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摩托车发动机设计及仿真建模CATIA设计[含仿真]【全套1张CAD图纸和毕业论文】【汽车专业】

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摩托车发动机仿真装配源文件CATIA
a-02.CATPart
a-03.CATPart
a-04.CATPart
a-05.CATPart
a-07.CATPart
dengluoshuan-7.8-2.CATPart
fadongji.CATProduct
fadongjigai.CATPart
fadongjike.CATPart
fadongjineike.CATPart
gangang2.CATPart
gangangjia.CATPart
gangangshuang.CATPart
hhs.CATPart
huosai.CATPart
huosai.CATProduct
huosaixiao.CATPart
jinqimen.CATPart
ke1.CATPart
kuaizi1.CATPart
kuaizi2.CATPart
kuaizijia.CATPart
liangang.CATPart
paiqimen.CATPart
Part1.CATPart
Part2.CATPart
Part6.CATPart
qihuang.CATPart
qimenya.CATPart
quzhou.CATProduct
quzhouchi1.CATPart
quzhouchi2.CATPart
qzzc1.CATPart
qzzc2.CATPart
Symmetry of Part2.CATPart
Symmetry of Part6.CATPart
tulungchi.CATPart
tulunggan1.CATPart
tulunggan2.CATPart
tulunggang.CATPart
youhuang.CATPart
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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



Abstract
Come 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 quality 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 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



目  录
摘  要 I
Abstract II
第1章  绪论 1
   1.1  发动机发展概况 1
1.2  本文主要研究内容 1
第2章  发动机的建模 3
2.1  发动机设计流程 3
2.2  发动机典型零部件的设计演示 3
2.2.1 活塞的设计 3
2.2.2 气门弹簧的设计 4
2.2.3 正时齿轮的设计 5
2.2.3 发动机壳体的设计 5
2.3  发动机的装配演示及材质的添加 6
2.4  发动机的仿真运动演示 7
2.5  发动机的装配模拟制作 8
2.6  发动机模型的后期制作 8
第3章  发动机热计算 10
3.1  换气过程计算 10
3.2  化学计算 10
3.3  压缩过程计算 11
3.4  燃烧过程计算 12
3.5  膨胀过程计算 12
3.6  技术指标计算 13
第4章  发动机动力计算 14
4.1  活塞的位移、速度、加速度 14
4.2  曲柄连杆机构的质量换算 15
4.3  曲柄连杆机构运动的惯性力 15
4.4  气体作用力与往复惯性力的合成分析 16
4.5  曲轴、连杆轴颈、主轴颈的受力分析 16
第5章  发动机主要零部件强度校核 18
5.1  曲轴的强度校核 18
5.1.1起动瞬时 19
5.1.2 额定工况下，曲拐受最大切向力时 20
5.1.3 额定工况下，曲拐受最大法向力时 22
5.1.4 额定工况下，曲拐受最小法向力时 24
5.2  连杆强度计算 25
5.2.1 连杆小头 25
5.2.2 连杆杆身 28
5.3  活塞顶强度计算 31
5.3.1顶部周缘的应力 31
5.3.2顶部中心应力 32
5.3.3环槽截面X～X的应力计算 32
5.3.4第一道活塞环带的强度计算 32
5.3.5活塞销孔的最大比压 33
5.3.6 活塞裙部单位侧压力 33
5.4 活塞销强度计算 33
5.4.1活塞销的比压 33
5.4.2 活塞销弯曲应力及剪应力 34
5.4.3 活塞销的最大失圆度 34
5.5 气缸头螺栓强度计算 35
5.5.1 缸头螺栓的受力 35
5.5.2 缸头螺栓的应力及安全系数 36
