汽车曲柄连杆机构设计（全套含CAD及CAXA图纸）
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外文翻译资料 1 机电一体化技术及其应用研究 1 机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微、控制、机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。 数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 能化 即要求机电产品有一定的智能 ,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在 控机床上增加人机对话功能，设置智能 I/O 接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而 有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 络化 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化 方向发展。 性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在外文翻译资料 2 色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(称 指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制 电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自 1986 年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针， 1988 年美国加州大学 校研制出第一个微电机以来，国内外在艺、材料以及微观机理方面取得了很大进展，开发出各种 件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。 成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程 中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 源化 是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 色化 技术的发展给人们的生活 带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。 2 机电一体化技术在钢铁中应用 在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数外文翻译资料 3 据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面： 能化控制技术 (由于钢铁具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经等，智能控制技术广泛于钢铁的产品设计、生产、控制、设备与产品质量 诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢 连铸 轧钢综合调度系统、冷连轧等。 布式控制系统 ( 分布式控制系统采用一台中央机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。 有特 点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。 监视集中控制分散，故障面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 放式控制系统 (开放控制系统 (计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家 产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 算机集成制造系统 (钢铁企业的 将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控外文翻译资料 4 制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应钢铁生产的要求。 未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在 20 世纪 80 年代已广泛实现 。 场总线技术 ( 现场总线技术 ( 连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术 (如 4 20 C 直 流传输 )就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去 66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化 现场就地控制站等的发展。 