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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué)生姓名 齊旺明 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級(jí) 車輛工程0893111 指導(dǎo)教師姓名 孫鳳霞 職稱 講師 從事 專業(yè) 交通運(yùn)輸 是否外聘 □是■否 題目名稱 摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)及仿真建模 一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義 目的：綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析、解決問題，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力和獨(dú)立解決問題的能力。 意義：摩托車，亦譯作“摩頭”，英語motor的譯音。近10年來，我國摩托車工業(yè)發(fā)展速度更快。從產(chǎn)品產(chǎn)量上看，年產(chǎn)從1980年的4.9萬輛發(fā)展到1990年的97萬輛，直至今天的一千多萬輛，我國一躍成為了世界摩托車生產(chǎn)量最大的國家，摩托車已成為我國國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)——汽車工業(yè)中的重要組成部分。而發(fā)動(dòng)機(jī)是摩托車的心臟，發(fā)動(dòng)機(jī)品質(zhì)的好壞直接帶動(dòng)著摩托車市場的發(fā)展，各種不同用途的摩托車，由于使用性能不同，在其結(jié)構(gòu)形式上也各有不同特點(diǎn)，所配備的發(fā)動(dòng)機(jī)也不同。目前的摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)為二沖程或四沖程汽油機(jī)，采用風(fēng)冷冷卻，有自然風(fēng)冷與強(qiáng)制風(fēng)冷兩種。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高，一般在5000轉(zhuǎn)/分以上。升功率（每升發(fā)動(dòng)機(jī)排量所發(fā)出的有效功率）大，一般在60千瓦/升左右。氣缸布置有臥式和立式兩種，配氣傳動(dòng)機(jī)構(gòu)按凸輪所在位置又可分為上置式和下置式二種。摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化程度高，外形尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊。 研究發(fā)展方向：綜上，我以太子125的發(fā)動(dòng)機(jī)為模型設(shè)計(jì)一款單缸四沖程摩托車的發(fā)動(dòng)機(jī)，采用依靠行駛中空氣吹過氣缸蓋、氣缸套上散熱片帶走熱量的自然風(fēng)冷冷卻方式，配氣機(jī)構(gòu)采用搖臂+頂桿的凸輪軸下置式的摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)。并用CATIA軟件建模并做裝配和運(yùn)動(dòng)仿真視頻。 二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法） 1、選擇發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)，制定總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)主要零部件用CATIA建模，包括曲軸連桿機(jī)構(gòu)的主要組成部分：活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、曲柄；配氣機(jī)構(gòu)的主要組成部分：凸輪軸、氣門、氣門彈、正時(shí)齒輪、氣門頂桿、搖臂、搖臂軸等等,氣門頂置式。以及發(fā)動(dòng)機(jī)總體殼體。 2、整體設(shè)計(jì)完成后用CATIA做運(yùn)動(dòng)仿真以及裝配過程的視頻展示。 3、完成裝配圖紙1張，撰寫說明書不低于一萬字； 4、有一定的英文翻譯資料； 5、參考文獻(xiàn)不低于10篇，其中外文文獻(xiàn)1篇； 三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果 （一）計(jì)算說明部分 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算、動(dòng)力分析、以及主要零部件的強(qiáng)度校核。 （二）圖紙部分 裝配圖A0圖紙1張 （3） 建模部分 發(fā)動(dòng)機(jī)建模源文件 發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真以及裝配過程視頻動(dòng)畫 四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排 1、2011年10月9、10日指導(dǎo)教師與學(xué)生見面，確定好畢業(yè)設(shè)計(jì)（題目）。 2、2011年10月11日下達(dá)任務(wù)書。 3、2011年10月21日系主任及指導(dǎo)教師進(jìn)行學(xué)生開題答辯。完成開題報(bào)告。 4、2011年11月18日指導(dǎo)教師組織畢業(yè)設(shè)計(jì)中期自檢工作。 5、2011年11月25日系主任及指導(dǎo)教師對(duì)全系畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行中期檢查。 6、2011年12月9日系主任及指導(dǎo)教師進(jìn)行結(jié)題檢查，結(jié)題時(shí)要求正式圖紙完成并簽字，論文草稿完成。 7、2011年12月19日上午11點(diǎn)前，學(xué)生上交畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全部材料。 9、2011年12月29、30日 所有指導(dǎo)教師參加畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯，評(píng)定畢業(yè)設(shè)計(jì)成績，簽字。 五、主要參考資料 [1] 楊連生.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì).北京:中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社,1981 [2] 江蘇工學(xué)院編.內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造.北京: 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社, 1981 [3] 蔣德明.內(nèi)燃機(jī)原理.北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 1981 [4] 葉盛炎.摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì).北京: 人民郵電出版社, 1996 [5] 楊光興主編.摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)原理.北京: 人民郵電出版社, 1996 [6] 吳建華.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理論.機(jī)械工業(yè)出版社，2010 [7] 于麗穎.汽車機(jī)械基礎(chǔ).化學(xué)工業(yè)出版社，2009 [8] 鄭啟福，內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué).北京：國防工業(yè)出版社，1988. [9] 張則槽，胡德浦.摩托車構(gòu)造(第三版) .人民交通出版社,2003.8. [10] 史紹熙.柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè).中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1984 [11] 楊光興.摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)原理與設(shè)計(jì).武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，1993 [12] 中國汽車工業(yè)聯(lián)合會(huì)編.