5.5.3 预紧力矩的验算 37
结  论 38
致  谢 39
参考文献 40


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

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内容简介：
哈工大华德学院毕业设计（论文）评语姓名： 齐旺明 学号： 1089311122 专业： 车辆工程 毕业设计（论文）题目： 摩托车发动机设计及仿真建模 工作起止日期： 2011 年 10 月 11 日起 2011 年 12 月30日止 指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见： 指导教师签字： 指导教师职称： 评阅人评阅意见： 评阅教师签字： 评阅教师职称： 答辩委员会评语： 根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：学生 毕业设计（论文）答辩成绩评定为： 对毕业设计（论文）的特殊评语： 答辩委员会主任（签字） 职称： 答辩委员会副主任（签字）： 职称： 答辩委员会委员（签字）： 年 月 日 毕业设计（论文）任务书学生姓名齐旺明系部汽车工程系专业、班级车辆工程0893111指导教师姓名孙凤霞职称讲师从事专业交通运输是否外聘是否题目名称摩托车发动机设计及仿真建模一、设计（论文）目的、意义 目的：综合运用所学知识分析、解决问题，在做毕业设计过程中，培养自己的动手能力和独立解决问题的能力。意义：摩托车，亦译作“摩头”，英语motor的译音。近10年来，我国摩托车工业发展速度更快。从产品产量上看，年产从1980年的4.9万辆发展到1990年的97万辆，直至今天的一千多万辆，我国一跃成为了世界摩托车生产量最大的国家，摩托车已成为我国国民经济支柱产业汽车工业中的重要组成部分。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，各种不同用途的摩托车，由于使用性能不同，在其结构形式上也各有不同特点，所配备的发动机也不同。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，一般在5000转/分以上。升功率（每升发动机排量所发出的有效功率）大，一般在60千瓦/升左右。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。摩托车发动机的强化程度高，外形尺寸小，结构紧凑。研究发展方向：综上，我以太子125的发动机为模型设计一款单缸四冲程摩托车的发动机，采用依靠行驶中空气吹过气缸盖、气缸套上散热片带走热量的自然风冷冷却方式，配气机构采用摇臂+顶杆的凸轮轴下置式的摩托车发动机。并用CATIA软件建模并做装配和运动仿真视频。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）1、选择发动机型号，制定总体设计方案，对主要零部件用CATIA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、曲柄；配气机构的主要组成部分：凸轮轴、气门、气门弹、正时齿轮、气门顶杆、摇臂、摇臂轴等等,气门顶置式。以及发动机总体壳体。2、整体设计完成后用CATIA做运动仿真以及装配过程的视频展示。3、完成装配图纸1张，撰写说明书不低于一万字；4、有一定的英文翻译资料；5、参考文献不低于10篇，其中外文文献1篇；三、设计（论文）完成后应提交的成果（一）计算说明部分 对发动机进行热力学计算、动力分析、以及主要零部件的强度校核。 （二）图纸部分 装配图A0图纸1张（3） 建模部分 发动机建模源文件 发动机的运动仿真以及装配过程视频动画 四、设计（论文）进度安排1、2011年10月9、10日指导教师与学生见面，确定好毕业设计（题目）。2、2011年10月11日下达任务书。3、2011年10月21日系主任及指导教师进行学生开题答辩。完成开题报告。4、2011年11月18日指导教师组织毕业设计中期自检工作。5、2011年11月25日系主任及指导教师对全系毕业设计进行中期检查。6、2011年12月9日系主任及指导教师进行结题检查，结题时要求正式图纸完成并签字，论文草稿完成。7、2011年12月19日上午11点前，学生上交毕业设计论文全部材料。9、2011年12月29、30日 所有指导教师参加毕业设计答辩，评定毕业设计成绩，签字。五、主要参考资料1 杨连生.内燃机设计.北京:中国农业机械出版社,19812 江苏工学院编.内燃机构造.北京: 中国农业机械出版社, 19813 蒋德明.内燃机原理.北京: 中国农业出版社, 19814 叶盛炎.摩托车发动机设计.北京: 人民邮电出版社, 19965 杨光兴主编.摩托车发动机原理.北京: 人民邮电出版社, 19966 吴建华.