流传动技术 传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于 交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。 外文资料翻译 1 n is on of of of a of a of of as NC of as of a of it is to in NC / O of as of up a As of of a is a If is to of 文资料翻译 2 as in we As of of is of to AN a to a as of so in be of of be no 1.5 of is to of is in to it so on of or a to as is of 1.6 is a in to to be by is of or 986 1988 at at of as . 外文资料翻译 3 a of of of in at In to of a be to of at be to 1.8 to as As on be to a of of in s in at of of in of is of In of be in of is to of is at of of 2 in of in In of at of as by of a 文资料翻译 4 in in in As a of it is to in as a of a be or to on of be of be as a of be is of is to a of Is of 外文资料翻译 5 is of by a of in be of so to to to is be to of to of of of of of is of of of In to of is to to of of in 980s is in of in to 0 C 外文资料翻译 6 it in in on be 6% or to of CS of as C in a of C C to of in C C of to AC C or be to or AC in of as a to I 摘 要 本文 以 捷达 油机 的相关参数作为参考， 对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了 有关 运动学和动力学的理论分析与计算机 仿真 分析。 首先，以运动学和动力学的理论知识为依据 ， 对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析 ， 并得到了精确的分析结果。其次分别对活塞组、连杆组以及曲轴进行详细的结构设计 ， 并进行了结构强度和刚度的校核。再次，应用三维 件： 立了曲柄连杆机构 各零部件 的几何模型，在此工作的基础上，利用 软件的装配功能，将曲柄连杆机构的各组成零件装配成活塞组件、连杆组件和曲轴组件，然后利用 软件的机构分析模块 (建立曲柄连杆机构的多刚体动力学模型，进行运动学分析和动力学分析模拟，研究了在不考虑外力作用并使曲轴保持匀 速转动的情况下，活塞和连杆的运动规律以及曲柄连杆机构的运动包络 。仿真结果的 分析表明 ， 仿真结果与 发动 机的实际工作状况基本一致 ，文章介绍的仿真方法为曲柄连杆机构的选型 、 优化设计提供了一种新思路 。 关键词： 发动机；曲柄连杆机构；受力分析； 仿真建模；运动分析； to by 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 目 录 摘要 I 1 章 绪论 错误 !未定义书签。 题的目的和意义 错误 !未定义书签。 内外的研究现状 错误 !未定义书签。 计研究的主要内容 错误 !未定义书签。 第 2 章 曲柄连杆机构 受力分析 错误 !未定义书签。 柄连杆机构的类型及方案选择 错误 !未定义书签。 柄连杆机构运动学 错误 !未定义书签。 塞位移 错误 !未定义书签。 塞的速度 错误 !未定义书签。 塞的加速度 错误 !未定义书签。 柄连杆机构中的作用力 错误 !未定义书签。 缸内工质的作用力 错误 !未定义书签。 构的惯性力 错误 !未定义书签。 章小结 错误 !未定义书签。 第 3 章 活塞组的设计 错误 !未定义书签。 塞的设计 错误 !未定义书签。 塞的工作条件和设计要求 错误 !未定义书签。 塞的材料 错误 !未定义书签。 塞头部的设计 错误 !未定义书签。 塞裙部的设计 错误 !未定义书签。 塞销的设 计 错误 !未定义书签。 塞销的结构、材料 错误 !未定义书签。 塞销强度和刚度计算 错误 !未定义书签。 塞销座 错误 !未定义书签。 塞销座结构设计 错误 !未定义书签。 算比压力 错误 !未定义书签。 塞环设计及计算 错误 !未定义书签。 塞环形状及主要尺寸设计 错误 !未定义书签。 塞环强度校核 错误 !未定义书签。 章小结 错误 !未定义书签。 第 4 章 连杆组的设计 错误 !