汽车曲柄连杆机构的设计

1、 .wd. 汽车曲柄连杆机构设计 2014 年 10月 10日目录摘要3关键词31 曲柄连杆机构受力分析41.1 曲柄连杆机构运动学41.1.1 活塞位移61.1.2 活塞的速度71.1.3 机构活塞加速度81.2机构中各种作用力81.2.1 气缸内工质的作用力81.2.2 机构惯性力91.3 本章小结152 活塞组的设计172.1 活塞的设计172.1.1 活塞的构造172.1.2 活塞的工作条件和设计要求172.1.3 活塞的材料182.1.4 活塞头部的设计192.1.5 活塞裙部的设计242.2 活塞销的设计262.2.1 活塞销的构造、材料262.2.2 活塞销强度和刚度计算272.3 活塞销座282.3.1 活塞销座构造设计282.3.2 验算比压力282.4 活塞环设计及计算282.4.1 活塞环形状及主要尺寸设计282.4.2 活塞环强度校核292.5 本章小结303 连杆组的设计323.1 连杆的设计323.1.1 连杆的构造323.1.2 连杆的工作情况、设计要求和材料选用323.1.3 连杆长度确实定333.1.4 连杆小头的构造设计与强度、刚度计算333.1.5

2、 连杆杆身的构造设计与强度计算363.1.6 连杆大头的构造设计与强度、刚度计算393.2 连杆螺栓的设计413.2.1 连杆螺栓的工作负荷与预紧力413.2.2 连杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算413.3 本章小结424 曲轴的设计434.1 曲轴的构造型式和材料的选择434.1.1 曲轴的工作条件和设计要求434.1.2 曲轴的构造型式444.1.3 曲轴材料444.2 曲轴的主要尺寸确实定和构造细节设计444.2.1 曲柄销的直径和长度444.2.2 主轴颈的直径和长度454.2.3 曲柄454.2.4 平衡重464.2.5 油孔的位置和尺寸464.2.6 曲轴两端的构造474.2.7 曲轴的止推474.3 曲轴的疲劳强度校核484.3.1 作用于单元曲拐上的力和力矩484.3.2 计算名义应力524.4 本章小结54致谢55参考文献56汽车曲柄连杆机构设计机械电子130专业学生 管长雨指导教师 李忠芳摘要：曲柄连杆机构由机体组、曲柄飞轮、活塞连杆组三局部组成。它是往复式内燃机中的动力传递系统。它的作用是提供燃料燃烧的场所，把燃料燃烧之后产生的气体作用在活塞顶上的膨胀压力转化成为

3、曲轴旋转的转矩，不连续的输出机械动力。曲柄连杆机构的运动件主要包括活塞组、连杆组、曲轴与轴承组。在零部件设计过程中，首先要了解其工作情况以及对零件的要求并做出相应的分析，接着再根据内燃机的整体设计指标及工厂生产条件和环境选择适当的材料，并且采取恰当的措施用以满足所提出的要求。然后，决定出零件的主要尺寸，并进展相对应的强度、刚度等方面的校核计算。最后，应用CAD软件建设相应的几何模型。关键词：曲柄连杆；构造设计；整体稳定性；强度校核；经济性引言 毕业设计是在学完了机械电子工程专业全部专业课，并进展了生产实习的根基上进展的一个教学环节。这是我们在毕业前对所学课程的一次深入的全面的总复习，也是一次理论联系实际的训练，更是一次毕业总结。因此，毕业设计在这两年的学习中占有十分重要的地位，要求每位毕业生都能发挥所能，搞好自己的设计，给自己的学业划上一个圆满的句号。2014年11月-2014年12月在我校精工实习。实习期间，我十分重视对自己能力的提高，屡次接触工程训练中心的教师，与他们交流技术经历，从他们身上学到很多技术经历，为做此次设计打下了很好的根基，也有利于以后的工作。我也十分重视这次毕业设计