汽车发动机原理论.机械工业出版社，20107 于丽颖.汽车机械基础.化学工业出版社，20098 郑启福，内燃机动力学.北京：国防工业出版社，1988.9 张则槽，胡德浦.摩托车构造(第三版) .人民交通出版社,2003.8.10 史绍熙.柴油机设计手册.中国农业机械出版社，198411 杨光兴.摩托车发动机原理与设计.武汉测绘科技大学出版社，199312 中国汽车工业联合会编.摩托车质量检查评定办法.198913 徐灏编.机械设计手册.第一卷.机械工业出版社，199114 西安交大内燃机教研室编.内燃机原理.中国农业机械出版社，198115 Diesel Engine Reference Book.Edited by Bernard Challen Rodica Baranescu，1984六、备注指导教师签字：年 月 日教研室主任签字： 年 月 日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 quality 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 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16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325.3.5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335.4.1活塞销的比压335.4.2 活塞销弯曲应力及剪应力345.4.3 活塞销的最大失圆度345.5 气缸头螺栓强度计算355.5.1 缸头螺栓的受力355.5.2 缸头螺栓的应力及安全系数365.5.3 预紧力矩的验算37结 论38致 谢39参考文献4039 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），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，主要用到约束是相合约束、接触约束、偏移约束以及角度约束等，有需要的螺钉、螺母等标准件可以直接调用库文件（如图2-17），方便使用。每进行约束之后通过更新按钮，随时更新零部件的相对位置。装配完成之后，可以通过应用材质按钮对零部件进行添加材质（如图2-18），最后也可以通过渲染按钮进行简单渲染。图2-18 添加材质图2-17 标准件库的使用 2.4 发动机的仿真运动演示分析发动机的工作过程后，进入数位模型机构运动分析（DMU）模块中，建立新机构后，通过运动接头来约束每处有相对运动的地方的接头，按照动力传动路线依次进行机构接头的建立。用到的接头有：齿轮接头、圆柱接头、点线接头、旋转接头、平面接头、球接头等，对于有一起运动相对静止的可用刚性接头（如图2-18）。最后，一定要有固定元件（壳体），驱动元件（活塞的运动）以及参数编辑驱动元件的运功公式（如图2-19），最终用laws来进行模拟仿真运动（如图2-20）。图2-19 编辑运动公式图2-18 定义运动接头 图2-19 laws模拟运动2.5 发动机的装配模拟制作分析发动机零部件的装配顺序后，进入数位模型装配模拟模块中，点击跟踪按钮，点击所要移动的零件，移动到合适的位置后记录，在对话框中输入所需要的速度后确定（如图2-20）。把每个零部件的轨迹指定后，点击编辑序列按钮，编辑轨迹的运动顺序（如图2-21）。最后完成后可用模拟播放器播放顺序，来观察每个零部件的装配运动过程，以达到装配的目的。 图2-21 编辑轨迹顺序图2-20 定义运动轨迹 2.6 发动机模型的后期制作 用CATIA工具栏中的图像下拉菜单中的视频录录制器可以对发动机的运动仿真和装配过程进行录制（如图2-22）。录制完成后，可用视频制作软件对视频进行拼接和删减，以及一些文字的添加，最终达到视频的完美制作。建模完成之后，用keyshot软件做整体效果图的渲染，以达到更加逼真的效果美图（如图2-23）。图2-22 视频录制图2-23 整体渲染效果图第3章 发动机热计算 本章首先对发动机换气过程的进气终点的压力和温度以及充气效率进行计算，再对发动机内部燃料的化学计算、以至对其压缩过程、燃烧过程、膨胀过程的压力、温度等进行计算。最后确定发动机的性能指标。