195柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞連桿組設(shè)計(jì)【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文】

《195柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞連桿組設(shè)計(jì)【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文】》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《195柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞連桿組設(shè)計(jì)【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文】（65頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

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的多剛體動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析模擬，研究了在不考慮外力作用并使曲軸保持勻 速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，活塞和連桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及 活塞連桿組 的運(yùn)動(dòng)包絡(luò) 。仿真結(jié)果的 分析表明 ， 仿真結(jié)果與發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作狀況基本一致，文章介紹的仿真方法為 活塞連桿組 的選型、優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一種新思路。 關(guān)鍵詞： 發(fā)動(dòng)機(jī)； 活塞連桿組 ；受力分析； 仿真建模 ； 運(yùn)動(dòng)分析 ； 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 to by 95 s it on of in on in in in in to as as on on AD of of in of of on it as as of to of It a of in 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 目 錄 摘要 1 章 緒論 1 題的目的和意義 1 內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 1 計(jì)研究的主要內(nèi)容 3 第 2 章 活塞連桿組 受力分析 4 塞連桿組 的類型及方案選擇 4 塞連桿組 運(yùn)動(dòng)學(xué) 4 塞位移 5 塞的速度 6 塞的加速度 6 塞連桿組 中的作用力 7 缸內(nèi)工質(zhì)的作用力 7 構(gòu)的慣性力 7 章小結(jié) 14 第 3 章 活塞組的設(shè)計(jì) 15 塞的設(shè)計(jì) 15 塞的工作條件和設(shè)計(jì)要求 15 塞的材料 16 塞頭部的設(shè)計(jì) 16 塞裙部的設(shè)計(jì) 21 塞銷的設(shè)計(jì) 23 塞銷的結(jié)構(gòu)、材料 23 塞銷強(qiáng)度和剛度計(jì)算 23 塞銷座 24 塞銷座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 算比壓力 24 塞環(huán)設(shè)計(jì)及計(jì)算 25 塞環(huán)形狀及主要尺寸設(shè)計(jì) 25 塞環(huán)強(qiáng)度校核 25 章小結(jié) 26 第 4 章 連桿組的設(shè)計(jì) 27 桿的設(shè)計(jì) 27 桿的工作情況、設(shè)計(jì)要求和材料選用 27 桿長(zhǎng)度的確定 27 桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度、剛度計(jì)算 27 桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 30 桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度、剛度計(jì)算 33 桿螺栓的設(shè)計(jì) 35 桿螺栓的工作負(fù)荷與預(yù)緊力 35 桿螺栓的屈服強(qiáng)度校核和疲勞計(jì)算 35 章小結(jié) 36 第 5 章 曲軸的設(shè)計(jì) 37 軸的結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇 37 軸的工作條件和設(shè)計(jì)要求 37 軸的結(jié)構(gòu)型式 37 軸的材料 37 軸的主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì) 38 柄銷的直徑和長(zhǎng)度 38 軸頸的直徑和長(zhǎng)度 38 柄 39 衡重 39 孔的位置和尺寸 40 軸兩端的結(jié)構(gòu) 40 軸的止推 40 軸的疲勞強(qiáng)度校核 41 用于單元曲拐上的力和力矩 41 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 義應(yīng)力的計(jì)算 45 章小結(jié) 47 第 6 章 活塞連桿組 的創(chuàng)建 48 件基本功能的介紹 48 塞的創(chuàng)建 48 塞的特點(diǎn)分析 48 塞的建模思路 48 塞的建模步驟 49 桿的創(chuàng)建 50 桿的特點(diǎn)分析 50 桿的建模思路 50 桿體的建模步驟 51 桿蓋的建模 