4、，并希望通过这次设计对自己今后将从事的工作进展一次适应性的训练，锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为进厂后的工作打下一个良好的根基。由于个人能力有限，设计中难免有许多缺乏之处。希望各位指导教师给予批评指正，我也会在以后的工作中严格要求自己，努力提高自己的专业技能。1 曲柄连杆机构受力分析研究曲柄连杆机构的受力，关键在于分析曲柄连杆机构中各种力的作用情况，并根据这些力对曲柄连杆机构的主要零件进展强度、刚度、磨损等方面的分析、计算和设计，以便到达发动机输出转矩及转速的要求。1.1 曲柄连杆机构运动学内燃机中采用曲柄连杆机构的型式很多，按运动学观点可分为三类，即:中心曲柄连杆机构、偏心曲柄连杆机构和主副连杆式曲柄连杆机构。本设计的型式选择为中心曲柄连杆机构。中心曲柄连杆机构简图如图2.1所示，在图2.1里面机构气缸中心线所在的位置经过曲轴的中心点O，线段OB作为机构的曲柄，线段AB是机构的连杆，点B是机构曲柄销的中心，点A是机构活塞销的中心。如果机构曲柄按照相等的角速度旋转运动时，机构曲柄OB线段任意的点都会以点O作为圆心位置绕着点O做相等转速的旋转运动，机构活塞点A沿着机构气缸的中心线位置

5、往复运动着，机构连杆AB线段做平面运动，连杆大头点B和机构曲柄的一端相互连接，按照相等的速度旋转运动，机构连杆的小头和活塞相互连接做往复的运动。为了使问题更加简单容易处理，普遍的将机构连杆简化成集中在机构连杆小头与机构连杆大头的二个集中的质量，把它当做旋转与往复的运动，如此便不用对机构连杆运动的规律做单独的研究。图2.1 曲柄连杆机构运动简图当机构活塞做来回往复运动的时候，活塞的加速度与速度是变化的，活塞的加速度与速度的数值并且变化的规律对机构和发动机的整个的工作都有非常大的影响，所以研究机构运动规律的重要任务是研究机构活塞运动的规律。1.1.1活塞位移假设在某一个时刻，机构曲柄的转角为，并按照顺时针的方向进展旋转，机构连杆的轴线在所在运动的平面内偏离机构气缸的轴线角度是，如图2.1 所示。当=时，机构活塞销的中心点A在最上面A1位置，这个位置称作上止点。=180时，点A在最下面的A2位置，这个位置称作下止点。这时机构活塞位移x:x=(r+) =2.1式中：连杆比。式2.1再次的简化形式，由图2.1可以看出：即 又由于 2.2将式2.2带入式2.1得： x= 2.3式2.3计算机构活塞

6、的位移x的公式,为了便于计算，可将式2.3中的根号按牛顿二项式定理展开，得：考虑到13，其二次方以上的数值很小，可以忽略不计。只保存前两项，则 2.4将式2.4带入式2.3得 2.51.1.2活塞的速度将活塞位移公式2.1对时间t进展微分，即求机构活塞速度的值是 (2.6)将式2.5对时间微分，便求出机构活塞速度得近似的公式是： 2.7从式2.7看得出来，机构活塞的速度可以看做是和两块简谐运动来构成。当或时，机构活塞的速度为零，活塞在这两点改变运动方向。当时，此时活塞得速度等于曲柄销中心的圆周速度。1.1.3 机构活塞加速度将式2.6对时间进展微分处理求出机构活塞的加速度准确值是： 2.8将式2.7对时间进展微分求出机构活塞加速度近似值是： 2.9因此，机构活塞加速度也可以视为两个简谐运动的加速度之和，即由与两局部组成。1.2机构中各种作用力曲柄连杆机构作用力可以分成：运动质量的惯性力，作用在发动机曲轴上的负载阻力，缸内气压力，摩擦阻力。由于摩擦力数值非常小而且变化规律非常难以掌握，所以进展受力分析时可以把摩擦阻力直接忽略。而负载阻力和主动力正好处在平衡状态，不用再计算，所以研究气压力