摩托車質(zhì)量檢查評(píng)定辦法.1989 [13] 徐灝編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第一卷.機(jī)械工業(yè)出版社，1991 [14] 西安交大內(nèi)燃機(jī)教研室編.內(nèi)燃機(jī)原理.中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1981 [15] Diesel Engine Reference Book.Edited by Bernard Challen Rodica Baranescu，1984 六、備注 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要近 10年 來 ， 我 國 摩 托 車 工 業(yè) 發(fā) 展 速 度 更 快 ， 一 躍 成 為 了 世 界 摩 托 車 生 產(chǎn) 量 最 大 的 國 家 。 而 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 是 摩 托 車 的 心 臟 ， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 品 質(zhì) 的好 壞 直 接 帶 動(dòng) 著 摩 托 車 市 場 的 發(fā) 展 。 目 前 的 摩 托 車 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 為 二 沖 程 或 四 沖 程 汽 油 機(jī) ， 采 用 風(fēng) 冷 冷 卻 ， 有 自 然 風(fēng) 冷 與 強(qiáng) 制 風(fēng) 冷 兩 種 。 發(fā)動(dòng) 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 高 ， 升 功 率 大 。 氣 缸 布 置 有 臥 式 和 立 式 兩 種 ， 配 氣 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 按 凸 輪 所 在 位 置 又 可 分 為 上 置 式 和 下 置 式 二 種 。 綜 上 ， 我 以 寶 雕 太 子 125摩 托 車 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 為 模 型 設(shè) 計(jì) 一 款 單 缸 四 沖 程 摩 托 車 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 采 用 自 然 風(fēng) 冷 的 冷 卻 方 式 ， 配 氣 機(jī) 構(gòu) 采 用 搖臂 加 頂 桿 的 凸 輪 軸 下 置 式 的 摩 托 車 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 用 CATIA軟 件 建 模 做 裝 配 和 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 。 關(guān) 鍵 詞 ： 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 建 模 、 熱 計(jì) 算 、 動(dòng) 力 分 析 、 強(qiáng) 度 校 核 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) II AbstractCom e nearly 10 years, developm ent of industry of our country autocycle faster, to becom e the world s largest national m otorcycleproduction. Engine is the heart of m otorcycle, engine qualitydirectly drives am otorcycle m arket developm ent. Them otorcycle engineistwostrokeor four stroke gasoline engine, adoptingair cooling, natural air coolingandforcedair coolingtwo. Enginehighspeed, highpower perliter. Cylinder arrangem ent has twokinds of horizontal andvertical, withgas transm ission m echanism bythe cam locationcanbe dividedintoupper andlower set two. Therefore, I toPrince125m otorcycle engineas am odel todesigna single cylinder four stroke m otorcycle engine, adoptingnatural air coolingm ethod, air distributionm echanism of thearm rodof cam shafttype m otorcycle engine, and used the CATIAsoftware m odeling assem bly andm ovem ent sim ulation. Keywords: the establishm ent of engine m odel ; heat calculation;dynam ic analysis; strengthchecking 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) III 目 錄摘 要 .I Abstract.II第 1章 緒 論 .1 1.1 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 發(fā) 展 概 況 .11.2 本 文 主 要 研 究 內(nèi) 容 .1 第 2章 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 建 模 .32.1 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 設(shè) 計(jì) 流 程 .3 2.2 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 典 型 零 部 件 的 設(shè) 計(jì) 演 示 . 32.2.1 活 塞 的 設(shè) 計(jì) .3 2.2.2 氣 門 彈 簧 的 設(shè) 計(jì) . 42.2.3 正 時(shí) 齒 輪 的 設(shè) 計(jì) . 5 2.2.3 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 殼 體 的 設(shè) 計(jì) .52.3 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 裝 配 演 示 及 材 質(zhì) 的 添 加 .6 2.4 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 仿 真 運(yùn) 動(dòng) 演 示 .72.5 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 裝 配 模 擬 制 作 .8 2.6 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 模 型 的 后 期 制 作 .8第 3章 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 熱 計(jì) 算 . 10 3.1 換 氣 過 程 計(jì) 算 .103.2 化 學(xué) 計(jì) 算 .10 3.3 壓 縮 過 程 計(jì) 算 .113.4 燃 燒 過 程 計(jì) 算 .12 3.5 膨 脹 過 程 計(jì) 算 .123.6 技 術(shù) 指 標(biāo) 計(jì) 算 .13 第 4章 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 動(dòng) 力 計(jì) 算 .144.1 活 塞 的 位 移 、 速 度 、 加 速 度 .14 4.2 曲 柄 連 桿 機(jī) 構(gòu) 的 質(zhì) 量 換 算 .154.3 曲 柄 連 桿 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 的 慣 性 力 .15 4.4 氣 體 作 用 力 與 往 復(fù) 慣 性 力 的 合 成 分 析 .164.5 曲 軸 、 連 桿 軸 頸 、 主 軸 頸 的 受 力 分 析 .16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 第 5章 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 主 要 零 部 件 強(qiáng) 度 校 核 .185.1 曲 軸 的 強(qiáng) 度 校 核 .18 5.1.1起 動(dòng) 瞬 時(shí) .195.1.2 額 定 工 況 下 ， 曲 拐 受 最 大 切 向 力 時(shí) . 