未定义书签。 杆的设计 错误 !未定义书签。 杆的工作情况、设计要求和材料选用 错误 !未定义书签。 杆长度的确定 错误 !未定义书签。 杆小头的结构设计与强度、刚度计算 错误 !未定义书签。 杆杆身的结构设计与强度计算 错误 !未定义书签。 杆大头的结构设计与强度、刚度计算 错误 !未定义书签。 杆螺栓的设计 错误 !未定义书签。 杆螺栓的工作负荷与预紧力 错误 !未定义书签。 杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算 错误 !未定义书签。 章小结 错误 !未定义书签。 第 5 章 曲轴的设计 错误 !未定义书签。 轴的结构型式和材料的选择 错误 !未定义书签。 轴的工作条件和设计要求 错误 !未定义书签。 轴的结构型式 错误 !未定义书签。 轴的材料 错误 !未定义书签。 轴的主要尺寸的确定和结构细节设计 错误 !未定义书签。 柄销的直径和长度 错误 !未定义书签。 轴颈的直径和长度 错误 !未定义书签。 柄 错误 !未定义书签。 衡重 错误 !未定义书签。 孔的位置和尺寸 错误 !未定义书签。 轴两端的结构 错误 !未定义书签。 轴的止推 错误 !未定义书签。 轴的疲劳强度校核 错误 !未定义书 签。 用于单元曲拐上的力和力矩 错误 !未定义书签。 义应力的计算 错误 !未定义书签。 章小结 错误 !未定义书签。 第 6 章 曲柄连杆机构的创建 错误 !未定义书签。 软件基本功能的介绍 错误 !未定义书签。 塞的创建 错误 !未定义书签。 塞的特点分析 错误 !未定义书签。 塞的建模思路 错误 !未定义书签。 塞的建模步骤 错误 !未定义书签。 杆的创建 错误 !未定义书签。 杆的特点分析 错误 !未定义书签。 杆的建模思路 错误 !未定义书签。 杆体的建模步骤 错误 !未定义书签。 杆盖的建模 错误 !未定义书签。 轴的创建 错误 !未定义书签。 轴的特点分析 错误 !未定义书签。 轴的建模思路 错误 !未定义书签。 轴的建模步骤 错误 !未定义书签。 柄连杆机构其它零件的创建 错误 !未定义书签。 塞销的创建 错误 !未定义书签。 塞销卡环的创建 错误 !未定义书签。 杆小头衬套的创建 错误 !未定义书签。 头轴瓦的创建 错误 !未定义书签。 杆螺栓的创建 错误 !未定义书签。 章小结 错误 !未定义书签。 第 7 章 曲柄连杆机构运动分析 错误 !未定义书签。 塞及连杆的装配 错误 !未定义书签。 件装配的分析与思路 错误 !未定义书签。 塞组件装配步骤 错误 !未定义书签。 杆组件的装配步骤 错误 !未定义书签。 义曲轴连杆的连接 错误 !未定义书签。 义伺服电动机 错误 !未定义书签。 立运动分析 错误 !未定义书签。 行干涉检验与视频制作 错误 !未定义书签。 取分析结果 错误 !未定义书签。 结果的分析 错误 !未定义书签。 章小结 错误 !未定义书签。 结论 错误 !未定义书签。 参考文献 错误 !未定义书签。 致谢 错误 !未定义书签。 附录 错误 !未定义书签。 1 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 I 摘 要 本文 以 捷达 油机 的相关参数作为参考， 对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了 有关 运动学和动力学的理论分析与计算机 仿真 分析。 首先，以运动学和动力学的理论知识为依据 ， 对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析 ， 并得到了精确的分析结果。其次分别对活塞组、连杆组以及曲轴进行详细的结构设计 ， 并进行了结构强度和刚度的校核。再次，应用三维 件： 立了曲柄连杆机构 各零部件 的几何模型，在此工作的基础上，利用 软件的装配功能，将曲柄连杆机构的各组成零件装配成活塞组件、连杆组件和曲轴组件，然后利用 软件的机构分析模块 (建立曲柄连杆机构的多刚体动力学模型，进行运动学分析和动力学分析模拟，研究了在不考虑外力作用并使曲轴保持匀速转动的情况下，活塞和连杆的运动规律以及曲柄连杆机构的运动包络 。仿真结果的 分析表明，仿真结果与发动机的实际工作状况基本一致，文章介绍的仿真方法为曲柄连杆机构的选型、优化设计提供了一种新思路。 关键词： 发动机；曲柄连杆机构；受力分析； 仿真建模；运动分析； 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 to by 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 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 目 录 摘要 I 1 章 绪论 1 题的目的和意义 1 内外的研究现状 1 计研究的主要内容 3 第 2 章 曲柄连杆机构受力分析 4 柄连杆机构的类型及方案选择 4 柄连杆机构运动学 4 塞位移 5 塞的速度 6 塞的加速度 6 柄连杆机构中的作用力 7 缸内工质的作用力 7 构的惯性力 7 