1 已知条件如下： 气缸直径：D=56.5mm 活塞行程：s=47mm 气缸数：i=1 排量： 压缩比: 曲轴半径与连杆长度比：R/L=23.5/106 最大转速:n=8500r/min 最大功率: 最大扭矩: 最大转矩对应转速: 标准大气压： 燃料平均重量成分:C=0.855 H=0.145 燃料低热值:2 额定工况计算用系数及参数的选择 过量空气系数: a=0.73 进气温升: T=4 残余废气系数: r= 0.04 残余废气温度: Tr= 930K 压缩多变指数： =1.32 膨胀多变指数: =1.23 示功图丰满系数： =0.94 热量利用系: z=0.90 传动效率: =0.92 机械效率： =0.803.1 换气过程计算1 进气终点压力 2 进气终点温度 3 充气效率 3.2 化学计算1 燃烧lKg燃料所需的理论空气量 式中28.96为空气的平均分子量2 燃烧前工质的摩尔数 3 燃烧后工质的摩尔数4 理论分子变更系数 5 实际分子变更系数 6 汽油机每小时吸气量 在标准大气状态下空气的比重为： 故吸气量为：7 过量空气系数 设比油耗 则汽油机的耗油量为 故过量空气系数 3.3 压缩过程计算1 压缩过程中任意点x的压力为: 2 压缩终点压力 3 压缩终点温度： 3.4 燃烧过程计算1 因不完全燃烧而损失的热量为： Hu= 58000(1- a)=580000.10=5800KJ/Kg燃料2 汽油机的燃烧方程为： 式中 tc=385.9 故 根据燃烧产物平均定压摩尔比热表，可得 =23240 Tz=2097K3 压力升高比 4 最高爆发压力 3.5 膨胀过程计算1 膨胀过程中任意点x的压力为： 式中 X点的气缸容积2 膨胀终点压力3 膨胀终点温度3.6 技术指标计算1 理论平均指示压力 2 实际平均指示压力3 指示功率4 指示热效率（式中 Ps= 98KPa，Ts=283K为进气管内充量压力及温度）5 指示比油耗6 平均有效压力7 有效热效率8 有效功率9 有效比油耗 可见，计算有效比油耗与计算过量空气系数时假设的比油耗值较为接近。第4章 发动机动力计算 本章依据上一章节中的热计算的主要数据，首先对活塞的运动情况进行分析，对曲柄连杆机构的质量进行换算及其在运动过程中的惯性力进行分析，气体作用力与往复惯性力的合成分析，最后确定曲轴转矩、连杆轴颈和主轴颈的受力情况，以便下一章节发动机主要零部件的强度校核。已知参数如下： 气缸直：D=54.7mm 活塞行程：S= 47mm 气缸数: i=1 压缩比:= 9 曲柄半径与连杆长度比 :R/L=23.5/106 最大功率：= 19Kw 最大转速：n= 8500rmin4.1 活塞的位移、速度、加速度1 活塞的位移： 如图4-1，设活塞处于上止点时，活塞销中心处于x坐标原点，则 式中 简化后可得： 式中 2 活塞运动的速度 式中 图4-1活塞位移简图 活塞的平均速度 活塞的最大速度3 活塞的加速度 式中 当a=0时，最大加速度为：4.2 曲柄连杆机构的质量换算 用双质量替代系统对连杆组的质量进行换算，即用两个假想的集中于连杆大小头中心的质量代替连杆组实际的分布质量，根据实测，可得出如下结果：1 连杆总质量： Gc=215g其中分配在小头上作往复运动的质量：Gcp=40g其中分配在大头上作旋转运动的质量：Gcc= 175g2 连杆大头轴瓦质量： Gn=20g作往复运动的活塞组总质： Gp= 170g曲轴旋转质量换算： Mrb=-566.5g往复运动质量： 做旋转运动的总质量： 连杆组大共的质量：4.3 曲柄连杆机构运动的惯性力1 往复惯性力 活塞面积 故 2 离心惯性力： 连杆组大头质量产生的离心惯性力Pra： 曲拐不平衡质量产生的离心惯性力：离心惯性力之和Pr：4.4 气体作用力与往复惯性力的合成分析1 沿气缸中心线作用的合力P：如图32，沿气缸中心线方向作用在活塞上的合力为：式中 Pg气缸内气体的作用力 Pj活塞运动时的往复惯性力 P0曲轴箱内气体作用在活塞下方的力： 2 P的传递与分解图4-2往复惯性力分析在力的传递过程中，P可分解成沿连杆中心线的作用力Pcr和垂直于气缸中心线的侧压力Pn，即从几何关系可得 3 的传递与分解 Pcr作用在曲轴销上，可进一步分解为曲柄切向力Pt和曲柄法向力Pra 其中： 4.5 曲轴、连杆轴颈、主轴颈的受力分析1 曲轴扭矩计算 曲轴在切向力Pt的作用下旋转，故主轴颈承受的扭矩为： 2 连杆轴颈受力分析 作用于连杆轴颈的合力为： 的大小为：3 主轴颈的负荷 轴颈受力情况如图33： (1)切向力(2)法向力图4-3轴颈受力分析(3)离心惯性力故轴颈受力为 以上计算中，符号规定如下： Pg，Pj朝向曲轴旋转中心为正 Pcr压缩连杆为正 对曲轴旋转中心产生的力矩方向与曲轴旋转方向相反时为正 Pt顺着曲轴转向为正 Pra指向曲轴旋转中心时为正 Mt与曲釉旋转方向相同时为正第5章 发动机主要零部件强度校核 本章依据前两章内容，曲轴是发动机承受力最复发的零部件，首先对曲轴在不同工况下的的进行强度校核、再对连杆、活塞、活塞销、气缸头螺栓等进行详细的强度校核。5.1 曲轴的强度校核1曲轴的静力强度计算： 计算假定： （1）曲轴轴瓦的支反力按不连续粱考虑，即按二点支承力计算； （2) 气缸最大爆发压力发生在上死点10CA; （3）由连杆传来的合力作用在曲柄销中点； （4）轴瓦的反作用力集中在轴颈中点； （5）最大弯曲力矩和最大扭转力矩同时发生。 