20 5.1.3 額 定 工 況 下 ， 曲 拐 受 最 大 法 向 力 時(shí) . 225.1.4 額 定 工 況 下 ， 曲 拐 受 最 小 法 向 力 時(shí) . 24 5.2 連 桿 強(qiáng) 度 計(jì) 算 .255.2.1 連 桿 小 頭 .25 5.2.2 連 桿 桿 身 .285.3 活 塞 頂 強(qiáng) 度 計(jì) 算 .31 5.3.1頂 部 周 緣 的 應(yīng) 力 .315.3.2頂 部 中 心 應(yīng) 力 .32 5.3.3環(huán) 槽 截 面 X X的 應(yīng) 力 計(jì) 算 .325.3.4第 一 道 活 塞 環(huán) 帶 的 強(qiáng) 度 計(jì) 算 .32 5.3.5活 塞 銷 孔 的 最 大 比 壓 .335.3.6 活 塞 裙 部 單 位 側(cè) 壓 力 .33 5.4 活 塞 銷 強(qiáng) 度 計(jì) 算 .335.4.1活 塞 銷 的 比 壓 .33 5.4.2 活 塞 銷 彎 曲 應(yīng) 力 及 剪 應(yīng) 力 .345.4.3 活 塞 銷 的 最 大 失 圓 度 .34 5.5 氣 缸 頭 螺 栓 強(qiáng) 度 計(jì) 算 .355.5.1 缸 頭 螺 栓 的 受 力 .35 5.5.2 缸 頭 螺 栓 的 應(yīng) 力 及 安 全 系 數(shù) .365.5.3 預(yù) 緊 力 矩 的 驗(yàn) 算 .37 結(jié) 論 . 38致 謝 . 39 參 考 文 獻(xiàn) .40 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1章 緒 論1.1發(fā) 動(dòng) 機(jī) 發(fā) 展 概 況 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 最 早 誕 生 在 英 國 ， 所 以 ， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 概 念 也 源 于 英 語 ， 它的 本 義 是 指 那 種 “ 產(chǎn) 生 動(dòng) 力 的 機(jī) 械 裝 置 ” 。 隨 著 科 技 的 進(jìn) 步 ， 人 們 不 斷 地 研 制 出 不 同 用 途 多 種 類 型 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 但 是 ， 不 管 哪 種 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ，它 的 基 本 前 提 都 是 要 以 某 種 燃 料 燃 燒 來 產(chǎn) 生 動(dòng) 力 。 所 以 ， 以 電 為 能 量 來 源 的 電 動(dòng) 機(jī) ， 不 屬 于 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 范 疇 。 回 顧 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 產(chǎn) 生 和 發(fā) 展 的歷 史 ， 它 經(jīng) 歷 了 外 燃 機(jī) 和 內(nèi) 燃 機(jī) 兩 個(gè) 發(fā) 展 階 段 。 所 謂 外 燃 機(jī) ， 就 是 說 它 的 燃 料 在 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 外 部 燃 燒 ， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 將這 種 燃 燒 產(chǎn) 生 的 熱 能 轉(zhuǎn) 化 成 動(dòng) 能 ， 瓦 特 改 良 的 蒸 汽 機(jī) 就 是 一 種 典 型 的 外 燃 機(jī) ， 當(dāng) 大 量 的 煤 燃 燒 產(chǎn) 生 熱 能 把 水 加 熱 成 大 量 的 水 蒸 汽 時(shí) ，高 壓 便 產(chǎn) 生 了 ， 然 后 這 種 高 壓 又 推 動(dòng) 機(jī) 械 做 功 ， 從 而 完 成 了 熱 能 向 動(dòng) 能 的 轉(zhuǎn) 變 。 明 白 了 什 么 是 外 燃 機(jī) ， 也 就 知 道 了 什 么 是 內(nèi) 燃 機(jī) 。 這 一 類 型 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 與 外 燃 機(jī) 的 最 大 不 同 在 于 它 的 燃 料 在 其 內(nèi) 部 燃 燒 。 內(nèi) 燃 機(jī) 的種 類 十 分 繁 多 ， 我 們 常 見 的 汽 油 機(jī) 、 柴 油 機(jī) 是 典 型 的 內(nèi) 燃 機(jī) 。 我 們 不 常 見 的 火 箭 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 和 飛 機(jī) 上 裝 配 的 噴 氣 式 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 也 屬 于 內(nèi) 燃 機(jī) 。不 過 ， 由 于 動(dòng) 力 輸 出 方 式 不 同 ， 前 兩 者 和 后 兩 者 又 存 在 著 巨 大 的 差 異 。 一 般 地 ， 在 地 面 上 使 用 的 多 是 前 者 ， 在 空 中 使 用 的 多 是 后 者 。當(dāng) 然 有 些 汽 車 制 造 者 出 于 創(chuàng) 造 世 界 汽 車 車 速 新 紀(jì) 錄 的 目 的 ， 也 在 汽 車 上 裝 用 過 噴 氣 式 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 但 這 總 是 很 特 殊 的 例 子 ， 并 不 存 在 批 量生 產(chǎn) 的 適 用 性 。 此 外 還 有 燃 氣 輪 機(jī) ， 這 種 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 工 作 特 點(diǎn) 是 燃 燒 產(chǎn) 生 高 壓 燃?xì)?， 利 用 燃 氣 的 高 壓 推 動(dòng) 燃 氣 輪 機(jī) 的 葉 片 旋 轉(zhuǎn) ， 從 而 輸 出 動(dòng) 力 。 燃 氣 輪 機(jī) 使 用 范 圍 很 廣 ， 但 由 于 很 難 精 細(xì) 地 調(diào) 節(jié) 輸 出 的 功 率 ， 所 以 汽車 和 摩 托 車 很 少 使 用 燃 氣 輪 機(jī) ， 只 有 部 分 賽 車 裝 用 過 燃 氣 輪 機(jī) 。 人 類 的 智 慧 是 無 窮 無 盡 的 ， 各 種 新 型 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 不 斷 地 被 研 制 出來 ， 但 是 ， 出 于 安 全 操 控 的 需 要 ， 到 目 前 為 止 ， 我 們 可 愛 的 摩 托 車 還 只 有 一 種 選 擇 往 復(fù) 式 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 。1.2本 文 主 要 研 究 內(nèi) 容 1.以 太 子 125發(fā) 動(dòng) 機(jī) 為 模 型 ， 制 定 總 體 設(shè) 計(jì) 方 案 ， 用 CATIA軟件 建 模 ， 包 括 曲 軸 連 桿 機(jī) 構(gòu) 的 主 要 組 成 部 分 ： 活 塞 、 活 塞 環(huán) 、 活 塞 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 銷 、 連 桿 和 曲 柄 ； 配 氣 機(jī) 構(gòu) 的 主 要 組 成 部 分 ： 凸 輪 軸 、 氣 門 、 氣 門彈 簧 、 正 時(shí) 齒 輪 、 氣 門 頂 桿 、 搖 臂 、 搖 臂 軸 等 等 ； 以 及 最 后 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 總 體 殼 體 的 設(shè) 計(jì) ， 做 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 以 及 裝 配 過 程 的 視 頻 展 示 (見 附 件 光盤 )。 2.