52 軸的創(chuàng)建 52 軸的特點(diǎn)分析 52 軸的建模思路 52 軸的建模步驟 53 塞連桿組 其它零件的創(chuàng)建 55 塞銷的創(chuàng)建 55 塞銷卡環(huán)的創(chuàng)建 55 桿小頭襯套的創(chuàng)建 55 頭軸瓦的創(chuàng)建 55 桿螺栓的創(chuàng)建 56 章小結(jié) 56 結(jié)論 57 參考文獻(xiàn) 56 致謝 56 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 1 第 1 章 緒 論 題的目的和意義 活塞連桿組 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， 活塞連桿組 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 活塞連桿組 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題1。 通過設(shè)計(jì)，確定發(fā)動(dòng)機(jī) 活塞連桿組 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) 活塞連桿組 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 活塞連桿組 在運(yùn)行過程中的受力狀態(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。 內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 多剛體動(dòng)力學(xué)模擬是近十年發(fā)展起來的機(jī)械計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，提供了在設(shè)計(jì)過程中對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和優(yōu)化的有效手段，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。它是利用計(jì)算機(jī)建造的模型對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，將分析的方法用于模擬實(shí)驗(yàn)，充分利用已有的基本物 理原理，采用與實(shí)際物理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相似的研究方法，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)。目前多剛體動(dòng)力學(xué)模擬軟件主要有 D， 。多剛體動(dòng)力學(xué)模擬軟件的最大優(yōu)點(diǎn)在于分析過程中無需編寫復(fù)雜仿真程序，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)分析時(shí)無需進(jìn)行樣機(jī)的生產(chǎn)和試驗(yàn)。對(duì)內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的部件裝配進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，可校核部件運(yùn)動(dòng)軌跡，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉；對(duì)部件裝配進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真， 可校核機(jī)構(gòu)受力情況；根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)約束及保證性能最優(yōu)的目標(biāo)進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，可最大限度地滿足性能要求，對(duì)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和修正 2。目前國內(nèi)大學(xué)和企業(yè)已經(jīng)已進(jìn)行了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)仿真方面的研究和局部應(yīng)用 ，能在設(shè)計(jì)初期及時(shí)發(fā) 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 2 現(xiàn)內(nèi)燃機(jī) 活塞連桿組 干涉，校核配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)性能等，為設(shè)計(jì)人員提供了基本的設(shè)計(jì)依據(jù) 3 目前國內(nèi)外對(duì) 發(fā)動(dòng) 機(jī) 活塞連桿組 的動(dòng)力學(xué)分析的方法很多，而且已經(jīng)完善和成熟。其中機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是研究?jī)蓚€(gè)或兩個(gè)以上物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即位移、速度和加速度的變化關(guān)系 ： 動(dòng)力學(xué)則是研究產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力。 發(fā)動(dòng) 機(jī) 活塞連桿組 的動(dòng)力學(xué)分析主要包括氣體力、慣性力、軸承力和曲軸轉(zhuǎn)矩等的分析，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)工作機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法主要有圖 解法和解析法 5。 