计算工况确定： （1）起动瞬时； （2）额定工况下，曲拐受最大切向力时； （3）额定工况下，曲拐受最大法向力时； （4）额定工况下，曲拐受最小法向力时；曲轴已知数据如图5-1所示，对曲轴各部分进行受力分析如图5-2所示图5-1曲轴简图图5-2中，Kb为各曲柄不平衡重的离心力，其值为： Cm为曲柄销离心力合力： 以下对各计算工况进行计算：图5-2曲轴受力分析5.1.1起动瞬时 曲拐在上止点时，T=O，Kb=0，Cm=0。 曲拐承受的压力为标定工况下的燃气最大爆发压力： 1曲柄销 在曲柄销中点截面ii上所受的弯曲应力： 2曲臂 最大弯曲力矩产生于曲柄臂的中央部位，即下图的截面所示于是可计算各曲臂的弯应力及压缩应力。 由于40Cr的故安全。3主轴颈主轴颈的危险断面在轴颈与曲柄臂的交界处，各断面的弯曲应力为 由于40Cr的故各曲轴安全。5.1.2 额定工况下，曲拐受最大切向力时 由动力计算可知，曲拐受到的最大切向力为：当a=380时，Pt=2740KPa.即 曲柄销圆角处的支反力为：1 曲柄销 引起的弯曲应力： 引起的弯曲应力 引起的扭转应力 合成应力 由于40Cr的=80lOOMPa，故安全。2曲柄臂 由及，引起的拉伸应力： 由引起的弯曲应力： 由和扭矩引起的弯曲应力 由在-两点产生的扭转应力 由正在-两点产生的扭转应力由于40Cr的=80lOOMPa，故安全。3 主轴颈 主轴颈的危险断面在轴颈与曲臂的交界处。 由引起的弯曲应力由引起的弯曲应力 由引起的扭转应力 由于40Cr的，故安全。5.1.3 额定工况下，曲拐受最大法向力时由动力计算可知，曲拐受到的最大法向力为当时，即 曲柄销圆角度处的支反力为： 1 曲柄销 由引起的弯曲应力： 由引起的弯曲应力： 由引起的扭转应力： 合成应力：由于的，故安全。2 曲柄臂 由及引起的拉伸应力： 由引起的弯曲应力： 由和扭矩引起的弯曲应力 由在-两点产生的扭转应力 由在-两点产生的扭转应力由于的，故安全。3 主轴颈 主轴颈的危险断面在轴颈与曲臂的交界处。 由引起的弯曲应力 由引起的弯曲应力 由引起的扭转应力合应力为5.1.4 额定工况下，曲拐受最小法向力时 由动力计算可知，曲拐受到的最小法向力为当时，Pra=2670.2KPa，即 1曲柄销 由于的，故安全。2曲柄臂 由及引起的拉伸应力： 由引起的弯曲应力： 由于的，故安全。5.2 连杆强度计算5.2.1 连杆小头1.由惯性力拉伸引起的小头应力 连杆小头简化后如图4-3所示其中 , ， 图5-3连杆小头简图小头壁厚小头宽度活塞组的最大惯性力2 小头中心截面上的弯矩 小头中心截面上的法向力小头固定截面上的弯矩小头固定截面上的法向力小头受拉时固定截面处外表面拉压力 由最大压缩力引起的应力小头承受的最大压缩力根据，可知： 小头受压时中央截面上的弯矩和法向力 小头固定截面处的值 小头受压时固定截面处的弯矩和法向力 小头受压时固定截面处外表面应力3 小头的安全系数材料的机械性能 的抗拉强度 故 角系数在固定角截面的外表面处 应力幅 平均应力 小头安全系数小头截面惯性矩 4 小头刚度校核（以直径变形量来考核） 小头孔与活塞销的冷间隙5.2.2 连杆杆身 杆身可简化为图5-41 杆身计算力 -截面以上部分的连杆重为G=50g 最大拉伸力 图5-4连杆杆身简图最大压缩力2 杆身中间截面-处的应力和安全系数 -截面面积 由P引起的拉伸应力 杆身中间截面的惯性矩 由压缩和纵向弯曲引起的合成应力 杆身中间截面在摆动平面内的应力幅和平均应力在与摆动平面垂直的平面内的应力幅和平均应力 杆身中间截面在摆动平面内的安全系数 杆身中间截面在与摆动平面垂直的平面内的安全系数3 杆身最小截面-处的应力和安全系数 iiii截面以上部分连杆取重为G=20g 最大拉伸力： 最大压缩力： 最小截面iiii的面积经计算可知： 由拉伸力引起的拉伸应力 由压缩力引起的压缩应力 应力幅 平均应力 最小截面处的安全系数 5.3 活塞顶强度计算活塞顶形状如图所示，假设活塞顶为沿周缘固定的并承受均匀压力（最大燃气压力）的圆形平板。5.3.1顶部周缘的应力周缘径向最大应力： 图5-5活塞顶形状周缘切向最大应力由于经向强度差所引起的活塞顶部周缘应力 故 周缘机械应力和热应力的合力 5.3.2顶部中心应力 正向和切向的正应力 顶部中心的热应力 顶部中心的合应力 5.3.3环槽截面XX的应力计算 XX截面面积计算 最大危险应力 5.3.4第一道活塞环带的强度计算 环带根部处的弯曲应力 环带根部的剪应力 环带根部处的合应力 5.3.5活塞销孔的最大比压 不包括活塞销的活塞组的最大往复惯性力 最大燃气压力 最大比压 5.3.6 活塞裙部单位侧压力 动力计算的最大侧压力 据动力计算知 活塞裙部计算长度 单位侧压力 5.4 活塞销强度计算5.4.1活塞销的比压 活塞组最大往复惯性力 最大燃气压力 连杆小头宽度 A = 19mm 活塞销外径 d=15mm 比压5.4.2 活塞销弯曲应力及剪应力 活塞销最大计算载荷活塞销长度 活塞销座开档 连杆小头厚 活塞销外径活塞销内径 活塞销内外径比弯曲应力： 剪切应力:5.4.3 活塞销的最大失圆度 连杆小头与活塞销的设计间隙为0.0160.04mm 由于失圆而引起的弯曲应力 最大弯曲应力产生于如图4-6所示的中央断面上。