章小结 14 第 3 章 活塞组的设计 15 塞的设计 15 塞的工作条件和设计要求 15 塞的材料 16 塞头部的设计 16 塞裙部的设计 21 塞销的设计 23 塞销的结构、材料 23 塞销强度和刚度计算 23 塞销座 24 塞销座结构设计 24 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 算比压力 24 塞环设计及计算 25 塞环形状及主要尺寸设计 25 塞环强度校核 25 章小结 26 第 4 章 连杆组的设计 27 杆的设计 27 杆的工作情况、设计要求和材料选用 27 杆长度的确定 27 杆小头的结构设计与强度、刚度计算 27 杆杆身的结构设计与强度计算 30 杆大头的结构设计与强度、刚度计算 33 杆螺栓的设计 35 杆螺栓的工作负荷与预紧力 35 杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算 35 章小结 36 第 5 章 曲轴的设计 37 轴的结构型式和材料的选择 37 轴的工作条件和设计要求 37 轴的结构型式 37 轴的材料 37 轴的主要尺寸的 确定和结构细节设计 38 柄销的直径和长度 38 轴颈的直径和长度 38 柄 39 衡重 39 孔的位置和尺寸 40 轴两端的结构 40 轴的止推 40 轴的疲劳强度校核 41 用于单元曲拐上的力和力矩 41 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 义应力的计算 45 章小结 47 第 6 章 曲柄连杆机构的创建 48 软件基本功能的介绍 48 塞的创建 48 塞的特点分析 48 塞的建模思路 48 塞的建模步骤 49 杆的创建 50 杆的特点分析 50 杆的建模思路 50 杆体的建模步骤 51 杆盖的建模 52 轴的创建 52 轴的特点分析 52 轴的建模思路 52 轴的 建模步骤 53 柄连杆机构其它零件的创建 55 塞销的创建 55 塞销卡环的创建 55 杆小头衬套的创建 55 头轴瓦的创建 55 杆螺栓的创建 56 章小结 56 第 7 章 曲柄连杆机构运动分析 57 塞及连杆的装配 57 件装配的分析与思路 57 塞组件装配步骤 57 杆组件的装配步骤 58 义曲轴连杆的连接 59 义伺服电动机 60 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 立运动分析 60 行干涉检验与视频制作 61 取分析结果 62 结果的分析 64 章小结 64 结论 65 参考文献 66 致谢 67 附录 68 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 1 第 1 章 绪 论 题的目的和意义 曲柄连杆机构是 发动 机的传递运动和动力的机构，通过它把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。因此，曲柄连杆机构是 发动 机中主要的受力部件 ，其工作可靠性就决定了 发动 机工作的可靠性。 随着发动机强化指标的不断提高，机构的工作条件更加复杂。在多种周期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证机构具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为曲柄连杆机构设计的关键性问题 1。 通过设计，确定发动机曲柄连杆机构的总体结 构和零部件结构，包括必要的结构尺寸确定、运动学和动力学分析、材料的选取等，以满足实际生产的需要。 在传统的设计模式中，为了满足设计的需要须进行大量的数值计算，同时为了满足产品的使用性能，须进行强度、刚度、稳定性及可靠性等方面的设计和校核计算，同时 要满足校核计算， 还需 要对曲柄连杆机构进行动力学分析。 为了真实全面地了解机构在实际运行工况下的力学特性，本文采用了多体动力学仿真技术，针对机构进行了实时的，高精度的动力学响应分析与计算，因此本研究所采用的高效、实时分析技术对提高分析精度，提高设计水平具有重要意义，而 且 可以更直观清晰地了解曲柄连杆机构在运行过程中的受力状态，便于进行精确计算，对进一步研究 发动 机的平衡与振动、 发动 机增压的改造等均有较为实用的应用价值。 内外的研究现状 多刚体动力学模拟是近十年发展起来的机械计算机模拟技术，提供了在设计过程中对设计方案进行分析和优化的有效手段，在机械设计领域获得越来越广泛的应用。它是利用计算机建造的模型对实际系统进行实验研究，将分析的方法用于模拟实验，充分利用已有的基本物理原理，采用与实际物理系统实验相似的研究方法，在计算机上运行仿真实验。目前多刚体动力学模拟软件主 要有 D， 。多刚体动力学模拟软件的最大优点在于分析过程中无需编写复杂仿真程序，在产品的设计分析时无需进行样机的生产和试验。对内燃机产品的部件装配进行机构运动仿真，可校核部件运动轨迹，及时发现运动干涉；对部件装配进行动力学仿真，可校核机构受力情况；根据机构运动约束及保证性能最优的目标进行机构设计优化，可最大限度地满足性能要求，对设计提供指导和修正 2。