1、解析法 解析法是對(duì)構(gòu)件逐個(gè)列出方程，通過各個(gè)構(gòu)件之間的聯(lián)立線性方程 組 來求解運(yùn)動(dòng)副約束反力和平衡力矩，解析法又包括單位向量法、直角坐標(biāo)法等。 2、圖解法 圖解法形象比較直觀，機(jī)構(gòu) 各 組成部分的位移、速度、加速度以及所受力的大小及改變趨勢(shì)均能通過圖解一目了然。圖解法作為解析 法的輔助手段，可用于對(duì)計(jì)算機(jī)結(jié)果的判斷和選擇。 解析法取點(diǎn)數(shù)值較少，繪制曲線精度不高。不經(jīng)任何計(jì)算，對(duì) 活塞連桿組 直接圖解其速度和加速度的方法最早由克萊茵提出，但方法十分復(fù)雜 6。 3、復(fù)數(shù)向量法 復(fù)數(shù)向 量法是以各個(gè)桿件作為向量，把在復(fù)平面上的連接過程用復(fù)數(shù)形式加以表達(dá)，對(duì)于包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和時(shí)間參數(shù)的解析式就時(shí)間求導(dǎo)后，可以得到機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能。該方法是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的較好方法。 通過對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的分析，我們可以清楚了解內(nèi)燃機(jī)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等，從而可以更好地對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行性能分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。但是過去由于手段的原因，大部分復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)盡管能夠給出解析表達(dá)式，卻難以計(jì)算出供工程設(shè)計(jì)使用的結(jié)果，不得不用粗糙近似的圖解法求得數(shù)據(jù)。近年來隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，可以利用復(fù)雜的計(jì)算表達(dá)式來精確求解各種運(yùn)動(dòng)過程和 動(dòng)態(tài)過程，從而形成了機(jī)械性能分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的現(xiàn)代理論和方法。 通過對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，我們可以清楚了解內(nèi)燃機(jī)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等，從而可以更好地對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行性能分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。但是過去由于手段的原因，大部分復(fù)雜的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)盡管能夠給出解析式，卻難以計(jì)算出供工程使用的計(jì)算結(jié)果，不得不用粗糙的圖解法求得數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，可以利用復(fù)雜的計(jì)算表達(dá)式來精確求解各種運(yùn)動(dòng)過程和動(dòng)態(tài)過程，從而形成機(jī)械性能分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的現(xiàn)代理論和方法。 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)的核心是利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和 動(dòng) 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 3 力學(xué)分析，以確定系統(tǒng)各構(gòu)件在任意時(shí)刻的位置、速度和加速度，進(jìn)而確定系統(tǒng)及其及其各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)所需的作用力 5。 目前 ， 在對(duì)內(nèi)燃機(jī) 活塞連桿組 進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析時(shí) ，大多采用的是專業(yè)的虛擬樣機(jī)商業(yè)軟件 ， 如 。 這些軟件的功能重點(diǎn)是在力學(xué)分析上 ， 在建模方面還是有很多不足 ， 尤其是對(duì)這些復(fù)雜的 活塞連桿組 零部件的三維建模很難實(shí)現(xiàn) 。 因而在其仿真分析過程中對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型就要借助 件來完成 ， 如 4。 當(dāng)考慮到對(duì)多柔體系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析時(shí) ， 有時(shí)還需要結(jié)合 專 業(yè)的有限元分析軟件來進(jìn)行 7。 這一過程十分復(fù)雜 ，不僅需要對(duì)這些軟件有一定了解 ， 還需要處理好軟件接口之間的數(shù)據(jù)傳輸問題 ， 而且軟件使用成本也很高 。 