整 體 設(shè) 計(jì) 完 成 后 用 對(duì) 其 進(jìn) 行 熱 計(jì) 算 、 動(dòng) 力 分 析 、 以 及 主 要 零部 件 的 強(qiáng) 度 校 核 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 2章 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 建 模2.1發(fā) 動(dòng) 機(jī) 設(shè) 計(jì) 流 程 摩 托 車 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 建 模 用 CATIA軟 件 ， 主 要 采 用 以 活 塞 為 中 心 ， 自上 而 下 、 自 內(nèi) 向 外 的 建 模 方 法 ， 依 次 進(jìn) 行 曲 柄 連 桿 組 、 配 氣 機(jī) 構(gòu) 以 及 最 后 殼 體 的 設(shè) 計(jì) 。 設(shè) 計(jì) 是 在 CATIA的 裝 配 件 設(shè) 計(jì) 這 個(gè) 大 的 模 塊 中進(jìn) 行 ， 再 依 次 插 入 新 建 零 部 件 進(jìn) 行 每 個(gè) 零 部 件 的 設(shè) 計(jì) ， 整 個(gè) 過 程 是 一 邊 設(shè) 計(jì) 一 邊 裝 配 的 ， 這 樣 可 以 讓 各 個(gè) 零 部 件 更 好 的 匹 配 ， 以 滿 足整 個(gè) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 整 體 協(xié) 調(diào) 性 和 最 后 在 DMU模 塊 中 更 好 的 做 裝 配 動(dòng) 畫 和 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 。 設(shè) 計(jì) 思 路 如 圖 2-1所 示 ： 2.2發(fā) 動(dòng) 機(jī) 典 型 零 部 件 的 設(shè) 計(jì) 演 示2.2.1活 塞 的 設(shè) 計(jì) 活 塞 的 形 狀 大 體 上 是 圓 形 ， 形 狀 規(guī) 則 ， 可 先 通 過 旋 轉(zhuǎn) 體 命 令 （ 如圖 2-2） ， 旋 轉(zhuǎn) 草 圖 生 成 ， 再 通 過 凹 槽 命 令 去 掉 多 余 的 部 分 生 成 大 概 形 狀 。 難 度 較 大 的 是 活 塞 頂 端 兩 個(gè) 不 規(guī) 則 凹 坑 ， 通 過 創(chuàng) 成 式 外 形 設(shè)計(jì) 模 塊 中 ， 創(chuàng) 建 凹 坑 的 曲 面 外 形 （ 如 圖 2-3） ， 再 通 過 分 割 命 令 來 去 除 活 塞 頂 端 多 余 的 部 分 ， 形 成 一 個(gè) 凹 坑 后 ， 另 一 個(gè) 可 通 過 對(duì) 稱 曲 面外 形 （ 如 圖 2-4） ， 繼 續(xù) 分 割 而 成 。 生 成 實(shí) 體 后 ， 倒 角 （ 如 圖 2-5） 。 活 塞 組 設(shè) 計(jì) 連 桿 組 設(shè) 計(jì) 曲 軸 設(shè) 計(jì) 曲 柄 連 桿 組 設(shè) 計(jì) 裝 配 氣 門 組 設(shè) 計(jì) 氣 門 搖 臂 組 正 時(shí) 從 動(dòng) 部 件 裝 配 配 氣 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) DMU運(yùn)動(dòng) 仿 真 裝 配 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 整 體 殼 體 裝 配 動(dòng) 畫 的 制 作 圖 2-1 設(shè) 計(jì) 流 程 圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2.2.2氣 門 彈 簧 的 設(shè) 計(jì)氣 門 彈 簧 主 要 是 在 創(chuàng) 成 式 外 形 設(shè) 計(jì) 這 個(gè) 模 塊 進(jìn) 行 ， 先 作 出 彈 簧 的 螺 旋 線 （ 如 圖 2-6） ， 在 螺 旋 線 上 創(chuàng) 建 點(diǎn) 和 面 ， 在 面 上 畫 草 圖 和 要 求的 彈 簧 的 粗 細(xì) ， 再 在 零 件 設(shè) 計(jì) 模 塊 中 用 肋 的 命 令 生 成 （ 如 圖 2-7） ， 之 后 分 割 去 除 彈 簧 兩 端 多 余 的 部 分 （ 如 圖 2-8） 。 圖 2-2 旋 轉(zhuǎn) 圖 2-3 分 割 圖 2-4 鏡 像 圖 2-5 油 孔 圖 2-6螺 旋 線 圖 2-7 肋 生 成 實(shí) 體 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2.2.3正 時(shí) 齒 輪 的 設(shè) 計(jì)齒 輪 的 設(shè) 計(jì) 主 要 是 利 用 參 數(shù) 化 建 模 ， 參 數(shù) 化 建 模 更 有 利 于 齒 輪 的 修 改 ， 改 變 一 個(gè) 參 數(shù) 后 ， 零 部 件 也 會(huì) 發(fā) 生 改 變 。 使 設(shè) 計(jì) 更 加 方 便 快捷 ， 便 于 修 改 。 首 先 定 義 參 數(shù) （ 如 圖 2-8） ， 添 加 公 式 （ 如 圖 2-9） ， 定 義 參 數(shù) 之 間 的 關(guān) 系 及 關(guān) 聯(lián) 性 ， 進(jìn) 入 創(chuàng) 成 式 外 形 設(shè) 計(jì) 和 零 件 設(shè) 計(jì) 兩個(gè) 模 塊 配 合 使 用 ， 繪 制 草 圖 時(shí) 利 用 已 經(jīng) 定 義 的 參 數(shù) 繪 制 草 圖 ， 通 過 提 取 、 外 插 、 結(jié) 合 ， 凸 臺(tái) 生 成 一 個(gè) 齒 （ 如 圖 2-10） ， 通 過 圓 形 陣 列 生成 一 個(gè) 完 整 的 齒 輪 （ 如 圖 2-11） 。 2.2.3發(fā) 動(dòng) 機(jī) 殼 體 的 設(shè) 計(jì)發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 下 殼 體 的 形 狀 復(fù) 雜 ， 簡 單 的 零 部 件 設(shè) 計(jì) 模 塊 是 滿 足 不 了 的 ， 所 以 要 運(yùn) 用 創(chuàng) 成 式 外 形 設(shè) 計(jì) 和 自 由 曲 面 模 塊 結(jié) 合 使 用 （ 如 圖2-12） ， 做 出 殼 體 的 外 形 曲 面 之 后 ， 通 過 加 厚 命 令 來 生 成 實(shí) 體 （ 如 圖 2-13） 。 最 后 ， 還 要 對(duì) 實(shí) 體 進(jìn) 行 修 剪 和 倒 角 ， 讓 它 看 起 來 更 加 美 觀 。 圖 2-8 定 義 參 數(shù) 圖 2-9 添 加 公 式 圖 2-10 生 成 一 個(gè) 齒 圖 2-11 陣 列 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2.3發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 裝 配 演 示 及 材 質(zhì) 的 添 加完 成 全 部 零 部 件 后 對(duì) 其 進(jìn) 行 裝 配 ， 在 裝 配 模 塊 中 對(duì) 于 活 塞 、 活 塞 環(huán) 活 塞 銷 等 進(jìn) 行 裝 配 成 活 塞 組 （ 如 圖 2-14） ， 保 存 為 活 塞 組 產(chǎn) 品 ；同 理 可 把 兩 個(gè) 曲 柄 裝 配 成 為 曲 軸 組 產(chǎn) 品 （ 如 圖 2-15） 。 再 在 裝 配 模 塊 中 ， 導(dǎo) 入 活 塞 組 和 曲 軸 產(chǎn) 品 進(jìn) 行 裝 配 ， 再 導(dǎo) 入 剩 下 的 那 些 需 要 裝 配的 零 部 件 （ 如 圖 2-16） 。 圖 2-12 殼 體 曲 面 的 創(chuàng) 建 圖 2-13 加 厚 圖 2-14 活 塞 組 的 裝 配 圖 2-15 曲 軸 的 裝 配 圖 2-16 整 體 的 裝 配 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 裝 配 時(shí) ， 主 要 用 到 約 束 是 相 合 約 束 、 接 觸 約 束 、 偏 移 約 束 以 及角 度 約 束 等 ， 有 需 要 的 螺 釘 、 螺 母 等 標(biāo) 準(zhǔn) 件 可 以 直 接 調(diào) 用 庫 文 件 （ 如 圖 2-17） ， 方 便 使 用 。 每 進(jìn) 行 約 束 之 后 通 過 更 新 按 鈕 ， 隨 時(shí) 更 新 零 部件 的 相 對(duì) 位 置 。 