目前国内大学和企业已经已进行了机构运动、动力学仿真方面的研究和局部应用，能在设计初期及时发购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 2 现内燃机曲柄连杆机构干涉，校核配气机构运动、动力学性能等，为设计人员提供了基本的设计依据 3 目前国内外对 发动 机 曲柄连杆机构 的动力学分析的方法很多，而且已经完善和成熟。其中机构运动学分析是研究两个或两个以上物体间的相对运动，即位移、速度和加速度的变化关系 ： 动力学则是研究产生运动的力。 发动 机曲柄连杆机构的动力学分析主要包括气体力、惯性力、轴承力和曲轴转矩等的分析，传统的内燃机工作机构动力学、运动学分析方法主要有图解法和解析法 5。 1、解析法 解析法是对构件逐个列出方程，通过各个构件之间的联 立线性方程 组 来求解运动副约束反力和平衡力矩，解析法又包括单位向量法、直角坐标法等。 2、图解法 图解法形象比较直观，机构 各 组成部分的位移、速度、加速度以及所受力的大小及改变趋势均能通过图解一目了然。图解法作为解析法的辅助手段，可用于对计算机结果的判断和选择。解析法取点数值较少，绘制曲线精度不高。不经任何计算，对曲柄连杆机构直接图解其速度和加速度的方法最早由克莱茵提出，但方法十分复杂 6。 3、复数向量法 复数向量法是以各个杆件作为向量，把在复平面上的连接过程用复数形式加以表达，对于包括结构参数和时 间参数的解析式就时间求导后，可以得到机构的运动性能。该方法是机构运动分析的较好方法。 通过对机构运动学、动力学的分析，我们可以清楚了解内燃机工作机构的运动性能、运动规律等，从而可以更好地对机构进行性能分析和产品设计。但是过去由于手段的原因，大部分复杂的机械运动尽管能够给出解析表达式，却难以计算出供工程设计使用的结果，不得不用粗糙近似的图解法求得数据。近年来随着计算机的发展，可以利用复杂的计算表达式来精确求解各种运动过程和动态过程，从而形成了机械性能分析和产品设计的现代理论和方法。 通过对机构运动学和动力学分 析，我们可以清楚了解内燃机工作机构的运动性能、运动规律等，从而可以更好地对机构进行性能分析和产品设计。但是过去由于手段的原因，大部分复杂的机构运动尽管能够给出解析式，却难以计算出供工程使用的计算结果，不得不用粗糙的图解法求得数据。随着计算机的发展，可以利用复杂的计算表达式来精确求解各种运动过程和动态过程，从而形成机械性能分析和产品设计的现代理论和方法。 机械系统动态仿真技术的核心是利用计算机辅助技术进行机械系统的运动学和动购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 3 力学分析，以确定系统各构件在任意时刻的位置、速度和加速度，进而确定系统及其及其各构件运 动所需的作用力 5。目前，在对内燃机曲柄连杆机构进行动力学分析时，大多采用的是专业的虚拟样机商业软件，如 。这些软件的功能重点是在力学分析上，在建模方面还是有很多不足，尤其是对这些复杂的曲柄连杆机构零部件的三维建模很难实现。因而在其仿真分析过程中对于结构复杂的模型就要借助 件来完成，如 、 4。当考虑到对多柔体系统进行动力学分析时，有时还需要结合 专业的有限元分析软件来进行 7。这一过程十分复杂，不仅需要对这些软件有一定了解，还需要处理好软 件接口之间的数据传输问题，而且软件使用成本也很高。 计 研究的 主要 内容 对内燃机运行过程中曲柄连杆机构受力分析 进行 深入研究，其主要的研究内容有 ： （ 1） 对曲柄连杆机构进行运动学和动力学分析， 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 部 件进行强度、刚度等方面的计算和校核 ，以便 达到设计要求； （ 2） 分析曲柄连杆机构中主要零部件如活塞，曲轴，连杆等的工作条件和设计要求，进行合理选材，确定出主要的结构尺寸，并进行相应的尺寸检验校核，以符合零件实际加工的要求 ； （ 3） 应用 软件对曲柄连杆机构的零件分别建立实体模型，并将其分别组装成活塞组件，连杆组件，然后定义相应的连接关系，最后装配成完整的机构，并进行运动仿真分析，检测其运动干涉，获取分析结果 ； （ 4） 应用 软件将零件模型图转化为相应的工程图，并结合使用 统地反应工程图上的各类信息，以便实现对机构的进一步精确设计和检验。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 4 第 2 章 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行强度、刚度、磨损等方面的分析、计算 和设计，以便达到 发动 机输出转矩及转速的要求。 柄连杆机构的类型 及方案选择 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。 1、中心曲柄连杆机构 其 特点是气缸中心线通过曲轴的旋转中心，并垂直于曲柄的回转轴线。这种型式的曲柄连杆机构在内燃机中应用最为广泛。一般的单列式内燃机，采用并列连杆与叉形连杆的 V 形内燃机，以及对置式活塞内燃机的曲柄连杆机构都属于这一类。 