[CAD图纸全套]摩托车发动机设计及仿真建模设计

1、哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 摘 要近10年来，我国摩托车工业发展速度更快，一跃成为了世界摩托车生产量最大的国家。而发动机是摩托车的心脏，发动机品质的好坏直接带动着摩托车市场的发展。目前的摩托车发动机为二冲程或四冲程汽油机，采用风冷冷却，有自然风冷与强制风冷两种。发动机的转速高，升功率大。气缸布置有卧式和立式两种，配气传动机构按凸轮所在位置又可分为上置式和下置式二种。综上，我以宝雕太子125摩托车发动机为模型设计一款单缸四冲程摩托车的发动机，采用自然风冷的冷却方式，配气机构采用摇臂加顶杆的凸轮轴下置式的摩托车发动机，用CATIA软件建模做装配和运动仿真。关键词：发动机建模、热计算、动力分析、强度校核AbstractCome nearly 10 years, development of industry of our country autocycle faster, to become the world s largest national motorcycle production. Engine is the heart of motorcycle, engine q

2、uality directly drives a motorcycle market development. The motorcycle engine is two stroke or four stroke gasoline engine, adopting air cooling, natural air cooling and forced air cooling two. Engine high speed, high power per liter. Cylinder arrangement has two kinds of horizontal and vertical, with gas transmission mechanism by the cam location can be divided into upper and lower set two.Therefore, I to Prince 125 motorcycle engine as a model to design a single cylinder four stroke motorcycle

3、 engine, adopting natural air cooling method, air distribution mechanism of the arm rod of camshaft type motorcycle engine, and used the CATIA software modeling assembly and movement simulation. Keywords: the establishment of engine model; heat calculation; dynamic analysis ; strength checking全套图纸， 扣扣 414951605目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论1 1.1 发动机发展概况11.2 本文主要研究内容1第2章 发动机的建模32.1 发动机设计流程32.2 发动机典型零部件的设计演示32.2.1 活塞的设计32.2.2 气门弹簧的设计42.2.3 正时齿轮的设计52.2.3 发动机壳体的设计52.3 发动机的装配演示及材质的添加62.4 发动机的仿真运动演示72.5 发动机的

4、装配模拟制作82.6 发动机模型的后期制作8第3章 发动机热计算103.1 换气过程计算103.2 化学计算103.3 压缩过程计算113.4 燃烧过程计算123.5 膨胀过程计算123.6 技术指标计算13第4章 发动机动力计算144.1 活塞的位移、速度、加速度144.2 曲柄连杆机构的质量换算154.3 曲柄连杆机构运动的惯性力154.4 气体作用力与往复惯性力的合成分析164.5 曲轴、连杆轴颈、主轴颈的受力分析17第5章 发动机主要零部件强度校核185.1 曲轴的强度校核185.1.1起动瞬时195.1.2 额定工况下，曲拐受最大切向力时205.1.3 额定工况下，曲拐受最大法向力时225.1.4 额定工况下，曲拐受最小法向力时245.2 连杆强度计算255.2.1 连杆小头255.2.2 连杆杆身285.3 活塞顶强度计算315.3.1顶部周缘的应力315.3.2顶部中心应力325.3.3环槽截面XX的应力计算325.3.4第一道活塞环带的强度计算335.3.5活塞销孔的最大比压335.3.6 活塞裙部单位侧压力335.4 活塞销强度计算345.4.1活塞销的比压345.4

5、.2 活塞销弯曲应力及剪应力345.4.3 活塞销的最大失圆度355.5 气缸头螺栓强度计算365.5.1 缸头螺栓的受力365.5.2 缸头螺栓的应力及安全系数375.5.3 预紧力矩的验算37结 论38致 谢39参考文献4041 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 第1章 绪论1.1 发动机发展概况 发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。随着科技的进步，人们不断地研制出不同用途多种类型的发动机，但是，不管哪种发动机，它的基本前提都是要以某种燃料燃烧来产生动力。所以，以电为能量来源的电动机，不属于发动机的范畴。回顾发动机产生和发展的历史，它经历了外燃机和内燃机两个发展阶段。 所谓外燃机，就是说它的燃料在发动机的外部燃烧，发动机将这种燃烧产生的热能转化成动能，瓦特改良的蒸汽机就是一种典型的外燃机，当大量的煤燃烧产生热能把水加热成大量的水蒸汽时，高压便产生了，然后这种高压又推动机械做功，从而完成了热能向动能的转变。 明白了什么是外燃机，也就知道了什么是内燃机。这一类型的发动机与外燃机的最大不同在于它的燃料在其内部燃烧。内燃机的种类