裝 配 完 成 之 后 ， 可 以 通 過 應(yīng) 用 材 質(zhì) 按 鈕 對(duì) 零 部 件 進(jìn) 行 添 加 材 質(zhì)（ 如 圖 2-18） ， 最 后 也 可 以 通 過 渲 染 按 鈕 進(jìn) 行 簡 單 渲 染 。 2.4發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 仿 真 運(yùn) 動(dòng) 演 示分 析 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 工 作 過 程 后 ， 進(jìn) 入 數(shù) 位 模 型 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 分 析 （ DMU） 模 塊 中 ， 建 立 新 機(jī) 構(gòu) 后 ， 通 過 運(yùn) 動(dòng) 接 頭 來 約 束 每 處 有 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 的 地方 的 接 頭 ， 按 照 動(dòng) 力 傳 動(dòng) 路 線 依 次 進(jìn) 行 機(jī) 構(gòu) 接 頭 的 建 立 。 用 到 的 接 頭 有 ： 齒 輪 接 頭 、 圓 柱 接 頭 、 點(diǎn) 線 接 頭 、 旋 轉(zhuǎn) 接 頭 、 平 面 接 頭 、 球接 頭 等 ， 對(duì) 于 有 一 起 運(yùn) 動(dòng) 相 對(duì) 靜 止 的 可 用 剛 性 接 頭 （ 如 圖 2-18） 。 最 后 ， 一 定 要 有 固 定 元 件 （ 殼 體 ） ， 驅(qū) 動(dòng) 元 件 （ 活 塞 的 運(yùn) 動(dòng) ） 以 及 參 數(shù)編 輯 驅(qū) 動(dòng) 元 件 的 運(yùn) 功 公 式 （ 如 圖 2-19） ， 最 終 用 laws來 進(jìn) 行 模 擬 仿 真 運(yùn) 動(dòng) （ 如 圖 2-20） 。 圖 2-17 標(biāo) 準(zhǔn) 件 庫 的 使 用 圖 2-18 添 加 材 質(zhì) 圖 2-18 定 義 運(yùn) 動(dòng) 接 頭 圖 2-19 編 輯 運(yùn) 動(dòng) 公 式 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 2.5發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 裝 配 模 擬 制 作分 析 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 零 部 件 的 裝 配 順 序 后 ， 進(jìn) 入 數(shù) 位 模 型 裝 配 模 擬 模 塊 中 ， 點(diǎn) 擊 跟 蹤 按 鈕 ， 點(diǎn) 擊 所 要 移 動(dòng) 的 零 件 ， 移 動(dòng) 到 合 適 的 位 置 后 記錄 ， 在 對(duì) 話 框 中 輸 入 所 需 要 的 速 度 后 確 定 （ 如 圖 2-20） 。 把 每 個(gè) 零 部 件 的 軌 跡 指 定 后 ， 點(diǎn) 擊 編 輯 序 列 按 鈕 ， 編 輯 軌 跡 的 運(yùn) 動(dòng) 順 序 （ 如 圖2-21） 。 最 后 完 成 后 可 用 模 擬 播 放 器 播 放 順 序 ， 來 觀 察 每 個(gè) 零 部 件 的 裝 配 運(yùn) 動(dòng) 過 程 ， 以 達(dá) 到 裝 配 的 目 的 。 2.6發(fā) 動(dòng) 機(jī) 模 型 的 后 期 制 作用 CATIA工 具 欄 中 的 圖 像 下 拉 菜 單 中 的 視 頻 錄 錄 制 器 可 以 對(duì) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 和 裝 配 過 程 進(jìn) 行 錄 制 （ 如 圖 2-22） 。 錄 制 完 成 后 ， 可用 視 頻 制 作 軟 件 對(duì) 視 頻 進(jìn) 行 拼 接 和 刪 減 ， 以 及 一 些 文 字 的 添 加 ， 最 終 達(dá) 到 視 頻 的 完 美 制 作 。 建 模 完 成 之 后 ， 用 keyshot軟 件 做 整 體 效 圖 2-19laws模 擬 運(yùn) 動(dòng) 圖 2-20 定 義 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 圖 2-21 編 輯 軌 跡 順 序 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 果 圖 的 渲 染 ， 以 達(dá) 到 更 加 逼 真 的 效 果 美 圖 （ 如 圖 2-23） 。 圖 2-23 整 體 渲 染 效 果 圖 圖 2-22 視 頻 錄 制 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 m 第 3章 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 熱 計(jì) 算本 章 首 先 對(duì) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 換 氣 過 程 的 進(jìn) 氣 終 點(diǎn) 的 壓 力 和 溫 度 以 及 充 氣 效 率 進(jìn) 行 計(jì) 算 ， 再 對(duì) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 內(nèi) 部 燃 料 的 化 學(xué) 計(jì) 算 、 以 至 對(duì) 其 壓 縮 過程 、 燃 燒 過 程 、 膨 脹 過 程 的 壓 力 、 溫 度 等 進(jìn) 行 計(jì) 算 。 最 后 確 定 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 性 能 指 標(biāo) 。1已 知 條 件 如 下 ： 氣 缸 直 徑 ： D=56.5mm 活 塞 行 程 ： s=47mm氣 缸 數(shù) ： i=1 排 量 ： 壓 縮 比 : 1:9= 曲 軸 半 徑 與 連 桿 長 度 比 ： R/L=23.5/106最 大 轉(zhuǎn) 速 :n=8500r/min 最 大 功 率 : kwN e 0.9=最 大 扭 矩 : mNM = 8.8 m ax 最 大 轉(zhuǎn) 矩 對(duì) 應(yīng) 轉(zhuǎn) 速 : m in/7500m ax rn =標(biāo) 準(zhǔn) 大 氣 壓 ： KpaP 100 0 = KT 2980 =燃 料 平 均 重 量 成 分 :C=0.855 H=0.145 115= m燃 料 低 熱 值 : )(/44100 燃料KgKJH h =2 額 定 工 況 計(jì) 算 用 系 數(shù) 及 參 數(shù) 的 選 擇 過 量 空 氣 系 數(shù) :a=0.73 進(jìn) 氣 溫 升 :T=4殘 余 廢 氣 系 數(shù) :r=0.04 殘 余 廢 氣 溫 度 :Tr= 930K 壓 縮 多 變 指 數(shù) ： =1.32 膨 脹 多 變 指 數(shù) : =1.23示 功 圖 豐 滿 系 數(shù) ： =0.94 熱 量 利 用 系 :z=0.90 傳 動(dòng) 效 率 : =0.92 機(jī) 械 效 率 ： =0.803.1換 氣 過 程 計(jì) 算 1進(jìn) 氣 終 點(diǎn) 壓 力 KPaPPa 8585.0 0 =2進(jìn) 氣 終 點(diǎn) 溫 度 K2.32604.01 93004.042981 =+ +=+= r rTTTT roa 3充 氣 效 率 840.0 04.01 13264298100851-99r11TTPP1 aooa =+=+=3.2化 學(xué) 計(jì) 算 1燃 燒 lKg燃 料 所 需 的 理 論 空 氣 量 ( ) ( )燃料空氣 kg/512.0 4145.012855.021.013241221.01 kmolOHCLo = += += 2n f1 n f mlVh 124= 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 )(/)(828.1496.28 00 燃料空氣 kgkgLL =式 中 28.96為 空 氣 的 平 均 分 子 量 2燃 燒 前 工 質(zhì) 的 摩 爾 數(shù) )(/Km ol3825.0 1151512.073.011 燃料kgmaLM o =+=+= 3燃 燒 后 工 質(zhì) 的 摩 爾 數(shù) )(/439.0512.073.079.02145.01285.079.02122 燃料kgkmolaLHCM o =+=+= 4理 論 分 子 變 更 系 數(shù) 1478.1 3825.0493.012 =MMo5實(shí) 際 分 子 變 更 系 數(shù) 42.104.01 04.01478.11 =+=+=r ro 6汽 油 機(jī) 每 小 時(shí) 