2、偏心曲柄连杆机构 其 特点是气缸中心线垂直于曲轴的回转中心线，但 不通过曲轴的回转中心，气缸中心线距离曲轴的回转轴线具有一偏移量 e。这种曲柄连杆机构可以减小膨胀行程中活塞与气缸壁间的最大侧压力，使活塞在膨胀行程与压缩行程时作用在气缸壁两侧的侧压力大小比较均匀。 3、主副连杆式曲柄连杆机构 其 特点 是 内燃机的一列气缸用主连杆，其它各列气缸则用副连杆，这些连杆的下端不是直接接在曲柄销上，而是通过副连杆销装在主连 杆 的大头上，形成了 “ 关节式 ”运动，所以这种机构有时也称为 “ 关节曲柄连杆机构 ” 。在关节曲柄连杆机构中，一个曲柄可以同时 带动 几 套 副连杆和活塞，这种结构可使内燃机长度缩 短，结构紧凑，广泛的应用于大功率的坦克和机车用 V 形内燃机 8。 经过比较，本设计的型式选择为中心曲柄连杆机构。 柄连杆机构运动学 中心曲柄连杆机构简图如图 示，图 气缸中心线通过曲轴中心 O， 连杆， B 为曲柄销中心， A 为连杆小头孔中心或活塞销中心。 当曲柄按等角速度 旋转时，曲柄 任意点都以 O 点为圆心做等速旋转运动，活塞 A 点沿气缸中心线做往复运动，连杆 做复合的平面运动，其大头 B 点与曲柄一端相连，做等速的旋转运动，而连 杆小头与活塞相连，做往复运动。在实际分析购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 5 中，为使问题简单化，一般将连杆简化为分别集中于连杆大头和小头的两个集中质量，认为它们分别做旋转和往复运动，这样就不需要对连杆的运动规律进行单独研究 9。 图 柄连杆机构运动简图 活塞做往复运动时，其速度和加速度是变化的。它的速度和加速度的数值以及变化规律对曲柄连杆机构以及发动机整体工作有很大影响，因此，研究曲柄连杆机构运动规律的主要任务就是研究活塞的运动规律。 塞位移 假设在某一时刻，曲柄转角为 ，并按顺时针方向旋转，连杆轴线在其运动平面内偏离气缸轴线的角度为 ，如图 示 。 当 = 0 时，活塞销中心 A 在最上面的位置 位置称为上止点。当 =180 时，A 点在最下面的位置 位置称为下止点。 此时活塞的位移 x 为 : x= 1 =(r+l ) )c = )c o )c o r（ 式中 ： 连杆比。 式（ 进一步简化，由图 以看出： 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 6 即 s i ns i ns i n 222 s i i o s （ 将式（ 入式（ ： x= )s c o 22 r（ 式 （ 是计算活塞位移 x 的精确公式 ,为便于计算，可将式（ 的根号按牛顿二项式定理展开，得： 6642222 s i i i i 考虑到 13，其二次方以上的数值很小，可以忽略不计。只保留前两项，则 2222 s i i （ 将式（ 入式（ )s o 2 （ 塞的速度 将活塞位移公式（ 时间 t 进行微分，即可求得活塞速度 v 的精确 值为 v )c o i s i n 将式（ 时间 t 微分，便可求得活塞速度得近似公式为 ： 212s i i n)2s i s i n （ 从式（ 以看出，活塞速度可视为由 与 2s (2 两部分简谐运动所组成。 当 0 或 180 时，活塞速度为零，活塞在这两点改变运动方向。当 90 时，此时活塞得速度等于曲柄销中心的圆周速度。 塞的加速度 将式（ 时间 t 微分，可求得活塞加速度的精确值为 ： c o s 2s i o s 2c o s c o s 3232 （ 将式（ 时间 t 为微分，可求得活塞加速度的近似值为 ： 21222 2c o sc o s)2c o s( c o s （ 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 7 因此，活塞加速度也可以视为两个简谐运动加速度之和，即由 与 2 两部分组成。 柄连杆机构中的作用力 作用于曲柄连杆机构的力分为：缸内气压力、运动质量的惯性力、摩擦阻力和作用在发动机曲轴上的负载阻力。由于摩擦力的数值较小且变化规律很难掌握，受力分析时把摩擦阻力忽略不计。而负载 阻力与主动力处于平衡状态，无需另外计算，因此主要研究气压力和运动质量惯性力变化规律对机构构件的作用。 计算过程中所需的相关数据参照 油机，如附表 1 所示。 缸内工质的作用力 作用在活塞上的气体作用力两面的空间内气体压力差与活塞顶面积的乘积，即 )(4 2 （ 式中 ：塞上的气体作用力 ， N ； p 缸内绝对压力 ， p 大气压力 ， D 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 p = ,对于缸内绝对压力 p ，在发动机的四个冲程中，计算结果 如 表 示： 则 由式（ 计算气压力 示。 构的惯性力 惯性力是由于运动不均匀而 产生的，为了确定机构的惯性力，必须先知道其加速度和质量的分布。加速度从运动学中已经知道，现在需要知道质量分布。实际机构质量分布很复杂，必须加以简化。为此进行质量换算。 1、机构运动件的质量换算 质量
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