图5-6断面弯曲应力现计算该断面上1、2，3、4 5.5 气缸头螺栓强度计算5.5.1 缸头螺栓的受力 缸头螺栓受到三个力的作用：预紧力，燃气作用力，以及由于被联接零件和螺栓的热膨胀系数不同而产生的附加力，故螺栓的计算载荷为 1 预紧力 式中 m预紧系数，一般为数1.261.5现取1.5; Pz燃气最大爆发压力为6.955MPa; i螺拴数为4; F缸头受燃气压力的面积， 故有 2 燃气作用力 是一个交变的动力载荷，其中x为螺拴及联结的基本载荷系数，由于x值很小.可忽略不计。3 附加力 发动机的缸体和缸头均为HT200，其热膨胀系数为，螺栓材料为40Cr，其热膨胀系数为，当强度达到100时，二者相差的线膨胀率为0.0012，产生的附加力远小于预紧力，故可忽略4 计算载荷 5.5.2 缸头螺栓的应力及安全系数1 缸头螺栓的最小直径为其中段部分2 螺栓材料为40Cr，其屈服强度为，按第二区域应力循环，安全系数为 此安全系数超过一般要求n=1.32.0，故安全。5.5.3 预紧力矩的验算1 被螺栓及吸收力矩的计算 式中 Q每个螺栓上的工作载荷，据前面计算，知为； Qr剩余锁紧力，约为1.8Q=5630N: a螺纹导角， a=2.85； 摩擦角，对钢与钢无润滑情况下，； 螺纹中径，6mm; 2 被螺栓头部吸收力矩的计算 采用凸肩与垫片间的摩擦计算，吸收力矩为 式中 螺母肩与垫片之间的摩擦系数，； D螺母头部凸肩直径D=13mm： D垫片内孔孔径，（无垫片）d=6mm； 从而 3 预紧力矩的计算： 综上，各部件均符合安全条件，均可以使用。结 论 发动机是摩托车的心脏，而发动机中的动力传动机构和配气机构是发动机设计的关键。但对于我们还没踏出大学校门的学生来说，其中的设计理念和思想还是值得我们去学习、探索的。本毕业设计我出色的完成了摩托车发动机主要零部件的建模，以及运动仿真和装配动画，并且对发动机的热力学、动力学方面进行了计算，最后对主要零部件进行了强度校核。主要是利用CATIA软件做辅助设计，CATIA目前在国内外知名的汽车、摩托车行业中都应用广泛。在建模过程中借助了太子125摩托车发动机的主要零件为参照。对于发动机的模拟仿真运动花费了很大的精力，仿真运动的动画让我们能更直观的观察发动机在工作过程中的曲柄连杆机构、配气机构的运动，装配动画让我们更清晰地认识了发动机的主要零部件及其安装位置。通过此次毕业设计我掌握了软件的操作应用，以及学习了一些设计的思想。更主要是理论和实践的紧密结合，让我不仅掌握了书本上的知识，也锻炼了一些实际动手操作的能力。我想我对发动机的设计还处于初期摸索阶段，对发动机性能的认识还不是很深入，这段时间我主要以建模为主，不断地计算分析结果和实际中的想法，这个阶段主要是总结实践经验，找出实际与理论设计存在的差别，最终目的是找到理论与实践的结合点，最终达到理论设计指导实践。我想在以后的工作中，我最终会达到把理论计算运用到实际的设计中去，做一名合格的设计人员。致 谢 时光荏苒，大学四年很快就要结束了。毕业设计作为大学生活的最后一个环节，经过近三个月的紧张准备，也将接近尾声。在这次毕业设计中，它不但检验了在大学期间的所学所得，也让我我巩固了以前所学的知识，并从中学到了很多新的东西。在这里，我向那些在这四年里给予过我巨大帮助的老师和同学们表示衷心的感谢，正是他们的帮忙才让我得以圆满完成四年的学业和最后的毕业设计。在这次设计的过程中，指导老师孙凤霞一直都关注着我的每一点进展，并给了我很多很好的意见和建议，尤其在做发动机的仿真运动时为我提供了更大的帮助，平时她也对我严格要求,让我一丝不苟。我之所以能很顺利地完成毕业设计任务，这与孙老师的指导是分不开的，在此，我对她表示感谢！参考文献1 杨连生.内燃机设计.北京:中国农业机械出版社,19812 江苏工学院编.内燃机构造.北京: 中国农业机械出版社, 19813 蒋德明.内燃机原理.北京: 中国农业出版社, 19814 叶盛炎.摩托车发动机设计.北京: 人民邮电出版社, 19965 杨光兴主编.摩托车发动机原理.北京: 人民邮电出版社, 19966 吴建华.汽车发动机原理论.机械工业出版社，20107 于丽颖.汽车机械基础.化学工业出版社，20098 郑启福，内燃机动力学.北京：国防工业出版社，1988.9 张则槽，胡德浦.摩托车构造(第三版) .人民交通出版社,2003.8.10 史绍熙.柴油机设计手册.中国农业机械出版社，198411 杨光兴.摩托车发动机原理与设计.武汉测绘科技大学出版社，199312 中国汽车工业联合会编.摩托车质量检查评定办法.198913 徐灏编.机械设计手册.第一卷.机械工业出版社，199114 西安交大内燃机教研室编.内燃机原理.