計(jì) 研究的 主要 內(nèi)容 對(duì)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程中 活塞連桿組 受力分析 進(jìn)行 深入研究，其主要的研究?jī)?nèi)容有 ： （ 1） 對(duì) 活塞連桿組 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析， 分析 活塞連桿組 中各種力的作用情況，并根據(jù)這些力對(duì) 活塞連桿組 的主要零 部 件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度等方面的 計(jì)算和 校核 ，以便 達(dá)到設(shè)計(jì)要求； （ 2） 分析 活塞連桿組 中主要零部件如 活塞，曲軸，連桿 等的工作條件和設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行合理選材，確定出主要的 結(jié)構(gòu)尺寸，并進(jìn)行相應(yīng)的尺寸檢驗(yàn)校核，以符合零件實(shí)際加工的要求 ； （ 3） 應(yīng)用 件對(duì) 活塞連桿組 的零件分別建立實(shí)體 模型， 并將其分別組裝成活塞組件，連桿組件，然后定義相應(yīng)的連接關(guān)系，最后裝配成完整的機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)干涉，獲取分析結(jié)果 ； （ 4） 應(yīng)用 件將零件模型圖轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的工程圖，并結(jié)合使用件， 系統(tǒng)地反應(yīng)工程圖上的各類信息，以便實(shí)現(xiàn)對(duì) 機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步精確設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)。 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 4 第 2 章 活塞連桿組 受力分析 研究 活塞連桿組 的受力，關(guān)鍵在于分析 活塞連桿 組 中各種力的作用情況，并根據(jù)這些力對(duì) 活塞連桿組 的主要零件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、磨損等方面的分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)，以便達(dá)到 發(fā)動(dòng) 機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速的要求。 塞連桿組 的類型 及方案選擇 內(nèi)燃機(jī)中采用 活塞連桿組 的型式很多，按運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)可分為三類，即 :中心 活塞連桿組 、偏心 活塞連桿組 和主副連桿式 活塞連桿組 。 1、中心 活塞連桿組 其 特點(diǎn)是氣缸中心線通過曲軸的旋轉(zhuǎn)中心，并垂直于曲柄的回轉(zhuǎn)軸線。這種型式的 活塞連桿組 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 活塞連桿組 都屬 于這一類。 2、偏心 活塞連桿組 其 特點(diǎn)是氣缸中心線垂直于曲軸的回轉(zhuǎn)中心線，但不通過曲軸的回轉(zhuǎn)中心，氣缸中心線距離曲軸的回轉(zhuǎn)軸線具有一偏移量 e。這種 活塞連桿組 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 活塞連桿組 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上，而是通過副連桿銷裝在主連 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)也稱為 “ 關(guān)節(jié) 活塞連桿組 ” 。 在關(guān)節(jié) 活塞連桿 組 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)車用 V 形內(nèi)燃機(jī) 8。 經(jīng)過比較，本設(shè)計(jì)的型式選擇為中心 活塞連桿組 。 塞連桿組 運(yùn)動(dòng)學(xué) 中心 活塞連桿組 簡(jiǎn)圖如 圖 示， 圖 氣缸中心線通過曲軸中心 O， 連桿， B 為曲柄銷中心， A 為連桿小頭孔中心或活塞銷中心。 當(dāng)曲柄按等角速度 旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄 任意點(diǎn)都以 O 點(diǎn)為圓心做等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，活塞 A 點(diǎn)沿氣缸中心線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿 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 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 5 中，為使問題簡(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 9。 圖 塞連桿組 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) 活塞連桿組 以及發(fā)動(dòng)機(jī)整體工作有很大影響，因此，研究 活塞連桿組 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。 塞位移 假設(shè)在某一時(shí)刻， 曲柄轉(zhuǎn)角為 ，并按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，連桿軸線在其運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)偏離氣缸軸線的角度為 ，如圖 示 。 