6、十分繁多，我们常见的汽油机、柴油机是典型的内燃机。我们不常见的火箭发动机和飞机上装配的喷气式发动机也属于内燃机。不过，由于动力输出方式不同，前两者和后两者又存在着巨大的差异。一般地，在地面上使用的多是前者，在空中使用的多是后者。当然有些汽车制造者出于创造世界汽车车速新纪录的目的，也在汽车上装用过喷气式发动机，但这总是很特殊的例子，并不存在批量生产的适用性。 此外还有燃气轮机，这种发动机的工作特点是燃烧产生高压燃气，利用燃气的高压推动燃气轮机的叶片旋转，从而输出动力。燃气轮机使用范围很广，但由于很难精细地调节输出的功率，所以汽车和摩托车很少使用燃气轮机，只有部分赛车装用过燃气轮机。 人类的智慧是无穷无尽的，各种新型的发动机不断地被研制出来，但是，出于安全操控的需要，到目前为止，我们可爱的摩托车还只有一种选择往复式发动机。1.2 本文主要研究内容 1.以太子125发动机为模型，制定总体设计方案，用CATIA软件建模，包括曲轴连杆机构的主要组成部分：活塞、活塞环、活塞销、连杆和曲柄；配气机构的主要组成部分：凸轮轴、气门、气门弹簧、正时齿轮、气门顶杆、摇臂、摇臂轴等等；以及最后发动机总体壳体的

7、设计，做运动仿真以及装配过程的视频展示(见附件光盘)。 2.整体设计完成后用对其进行热计算、动力分析、以及主要零部件的强度校核。 第2章 发动机的建模2.1 发动机设计流程 摩托车发动机的建模用CATIA软件，主要采用以活塞为中心，自上而下、自内向外的建模方法，依次进行曲柄连杆组、配气机构以及最后壳体的设计。设计是在CATIA的装配件设计这个大的模块中进行，再依次插入新建零部件进行每个零部件的设计，整个过程是一边设计一边装配的，这样可以让各个零部件更好的匹配，以满足整个发动机的整体协调性和最后在DMU模块中更好的做装配动画和运动仿真。设计思路如图2-1所示：活塞组设计连杆组设计装配曲柄连杆组设计曲轴设计发动机整体壳体装配气门组设计气门摇臂组装配配气机构设计正时从动部件装配动画的制作DMU运动仿真图2-1 设计流程图2.2 发动机典型零部件的设计演示2.2.1 活塞的设计 活塞的形状大体上是圆形，形状规则，可先通过旋转体命令（如图2-2），旋转草图生成，再通过凹槽命令去掉多余的部分生成大概形状。难度较大的是活塞顶端两个不规则凹坑，通过创成式外形设计模块中，创建凹坑的曲面外形（如图2-3）

8、，再通过分割命令来去除活塞顶端多余的部分，形成一个凹坑后，另一个可通过对称曲面外形（如图2-4），继续分割而成。生成实体后，倒角（如图2-5）。图2-3 分割图2-2 旋转 图2-4 镜像图2-5 油孔2.2.2 气门弹簧的设计 气门弹簧主要是在创成式外形设计这个模块进行，先作出弹簧的螺旋线（如图2-6），在螺旋线上创建点和面，在面上画草图和要求的弹簧的粗细，再在零件设计模块中用肋的命令生成（如图2-7），之后分割去除弹簧两端多余的部分（如图2-8）。图2-7 肋生成实体图2-6螺旋线2.2.3 正时齿轮的设计 齿轮的设计主要是利用参数化建模，参数化建模更有利于齿轮的修改，改变一个参数后，零部件也会发生改变。使设计更加方便快捷，便于修改。首先定义参数（如图2-8），添加公式（如图2-9），定义参数之间的关系及关联性，进入创成式外形设计和零件设计两个模块配合使用，绘制草图时利用已经定义的参数绘制草图，通过提取、外插、结合，凸台生成一个齿（如图2-10），通过圆形阵列生成一个完整的齿轮（如图2-11）。图2-9 添加公式图2-8 定义参数 图2-10 生成一个齿图2-11 阵列2.2.3 发动机壳体的设计 发动机的下壳体的形状复杂，简单的零部件设计模块是满足不了的，所以要运用创成式外形设计和自由曲面模块结合使用（如图2-12），做出壳体的外形曲面之后，通过加厚命令来生成实体（如图2-13）。最后，还要对实体进行修剪和倒角，让它看起来更加美观。 图2-13 加厚图2-12 壳体曲面的创建2.3 发动机的装配演示及材质的添加完成全部零部件后对其进行装配，在装配模块中对于活塞、活塞环活塞销等进行装配成活塞组（如图2-14），保存为活塞组产品；同理可把两个曲柄装配成为曲轴组产品（如图2-15）。再在装配模块中，导入活塞组和曲轴产品进行装配，再导入剩下的那些需要装配的零部件（如图2-16）。图2-15 曲轴的装配图2-14 活塞组的装配 图2-16 整体的装配 装配时，主

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