7、与运动质量惯性力的变化规律对于机构构件的作用。1.2.1气缸内工质的作用力作用在活塞上的气体作用力等于活塞上、下两面的空间内气体压力差与活塞顶面积的乘积，即 2.10式中：活塞上的气体作用力，；缸内绝对压力，；大气压力，；活塞直径，。由于活塞直径是一定的，活塞上的气体作用力取决于活塞上、下两面的空间内气体压力差，对于四冲程发动机来说，一般取=0.1，,对于缸内绝对压力，在发动机的四个冲程中，计算结果如表2.1所示：则由式2.10计算气压力如表2.2所示。1.2.2机构惯性力惯性力的产生由于运动不均匀，想要确定惯性力首先要知道它的质量与加速度的分布。运动学可以得知加速度所以现在只需要求出质量分布，在现实中质量分布的非常复杂，所以要进展简化。因此要进展质量换算。1、机构的运动件质量换算质量换算要保持机构系统的动力学等效性。并且质量换算目的是计算零件的运动质量，以便进一步计算它们在运动中所产生的惯性力。表2.1 缸内绝对压力计算结果四个冲程终点压力计算公式计算结果/进气终点压力0.08压缩终点压力1.46膨胀终点压力0.45排气终点压力0.115注：平均压缩指数，=1.321.38；压缩比，

8、=9.3；平均膨胀指数，=1.21.30；最大爆发压力，=35，取=4.5；此时压力角=，取=。表2.2 气压力计算结果四 个 冲 程/进气终点77.23压缩终点-102.97膨胀终点7001.933排气终点1801.9681连杆质量的换算连杆是做复杂的平面运动零件。为了方便计算，将整个连杆包括有关附属零件的质量用两个换算质量和来代换，并假设是是集中的作用于在机构连杆大头中心的地方，而且只沿着圆周做旋转运动的质量；集中作用与机构连杆小头中心的地方，而且只做往复运动的质量；如图2.2所示：图2.2 连杆质量的换算简图为了保证原来的质量系统与代换后的质量系统在力学上等效，必须满足以下三个条件：机构连杆的总质量保持不变即。机构连杆重心的位置不变即。机构连杆相对的重心G的转动惯量保持不变即。其中，连杆长度，连杆重心至连杆小头中心之间距离。由条件可得以下换算公式：用平衡力系求合力的索多边形法求出重心位置。把机构连杆分成几个简单的几何图案；然后再计算出来各段连杆的重量和各连杆的重心所在位置，最后按索多边形作图法；算出整个连杆重心所在位置和折算在连杆的大小头中心的重量和 ，如图2.3所示：图2.3 索多边形图2来回往复直线运动的局部质量机构活塞是沿着气缸的中心做来回往复的直线运动。它们的质量可以看作是集中在活塞销中心上，并以表示。质量与换算到连杆小头的中心质量之和，称为往复运动质量，即。3机构不平衡回转的质量机构曲拐不平衡的质量和它代换质量如以以下图2.4所示：图2.4 曲拐的不平衡质量及其代换质量机构的曲拐绕轴线在旋转时机构曲柄销与其中一局部机构的曲柄臂质量将会产生不平衡的离心惯性力称作机构曲拐不平衡质量。为了方便计算所以全部这些质量都按照离心力相等的条件进展，换算到了回转的半径是连杆轴颈的中心地方，用来表示可得换算后的质量为：式中：曲拐换算质量，；连杆轴颈的质量，

《汽车曲柄连杆机构的设计》由会员夏**分享，可在线阅读，更多相关《汽车曲柄连杆机构的设计》请在金锄头文库上搜索。