當(dāng) = 0 時(shí)，活塞銷中心 A 在最上面的位置 位置稱為上止點(diǎn)。當(dāng) =180 時(shí)，A 點(diǎn)在最下面的位置 位置稱為下止點(diǎn)。 此時(shí)活塞的位移 x 為 : x= 1 =(r+l ) )c = )c o )c o r（ 式中 ： 連桿比。 式（ 進(jìn)一步簡(jiǎn)化，由圖 以看出 ： 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 6 即 s 222 s i i o s （ 將 式 （ 帶入式（ ： x= )s c 22 r（ 式 （ 是計(jì)算活塞位移 x 的精確公式 ,為便于計(jì)算，可將式（ 的根號(hào)按牛頓二項(xiàng)式定理展開，得 ： 6642222 s i i i i 考慮到 13，其二次方以上的數(shù)值很小，可以忽略不計(jì)。只保留前兩項(xiàng)，則 2222 s i i （ 將式（ 入式（ )s o 2 （ 塞的速度 將活塞位移公式（ 時(shí)間 t 進(jìn)行微分，即可求得活塞 速度 v 的精確值為 v )c o i s i n 將式（ 時(shí)間 t 微分，便可求得活塞速度得近似公式為 ： 212s i i n)2s i s i n （ 從式 （ 可以看出，活塞速度可視為由 與 2s (2 兩部分簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)所組成。 當(dāng) 0 或 180 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) 90 時(shí)，此時(shí)活塞得速度等于曲柄銷中心的圓周速度。 塞的加速度 將式（ 時(shí)間 t 微分，可求得活塞加速度的精確值為 ： c o s 2s i o s 2c o s c o s 3232 （ 將式（ 時(shí)間 t 為微分，可求得活塞加速度的近似值為 ： 21222 2c o sc o s)2c o s( c o s （ 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 7 因此，活塞加速度也可以視為兩個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)加速度之和，即由 與 2 兩部分組成。 塞連桿組 中的作用力 作用于 活塞連桿組 的力分為：缸內(nèi)氣壓力、運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力、摩擦阻力和作用在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的負(fù)載阻力。由于摩擦力的數(shù)值較小且變 化規(guī)律很難掌握，受力分析時(shí)把摩擦阻力忽略不計(jì)。而負(fù)載阻力與主動(dòng)力處于平衡狀態(tài)，無需另外計(jì)算，因此主要研究氣壓力和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量慣性力變化規(guī)律對(duì)機(jī)構(gòu)構(gòu)件的作用。 計(jì)算過程中所需的相關(guān)數(shù)據(jù)參照 油機(jī)，如附表 1 所示。 缸內(nèi)工質(zhì)的作用力 作用在活塞上的氣體作用力兩面的空間內(nèi)氣體壓力差與活塞頂面積的乘積，即 )(4 2 （ 式中 ：活塞上的氣體作用力 ， N ； p 缸內(nèi)絕對(duì)壓力 ， p 大氣壓力 ， D 活塞直徑 ， 由于活塞直徑是一定的，活塞上的氣體作用力取決于活塞上、下兩面的空間內(nèi)氣體壓力差 ，對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來說，一般取 p = ,對(duì)于缸內(nèi)絕對(duì)壓力 p ， 在發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)沖程中， 計(jì)算結(jié)果 如 表 示 ： 則 由式（ 計(jì)算氣壓力 示 。 構(gòu)的慣性力 慣性力是由于運(yùn)動(dòng)不均勻而產(chǎn)生的，為了確定機(jī)構(gòu)的慣性力，必須先知道其加速度和質(zhì)量的分布。加速度從運(yùn)動(dòng)學(xué)中已經(jīng)知道，現(xiàn)在需要知道質(zhì)量分布。實(shí)際機(jī)構(gòu)質(zhì)量分布很復(fù)雜，必須加以簡(jiǎn)化。為此進(jìn)行質(zhì)量換算。 1、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量換算 質(zhì)量換算的原則是保持系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)等效性。質(zhì)量換算的目的是計(jì)算零件的運(yùn)動(dòng) 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 8 質(zhì)量，以便進(jìn)一步計(jì)算它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生的慣性力 9。 表 內(nèi)絕對(duì)壓力 p 計(jì)算結(jié)果 四個(gè)沖程終點(diǎn)壓力 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 /進(jìn)氣終點(diǎn)壓力縮終點(diǎn)壓力 脹終點(diǎn)壓力 氣終點(diǎn)壓力 15.1 ： 1n 平均壓縮指數(shù)， 1n = 壓縮比， =2n 平均膨脹指數(shù)，2n = ； 最大爆發(fā)壓力， 3 5取 此時(shí)壓力角 = 1510 ，取 = 13 。 