吸 氣 量在 標(biāo) 準(zhǔn) 大 氣 狀 態(tài) 下 空 氣 的 比 重 為 ： 35 /kg169.18.291.28710 0 00 mRTP = 故 吸 氣 量 為 ： hKgnrVG nVh /05.3110850030169.1124.084.030 30 = 7過 量 空 氣 系 數(shù) 設(shè) 比 油 耗 hkggge = /325則 汽 油 機(jī) 的 耗 油 量 為 hkggNG eer /86.2325.08.8 =故 過 量 空 氣 系 數(shù) 接近）（與所選 a73.0828.1485.2 05.31oLa =GrGh3.3壓 縮 過 程 計(jì) 算 1壓 縮 過 程 中 任 意 點(diǎn) x的 壓 力 為 : )xV( VV85)( cx32.1 點(diǎn)的氣缸容積為式中）（ cxaxcaex VVPaP =2壓 縮 終 點(diǎn) 壓 力 KPa1545985 32.1 = nPaPc 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 3壓 縮 終 點(diǎn) 溫 度 ： K9.65892.326 32.01 = nTaTc 9.385273=Tctc 3.4燃 燒 過 程 計(jì) 算1因 不 完 全 燃 燒 而 損 失 的 熱 量 為 ： Hu= 58000(1- a)=58000 0.10=5800KJ/Kg燃 料2汽 油 機(jī) 的 燃 燒 方 程 為 ： zvcvuu tCutCuMr HHz =+ 1)1( )(式 中 tc=385.9 = KmolKmolKcalCv /KJ2.24/754.5 故 molKJtC zv /6019242.1 9.3852.2442.13825.004.1 )1044044100(9.0 =+ = 根 據(jù) 燃 燒 產(chǎn) 物 平 均 定 壓 摩 爾 比 熱 表 ， 可 得 = kmolkJCv /30014 zt =23240 Tz=2097K3壓 力 升 高 比 52.49.658209742.1 = czTTu 4最 高 爆 發(fā) 壓 力 KPa2.6982154552.4 = cz PP 3.5膨 脹 過 程 計(jì) 算 1膨 脹 過 程 中 任 意 點(diǎn) x的 壓 力 為 ： 32.12.6982)( 2 ）（ VbxVzVVPP nbxzzbx = 式 中 cxV X點(diǎn) 的 氣 缸 容 積2膨 脹 終 點(diǎn) 壓 力 KPaPP nzb 4689 2.698223.12 = 3 膨 脹 終 點(diǎn) 溫 度 KTT nzb 1.12659209723.012 = 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 3.6技 術(shù) 指 標(biāo) 計(jì) 算1理 論 平 均 指 示 壓 力 Knn PcP nni 9.1200)911(32.01)911(23.052.481545 )11(11)11(11 32.023.0 1112 12 = = = 2實(shí) 際 平 均 指 示 壓 力 Kpa8.112894.09.1200 = iii PP 3指 示 功 率 kwnViPN nii 9.91200 5.8124.08.11281200 = 4指 示 熱 效 率 997.27 9885.0441002838.11283825.0314.8314.8 1 = = svu sit PH TPM（ 式 中 Ps= 98KPa， Ts=283K為 進(jìn) 氣 管 內(nèi) 充 量 壓 力 及 溫 度 ） 5指 示 比 油 耗 hkw Hg iui = /g6.29127997.044100 106.3106.3 666平 均 有 效 壓 力 KPa9038.08.1128 = mie pp 7有 效 熱 效 率 39.228.027997.0 = mie 8有 效 功 率 Kw92.78.09.9 = mie NN 9有 效 比 油 耗 hkwggg mie = /5.3648.0 6.291 可 見 ， 計(jì) 算 有 效 比 油 耗 與 計(jì) 算 過 量 空 氣 系 數(shù) 時(shí) 假 設(shè) 的 比 油 耗 值較 為 接 近 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 第 4章 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 動(dòng) 力 計(jì) 算本 章 依 據(jù) 上 一 章 節(jié) 中 的 熱 計(jì) 算 的 主 要 數(shù) 據(jù) ， 首 先 對(duì) 活 塞 的 運(yùn) 動(dòng) 情 況 進(jìn) 行 分 析 ， 對(duì) 曲 柄 連 桿 機(jī) 構(gòu) 的 質(zhì) 量 進(jìn) 行 換 算 及 其 在 運(yùn) 動(dòng) 過 程 中的 慣 性 力 進(jìn) 行 分 析 ， 氣 體 作 用 力 與 往 復(fù) 慣 性 力 的 合 成 分 析 ， 最 后 確 定 曲 軸 轉(zhuǎn) 矩 、 連 桿 軸 頸 和 主 軸 頸 的 受 力 情 況 ， 以 便 下 一 章 節(jié) 發(fā) 動(dòng) 機(jī)主 要 零 部 件 的 強(qiáng) 度 校 核 。 已 知 參 數(shù) 如 下 ： 氣 缸 直 ： D=54.7mm 活 塞 行 程 ： S=47mm氣 缸 數(shù) :i=1 壓 縮 比 :=9 曲 柄 半 徑 與 連 桿 長 度 比 :R/L=23.5/106 最 大 功 率 ： Ne=19Kw最 大 轉(zhuǎn) 速 ： n=8500r min 4.1活 塞 的 位 移 、 速 度 、 加 速 度1活 塞 的 位 移 ： 如 圖 4-1， 設(shè) 活 塞 處 于 上 止 點(diǎn) 時(shí) ， 活 塞 銷 中 心 處 于 x坐 標(biāo) 原 點(diǎn) ， 則)cosacos()( LRRLX += 式 中 )sinarcsin( LR= 簡 化 后 可 得 ： += )2cos1(4)cos1( RX 式 中 2217.01065.23 =LR 2活 塞 運(yùn) 動(dòng) 的 速 度 式 中 活 塞 的 平 均 速 度 snsCm /m025.1430 8500105.4930 3- =活 塞 的 最 大 速 度 sRwV /m41.212217.011067.8895.231 23-2m ax =+=+= 圖 4-1活 塞 位 移 簡 圖 1-s67.88930850030n = w )2sin2(sin += RwXV 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 3活 塞 的 加 速 度 )2cos(cos2 += RwXva 式 中 222 /m5.1860067.8895.23 sRw =當(dāng) a=0 時(shí) ， 最 大 加 速 度 為 ： 22m ax /m3.227242217.015.18600)1( sRwa =+=+= ）（4.2曲 柄 連 桿 機(jī) 構(gòu) 的 質(zhì) 量 換 算 用 雙 質(zhì) 量 替 代 系 統(tǒng) 對(duì) 連 桿 組 的 質(zhì) 量 進(jìn) 行 換 算 ， 即 用 兩 個(gè) 假 想 的 集中 于 連 桿 大 小 頭 中 心 的 質(zhì) 量 代 替 連 桿 組 實(shí) 際 的 分 布 質(zhì) 量 ， 根 據(jù) 實(shí) 測(cè) ， 可 得 出 如 下 結(jié) 果 ：1連 桿 總 質(zhì) 量 ： Gc=215g 其 中 分 配 在 小 頭 上 作 往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 的 質(zhì) 量 ： Gcp=40g其 中 分 配 在 大 頭 上 作 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 的 質(zhì) 量 ： Gcc=175g 2連 桿 大 頭 軸 瓦 質(zhì) 量 ： Gn=20g作 往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 的 活 塞 組 總 質(zhì) ： Gp=170g 曲 軸 旋 轉(zhuǎn) 質(zhì) 量 換 算 ： Mrb=-566.5g往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 質(zhì) 量 ： gGGm pcpj 21040170 =+=+=做 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 的 總 質(zhì) 量 ： gm r 5.176-mm2 rBrA =+=連 桿 組 大 共 的 質(zhì) 量 ： gCGm nccrA 19517520 =+=+=4.3曲 柄 連 桿 