中国农业机械出版社，198115 Diesel Engine Reference Book.Edited by Bernard Challen Rodica Baranescu，1984哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计I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、强度校核哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计IIAbstractCome nearly 10 years, development of industry of our countryautocycle faster, to become the world s largest national motorcycleproduction. Engine is the heart of motorcycle, engine quality directlydrives a motorcycle market development. The motorcycle engine is twostroke or four stroke gasoline engine, adopting air cooling, natural aircooling and forced air cooling two. Engine high speed, high power perliter. Cylinder arrangement has two kinds of horizontal and vertical,with gas transmission mechanism by the cam location can be dividedinto upper and lower set two.Therefore, I to Prince 125 motorcycle engine as a model to designa single cylinder four stroke motorcycle engine, adopting natural aircooling method, air distribution mechanism of the arm rod of camshafttypemotorcycleengine,andusedtheCATIAsoftwaremodelingassembly and movement simulation.Keywords:theestablishmentofenginemodel;heatcalculation;dynamic analysis ; strength checking哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计III目录摘要.IAbstract.II第 1 章绪论.11.1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.16哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计IV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.325.3.5 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.335.4.1 活塞销的比压.335.4.2 活塞销弯曲应力及剪应力.345.4.3 活塞销的最大失圆度.345.5 气缸头螺栓强度计算.355.5.1 缸头螺栓的受力.355.5.2 缸头螺栓的应力及安全系数.365.5.3 预紧力矩的验算.37结论. 38致谢. 39参考文献.40哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计1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、活塞哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计2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。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计3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：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） ，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） 。