表 壓力四 個(gè) 沖 程 N 進(jìn)氣終點(diǎn) 縮終點(diǎn) 脹終點(diǎn) 氣終點(diǎn) 1） 連桿質(zhì)量的換算 連桿是做復(fù)雜平面運(yùn)動(dòng)的零件。為了方便計(jì)算，將整個(gè)連桿（包括有關(guān)附屬零件）的質(zhì)量 兩個(gè)換算質(zhì)量 1m 和 2m 來代換，并假設(shè)是 1m 集中作用在連桿小頭中心處，并只做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量； 2m 是集中作用在連桿大頭中心處，并只沿著圓周做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量 ， 如圖 示 ： 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 9 圖 桿質(zhì)量的換算簡(jiǎn)圖 為了保證代換后的質(zhì)量系統(tǒng)與原來的質(zhì)量系統(tǒng)在力學(xué)上等效，必須滿足下列三個(gè)條件： 連桿總質(zhì)量不變，即 21 。 連桿重心 G 的位置不變，即 )( 1211 。 連桿相對(duì)重心 G 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 222211 )(。 其中， l 連桿長(zhǎng)度， 1l 為連桿重心 G 至小頭中心的距離。由條件可得下列換算公式： l 11 12 用平衡力系求合力的索多邊形法求出重心位置 G 。 將連桿分成若干簡(jiǎn)單的幾何圖形，分別計(jì)算出各段連桿重量和它的重心位置 ，再按照索多邊形作圖法，求出整個(gè)連桿的重心位置以及折算到連桿大小頭中心的重量 1G 和 2G ， 如圖 示 ： 圖 多邊形法 4 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 10 （ 2） 往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量括活塞上的零件）是沿氣缸中心做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的。它們的質(zhì)量可以看作是集中在活塞銷中心上，并以量m 之和，稱為往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量1。 （ 3）不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量 曲拐的不平衡質(zhì)量及其代換質(zhì)量如圖 示 ： 圖 拐的不平衡質(zhì)量及其代換質(zhì)量 曲拐在繞軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄銷和一部分曲柄臂的質(zhì)量將產(chǎn)生不平衡離心慣性力，稱為曲拐的不平衡質(zhì)量。為了便于計(jì)算，所有這些質(zhì)量都按離心力相等的條件，換算到回轉(zhuǎn)半徑為 r 的連桿軸頸中心處，以 換算質(zhì)量 式中 ：曲拐換算質(zhì)量， 連桿軸頸的質(zhì)量， 一個(gè)曲柄臂的質(zhì)量， e 曲柄臂質(zhì)心位置與曲拐中心的距離， m 。 質(zhì)量m 之和稱為不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量 即 2由上述換算 方法 計(jì) 算 得 ： 往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 11 2、 活塞連桿組 的慣性 力 把 活塞連桿組 運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量簡(jiǎn)化為二質(zhì)量，這些質(zhì)量的慣性力可以從運(yùn)動(dòng)條件求出，歸結(jié)為兩個(gè)力。往復(fù)質(zhì)量旋轉(zhuǎn)慣性力 （ 1） 往復(fù)慣性力 2c o sc o s)2c o sc o s( 2222 （ 式 中 ：往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量， 連桿比； r 曲柄半徑 ， m ； 曲柄旋轉(zhuǎn)角速度， ； 曲軸轉(zhuǎn)角 。 式 （ 前的負(fù)號(hào)表示a 的方向相反。 其中曲柄的角速度 為 ： 30602 （ 式中 ： n 曲軸轉(zhuǎn) 數(shù)， r ； 已知 額定轉(zhuǎn)數(shù) n =5800 r ，則 3058 00 ； 曲柄半徑 r =連桿比 = =參照 附錄 表 2： 四缸機(jī)工作循環(huán)表，將每一工況的曲軸轉(zhuǎn)角 代入式（ 計(jì)算得往復(fù)慣性力果如表 示 ： 表 復(fù)慣性力四 個(gè) 沖 程 進(jìn)氣終點(diǎn) 縮終點(diǎn) 脹終點(diǎn) 氣終點(diǎn) 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 12 （ 2） 旋轉(zhuǎn)慣性力 2 （ N 3、 作用在活塞上的總作用力 由前述可知，在活塞銷中心處，同時(shí)作用著氣體作用力于作用力的方向都沿著中心線，故只需代數(shù)相加，即可求得合力 （ 計(jì)算結(jié)果 如 表 示 。 4、 活塞上的總作用力如圖 示， 首先，將連桿軸線作用的力 K ，和把活塞壓向氣缸壁的側(cè)向力 N ， 其中沿連桿的作用力 K 為： 而側(cè)向力 N 為： 表 用在活塞上的總作用力氣壓力 N 往復(fù)慣性力 N 總作用力 P /N 進(jìn)氣終點(diǎn) 壓縮終點(diǎn) 膨脹終點(diǎn) 排氣終點(diǎn) 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 13 圖 用在機(jī)構(gòu)上的力和力矩 連桿作用力 K 的方向規(guī)定如下：使連桿受壓時(shí)為正號(hào)，使連桿受拉時(shí)為負(fù)號(hào)，缸 壁的側(cè)向力 N 的符號(hào)規(guī)定為：當(dāng)側(cè)