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 的 慣 性 力 1往 復(fù) 慣 性 力 jp活 塞 面 積 23-6-22 m1035.2107.5444 = DFp 故 aKPa77.83-1035.2 210 3- = aFamp pjj 2離 心 慣 性 力 ：連 桿 組 大 頭 質(zhì) 量 產(chǎn) 生 的 離 心 慣 性 力 Pra： KPaFRwmp paAra 59.28931035.2 1067.8895.23195.02 3 622 = = 曲 拐 不 平 衡 質(zhì) 量 產(chǎn) 生 的 離 心 慣 性 力 ： KPa FRwmp prBrB 1.420310507.2 1067.8895.23105.566 3 6232 = = 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 離 心 慣 性 力 之 和 Pr： KPappp rBrar 52.13091.420358.2893 =+= 4.4氣 體 作 用 力 與 往 復(fù) 慣 性 力 的合 成 分 析 1沿 氣 缸 中 心 線 作 用 的 合 力 P：如 圖 3 2， 沿 氣 缸 中 心 線 方 向 作 用 在 活 塞 上 的 合 力 為 ： 0pppp jg +=式 中 Pg 氣 缸 內(nèi) 氣 體 的 作 用 力 Pj 活 塞 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 的 往 復(fù) 慣 性 力P0 曲 軸 箱 內(nèi) 氣 體 作 用 在 活 塞 下 方 的 力 ： KPapo 1000=2P的 傳 遞 與 分 解 在 力 的 傳 遞 過 程 中 ， P可 分 解 成 沿 連桿 中 心 線 的 作 用 力 Pcr和 垂 直 于 氣 缸 中 心 線 的 側(cè) 壓 力 Pn， 即 ncr ppp +=從 幾 何 關(guān) 系 可 得 tanpp n = cosppcr =3 crp 的 傳 遞 與 分 解Pcr作 用 在 曲 軸 銷 上 ， 可 進(jìn) 一 步 分 解 為 曲 柄 切 向 力 Pt和 曲 柄 法 向 力 Pra 其 中 ： cos/)sin()sin( +=+= Ppp crt cos/)cos()cos( +=+= ppp crra4.5曲 軸 、 連 桿 軸 頸 、 主 軸 頸 的 受 力 分 析 1曲 軸 扭 矩 計(jì) 算曲 軸 在 切 向 力 Pt的 作 用 下 旋 轉(zhuǎn) ， 故 主 軸 頸 承 受 的 扭 矩 為 ： )(05891.01010507.2 33 mNPPRFPM ttptt = 2連 桿 軸 頸 受 力 分 析 作 用 于 連 桿 軸 頸 的 合 力 為 ： rAratrAcrc PPPPPR +=+= cR的 大 小 為 ： KPaPPPR rAratc 22 )( += )sin(sin1 = 圖 4-2往 復(fù) 慣 性 力 分 析 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 3主 軸 頸 的 負(fù) 荷 軸 頸 受 力 情 況 如 圖 3 3： (1)切 向 力 tPT 211 = (2)法 向 力 raPZ 211 = (3)離 心 慣 性 力 0211 = rPQ 故 軸 頸 受 力 為 111 QZTRs += 21121 )( QZTRs += 以 上 計(jì) 算 中 ， 符 號(hào) 規(guī) 定 如 下 ： Pg， Pj 朝 向 曲 軸 旋 轉(zhuǎn) 中 心 為 正 Pcr 壓 縮 連 桿 為 正 NP 對(duì) 曲 軸 旋 轉(zhuǎn) 中 心 產(chǎn) 生 的 力 矩 方 向 與 曲 軸 旋 轉(zhuǎn) 方 向相 反 時(shí) 為 正 Pt 順 著 曲 軸 轉(zhuǎn) 向 為 正Pra 指 向 曲 軸 旋 轉(zhuǎn) 中 心 時(shí) 為 正 Mt 與 曲 釉 旋 轉(zhuǎn) 方 向 相 同 時(shí) 為 正 圖 4-3軸 頸 受 力 分 析 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 第 5章 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 主 要 零 部 件 強(qiáng) 度 校 核本 章 依 據(jù) 前 兩 章 內(nèi) 容 ， 曲 軸 是 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 承 受 力 最 復(fù) 發(fā) 的 零 部 件 ， 首 先 對(duì) 曲 軸 在 不 同 工 況 下 的 的 進(jìn) 行 強(qiáng) 度 校 核 、 再 對(duì) 連 桿 、 活 塞 、 活塞 銷 、 氣 缸 頭 螺 栓 等 進(jìn) 行 詳 細(xì) 的 強(qiáng) 度 校 核 。 5.1曲 軸 的 強(qiáng) 度 校 核1曲 軸 的 靜 力 強(qiáng) 度 計(jì) 算 ： 計(jì) 算 假 定 ：（ 1） 曲 軸 軸 瓦 的 支 反 力 按 不 連 續(xù) 粱 考 慮 ， 即 按 二 點(diǎn) 支 承 力 計(jì) 算 ； （ 2)氣 缸 最 大 爆 發(fā) 壓 力 發(fā) 生 在 上 死 點(diǎn) 10 CA;（ 3） 由 連 桿 傳 來 的 合 力 作 用 在 曲 柄 銷 中 點(diǎn) ； （ 4） 軸 瓦 的 反 作 用 力 集 中 在 軸 頸 中 點(diǎn) ；（ 5） 最 大 彎 曲 力 矩 和 最 大 扭 轉(zhuǎn) 力 矩 同 時(shí) 發(fā) 生 。 計(jì) 算 工 況 確 定 ：（ 1） 起 動(dòng) 瞬 時(shí) ； （ 2） 額 定 工 況 下 ， 曲 拐 受 最 大 切 向 力 時(shí) ；（ 3） 額 定 工 況 下 ， 曲 拐 受 最 大 法 向 力 時(shí) ； （ 4） 額 定 工 況 下 ， 曲 拐 受 最 小 法 向 力 時(shí) ；曲 軸 已 知 數(shù) 據(jù) 如 圖 5-1所 示 ， 對(duì) 曲 軸 各 部 分 進(jìn) 行 受 力 分 析 如 圖 5-2所 示 圖 5-2中 ， Kb為 各 曲 柄 不 平 衡 重 的 離 心 力 ， 其 值 為 ： NRwmK bb 2.66965.18600360222 = 圖 5-1曲 軸 簡 圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 NRwmK bb 2.65105.18600350211 =Cm為 曲 柄 銷 離 心 力 合 力 ： NC M 4.511515.18600274 =以 下 對(duì) 各 計(jì) 算 工 況 進(jìn) 行 計(jì) 算 ： 5.1.1起 動(dòng) 瞬 時(shí)曲 拐 在 上 止 點(diǎn) 時(shí) ， T=O， Kb=0， Cm=0。 曲 拐 承 受 的 壓 力 為 標(biāo) 定 工 況 下 的 燃 氣 最 大 爆 發(fā) 壓 力 ： NFPP pZF 9.1249210474108.7200 623 = 1曲 柄 銷 在 曲 柄 銷 中 點(diǎn) 截 面 i i上 所 受 的 彎 曲 應(yīng) 力 ： 13.473032 2045.624632 2045.62462405.0 33 = dwPFb 2曲 臂 最 大 彎 曲 力 矩 產(chǎn) 生 于 曲 柄 臂 的 中 央 部 位 ， 即 下 圖 的 截 面 所 示 于 是 可 計(jì) 算 各 曲 臂 的 彎 應(yīng) 力 及 壓 縮 應(yīng) 力 。 MPalb lZb 18.37612112 1645.62466 22101 11 = = MPalbzc 65.412112 45.624601 1 = MPacb 83.4165.418.37 =+=+= 圖 5-2曲 軸 受 力 分 析 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 由 于 40Cr的 MPab 8070= 故 安 全 。3主 軸 頸 主 軸 頸 的 危 險(xiǎn) 斷 面 在 軸 頸 與 曲 柄 臂 的 交 界 處 ， 各 斷 面 的 彎 曲 應(yīng)力 為 MPadlzb 935.104032 1145.624632 33 2 91 = = 由 于 40Cr的 MPab 8070= 故 各 曲 軸 安 全 。5.1.2額 定 工 況 下 ， 曲 拐 受 最 大 切 向 力 時(shí) 由 動(dòng) 力 計(jì) 算 可 知 ， 曲 拐 受 到 的 最 大 切 向 力 為 ：當(dāng) a=380 時(shí) ， Pt=2740KPa.