲軸旋轉(zhuǎn)均勻。為了平衡慣性力和減輕內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)，在曲軸的曲柄上還適當(dāng)裝置平衡質(zhì)量。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析2.1、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的方案選擇內(nèi)燃機(jī)中采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的型式很多，按運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)可分為三類(lèi)，即:中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)、偏心曲柄連桿機(jī)構(gòu)和主副連桿式曲柄連桿機(jī)構(gòu)。（1）中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)其特點(diǎn)是氣缸中心線(xiàn)通過(guò)曲軸的旋轉(zhuǎn)中心，并垂直于曲柄的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)。這種型式的曲柄連桿機(jī)構(gòu)在內(nèi)燃機(jī)中應(yīng)用最為廣泛。一般的單列式內(nèi)燃機(jī)，采用并列連桿與叉形連桿的V形內(nèi)燃機(jī)，以及對(duì)置式活塞內(nèi)燃機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)都屬于這一類(lèi)，較為常用。（2）偏心曲柄連桿機(jī)構(gòu)其特點(diǎn)是氣缸中心線(xiàn)垂直于曲軸的回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)，但不通過(guò)曲軸的回轉(zhuǎn)中心，氣缸中心線(xiàn)距離曲軸的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)具有一偏移量e。這種曲柄連桿機(jī)構(gòu)可以減小膨脹行程中活塞與氣缸壁間的最大側(cè)壓力，使活塞在膨脹行程與壓縮行程時(shí)作用在氣缸壁兩側(cè)的側(cè)壓力大小比較均勻。（3）主副連桿式曲柄連桿機(jī)構(gòu)其特點(diǎn)是內(nèi)燃機(jī)的一列氣缸用主連桿，其它各列氣缸則用副連桿，這些連桿的下端不是直接接在曲柄銷(xiāo)上，而是通過(guò)副連桿銷(xiāo)裝在主連桿的大頭上，形成了“關(guān)節(jié)式”運(yùn)動(dòng)，所以這種機(jī)構(gòu)有時(shí)也稱(chēng)為“關(guān)節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)”。在關(guān)節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)中，一個(gè)曲柄可以同時(shí)帶動(dòng)幾套副連桿和活塞，這種結(jié)構(gòu)可使內(nèi)燃機(jī)長(zhǎng)度縮短，結(jié)構(gòu)緊湊，廣泛的應(yīng)用于大功率的坦克和機(jī)車(chē)用V形內(nèi)燃機(jī)[8]。在此以應(yīng)用最多的中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)為例來(lái)分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性。通常情況下活塞采用鋁合金制造，連桿一般用中碳鋼或合金鋼經(jīng)模鍛或輥鍛而成，然后再進(jìn)行機(jī)械加工和熱處理。取曲柄長(zhǎng)度為100mm,連桿長(zhǎng)度為350mm。2.2、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)計(jì)算中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，圖1中氣缸中心線(xiàn)通過(guò)曲軸中心O，OB為曲柄，AB為連桿，B為曲柄銷(xiāo)中心，A為連桿小頭孔中心或活塞銷(xiāo)中心。當(dāng)曲柄按等角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄OB上任意點(diǎn)都以O(shè)點(diǎn)為圓心做等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，活塞A點(diǎn)沿氣缸中心線(xiàn)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿AB則做復(fù)合的平面運(yùn)動(dòng)，其大頭B點(diǎn)與曲柄一端相連，做等速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而連桿小頭與活塞相連，做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在實(shí)際分析中，為使問(wèn)題簡(jiǎn)單化，一般將連桿簡(jiǎn)化為分別集中于連桿大頭和小頭的兩個(gè)集中質(zhì)量，認(rèn)為它們分別做旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這樣就不需要對(duì)連桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行單獨(dú)研究。圖1曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其速度和加速度是變化的。它的速度和加速度的數(shù)值以及變化規(guī)律對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)以及發(fā)動(dòng)機(jī)整體工作有很大影響，因此，研究曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的主要任務(wù)就是研究活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。設(shè)其曲柄半徑R=100mm，連桿長(zhǎng)度L=400mm，連桿比=R/L=1/4在1/3~1/5之間，滿(mǎn)足要求。由于這里不考慮速度對(duì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響，故設(shè)其勻速旋轉(zhuǎn)的速度ω=1/s。（1）活塞位移假設(shè)在某一時(shí)刻，曲柄轉(zhuǎn)角為，并按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，連桿軸線(xiàn)在其運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)偏離氣缸軸線(xiàn)的角度為，如圖5所示。此時(shí)活塞的位移x為:x===(r+)=式中：—連桿比。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化換算之后得：帶入數(shù)據(jù)得:（2）活塞的速度活塞位移公式對(duì)時(shí)間t進(jìn)行微分，即可求得活塞速度的精確值為將上式對(duì)時(shí)間微分，便可求得活塞速度得近似公式為：帶入數(shù)據(jù)得：（3）活塞的加速度將速度公式對(duì)時(shí)間微分，可求得活塞加速度的精確值為：將上式對(duì)時(shí)間為微分，可求得活塞加速度的近似值為：帶入數(shù)據(jù)得：2.3、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真（1）活塞位移圖2活塞位移運(yùn)動(dòng)規(guī)律當(dāng)=時(shí)，活塞銷(xiāo)中心A在最上面的位置A1，此位置稱(chēng)為上止點(diǎn)。當(dāng)=180時(shí)，A點(diǎn)在最下面的位置A2，此位置稱(chēng)為下止點(diǎn)（2）活塞的速度圖3活塞速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律當(dāng)或時(shí)，活塞速度為零，活塞在這兩點(diǎn)改變運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)時(shí)，，此時(shí)活塞得速度等于曲柄銷(xiāo)中心的圓周速度。（3）活塞的加速度