即 Npt 2.7747106042740 32 = NPra 7340= NPTT t 6.387374 372.77471211821 = 曲 柄 銷 圓 角 處 的 支 反 力 為 ： N l lCPFF Mra 2.18163720 37)101387340(20 )( 18 1821 =+ =+ = Nl lPKK t 9.50282037 372.77472018 1821 =+=+= 1曲 柄 銷 1F引 起 的 彎 曲 應(yīng) 力 ： MPa dFtb 7.133032 202.18163220 3311 = 1K引 起 的 彎 曲 應(yīng) 力 MPadKb 94.373032 209.502832 20 33 1 12 = 1T引 起 的 扭 轉(zhuǎn) 應(yīng) 力 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 MPadrT 93.423020 5.232.774720 33 1 1 = 合 成 應(yīng) 力 MPabb 9.5893.4294.377.13 222222210 =+=+= 由 于 40Cr的 0 =80 lOOMPa， 故 安 全 。2曲 柄 臂 由 1Z及 1bK， 引 起 的 拉 伸 應(yīng) 力 ： MPa hb KZ bc 734.140114 2.6510139811 11 =由 1Z引 起 的 彎 曲 應(yīng) 力 ： MPa hb lZb 735.040114 61613986 2211 111 = = 由 1T和 扭 矩 1kM引 起 的 彎 曲 應(yīng) 力 MPabh rPrT tb 094.4611440 5.232.7347162.77476 221112 = += += 由 1T在 - 兩 點(diǎn) 產(chǎn) 生 的 扭 轉(zhuǎn) 應(yīng) 力 MPa hbq lT 24.240114303.0 162.774722111 11 = = =由 正 在 - 兩 點(diǎn) 產(chǎn) 生 的 扭 轉(zhuǎn) 應(yīng) 力 MPaq 664.124.2742.0122 = 由 于 40Cr的 0 =80 lOOMPa， 故 安 全 。3主 軸 頸 主 軸 頸 的 危 險(xiǎn) 斷 面 在 軸 頸 與 曲 臂 的 交 界 處 。由 1Z引 起 的 彎 曲 應(yīng) 力 MPa dlZb 43.24032 118.139032 332911 = = 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 由 1T引 起 的 彎 曲 應(yīng) 力 MPadlTb 5.134032 112.774732 33 2 911 = 由 klM引 起 的 扭 轉(zhuǎn) 應(yīng) 力 MPadMklb 49.144016 5.232.774716 33 21 = 由 于 40Cr的 MPa80700 = ， 故 安 全 。5.1.3額 定 工 況 下 ， 曲 拐 受 最 大 法 向 力 時(shí) 由 動(dòng) 力 計(jì) 算 可 知 ， 曲 拐 受 到 的 最 大 法 向 力 為當(dāng) =360 時(shí) ， KPaP ra 5850= 即 NPra 5.16538106045850 32 = NPt 5.3170=( ) Nl lCPZZ mra 320074 37)101385.16538(21 1821 = Nl lPTT t 158574373170211821 = 曲 柄 銷 圓 角 度 處 的 支 反 力 為 ： ( ) N l lCPFF mra 4.41542037 37)101385.16538(2018 1821 =+ =+ = Nl lPKK t 20582037 3731702017 1821 =+=+= 1曲 柄 銷 由 tF引 起 的 彎 曲 應(yīng) 力 ： MPaWFtb 34.313032 204.415420 31 = 由 1K引 起 的 彎 曲 應(yīng) 力 ： MPaWKtb 53.153032 20205820 31 = 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 由 1T引 起 的 扭 轉(zhuǎn) 應(yīng) 力 ： MPadrT 56.173020 5.23317020 33 1 1 = 合 成 應(yīng) 力 ： MPabb 6.4956.17453.1534.314 222222210 =+=+= 由 于 rC40 的 MPa80700 = ， 故 安 全 。2曲 柄 臂 由 1Z及 1bK引 起 的 拉 伸 應(yīng) 力 ： MPa hb KZ bc 38.1401149511320011 11 =由 1Z引 起 的 彎 曲 應(yīng) 力 ： MPa hb lZb 68.140114 61632006 2211 111 = = 由 1T和 扭 矩 1kM引 起 的 彎 曲 應(yīng) 力 MPahb rPrT tb 289.1611440 5.235.31705.2315856 212112 = +=+= 由 1T在 - 兩 點(diǎn) 產(chǎn) 生 的 扭 轉(zhuǎn) 應(yīng) 力 MPa hbq lT 459.040114303.0 161585 22111 111 =由 1T在 - 兩 點(diǎn) 產(chǎn) 生 的 扭 轉(zhuǎn) 應(yīng) 力 MPaq 34.0459.0742.0 122 = 由 于 rC40的 MPa80700 = ， 故 安 全 。3主 軸 頸 主 軸 頸 的 危 險(xiǎn) 斷 面 在 軸 頸 與 曲 臂 的 交 界 處 。由 1Z引 起 的 彎 曲 應(yīng) 力 MPadlZb 6.54032 11320032 33 2 911 = 由 1T引 起 的 彎 曲 應(yīng) 力 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 MPadlTb 77.24032 11158532 33 2 911 = 由 1kM引 起 的 扭 轉(zhuǎn) 應(yīng) 力 MPadMkb 96.24016 5.23158516 33 2 11 = 合 應(yīng) 力 為 MPabb 61.896.2477.26.54 222222210 =+=+= 5.1.4額 定 工 況 下 ， 曲 拐 受 最 小 法 向 力 時(shí) 由 動(dòng) 力 計(jì) 算 可 知 ， 曲 拐 受 到 的 最 小 法 向 力 為當(dāng) =495 時(shí) ， Pra=2670.2KPa， 即 NPra 2.7549106042670 32 = 002.0 = KPaPt( ) Nl lCPZZ mra 6.88433737 37)101382.7549(21 1821 =+ = ( ) Nl lCPFF mra 2.114812037 37)101382.7549(2018 1821 =+ =+ = 1曲 柄 銷 MPawFb 49.323032 202.1148120 3 = = 由 于 rC40 的 MPa80700 = ， 故 安 全 。2曲 柄 臂 由 1Z及 1bK引 起 的 拉 伸 應(yīng) 力 ： MPahb KZ bc 025.44011495116.884311 11 = 由 1Z引 起 的 彎 曲 應(yīng) 力 ： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 MPahb lZb 65.440114 6166.88436 2211 111 = = 由 于 rC40 的 MPa80700 = ， 故 安 全 。5.2連 桿 強(qiáng) 度 計(jì) 算 5.2.1連 桿 小 頭1.由 慣 性 力 拉 伸 引 起 的 小 頭 應(yīng) 力 連 桿 小 頭 簡 化 后 如 圖 4-3所 示其 中 mmr 5.7 1 = mmr 75.102 = , mmp 25= ， mmH 5.14=mmrrr 125.9 221 =+= 小 頭 壁 厚 mmh 25.3= 小 頭 寬 度 mmb 19=活 塞 組 的 最 大 慣 性 力 NRwGpj 1863)1065.231(5.18600170)1(2m ax =+=+= 2小 頭 中 心 截 面 上 的 彎 矩 mN rPM cj = = = 31.0 10)029.04.11600033.0(125.93863 )0297.000033.0( 3m ax0 圖 5-3連 桿 小 頭 簡 圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 小 頭 中 心 截 面 上 的 法 向 力 N PM cj 9.1849 )4.1160008.04.116572.0(3863 )0008.0572.0(m ax0 = = = 小 頭 固 定 截 面 上 的 彎 矩 mN rPrNMM ccjc = += += 072.1 )4.116cos4.116(sin10125.938635.0 )4.116cos1(10125.99.184931.0 )cos(sin5.0)cos1( 3 3 m ax002 小 頭 固 定 截 面 上 的 法 向 力 N PNN ccjc