活塞组设计连杆组设计曲轴设计曲柄连杆组设计装配气门组设计气门摇臂组正时从动部件装配配气机构设计DMU 运动仿真装配发动机整体壳体装配动画的制作图 2-1 设计流程图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计42.2.2 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 2-2 旋转图 2-3 分割图 2-4 镜像图 2-5 油孔图 2-6 螺旋线图 2-7 肋生成实体哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计52.2.3 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） 。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 2-8 定义参数图 2-9 添加公式图 2-10 生成一个齿图 2-11 阵列哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计62.3 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 2-12 壳体曲面的创建图 2-13 加厚图 2-14 活塞组的装配图 2-15 曲轴的装配图 2-16 整体的装配哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计7装配时，主要用到约束是相合约束、接触约束、偏移约束以及角度约束等，有需要的螺钉、螺母等标准件可以直接调用库文件（如图 2-17） ，方便使用。每进行约束之后通过更新按钮，随时更新零部件的相对位置。装配完成之后，可以通过应用材质按钮对零部件进行添加材质（如图 2-18） ，最后也可以通过渲染按钮进行简单渲染。2.4 发动机的仿真运动演示分析发动机的工作过程后，进入数位模型机构运动分析（DMU）模块中，建立新机构后，通过运动接头来约束每处有相对运动的地方的接头，按照动力传动路线依次进行机构接头的建立。用到的接头有：齿轮接头、圆柱接头、点线接头、旋转接头、平面接头、球接头等，对于有一起运动相对静止的可用刚性接头（如图 2-18） 。 最后，一定要有固定元件（壳体） ，驱动元件（活塞的运动）以及参数编辑驱动元件的运功公式（如图 2-19） ，最终用 laws 来进行模拟仿真运动（如图 2-20） 。图 2-17 标准件库的使用图 2-18 添加材质图 2-18 定义运动接头图 2-19 编辑运动公式哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计82.5 发动机的装配模拟制作分析发动机零部件的装配顺序后，进入数位模型装配模拟模块中，点击跟踪按钮，点击所要移动的零件，移动到合适的位置后记录，在对话框中输入所需要的速度后确定（如图 2-20） 。把每个零部件的轨迹指定后，点击编辑序列按钮，编辑轨迹的运动顺序（如图2-21） 。最后完成后可用模拟播放器播放顺序，来观察每个零部件的装配运动过程，以达到装配的目的。2.6 发动机模型的后期制作用 CATIA 工具栏中的图像下拉菜单中的视频录录制器可以对发动机的运动仿真和装配过程进行录制（如图 2-22） 。录制完成后， 可用视频制作软件对视频进行拼接和删减，以及一些文字的添加，最终达到视频的完美制作。建模完成之后，用 keyshot 软件做整体效图 2-19 laws 模拟运动图 2-20 定义运动轨迹图 2-21 编辑轨迹顺序哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计9果图的渲染，以达到更加逼真的效果美图（如图 2-23） 。图 2-23 整体渲染效果图图 2-22 视频录制哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计10m第 3 章发动机热计算本章首先对发动机换气过程的进气终点的压力和温度以及充气效率进行计算，再对发动机内部燃料的化学计算、以至对其压缩过程、燃烧过程、膨胀过程的压力、温度等进行计算。最后确定发动机的性能指标。1 已知条件如下：气缸直径：D=56.5mm活塞行程：s=47mm气缸数：i=1排量：压缩比:1:9=曲轴半径与连杆长度比：R/L=23.5/106最大转速:n=8500r/min最大功率:kwNe0 . 9=最大扭矩:mNM=8 . 8max最大转矩对应转速:min/7500maxrn=标准大气压：KpaP1000=KT2980=燃料平均重量成分:C=0.855H=0.145115=m燃料低热值:)(/44100燃料KgKJHh=2额定工况计算用系数及参数的选择过量空气系数: a=0.73进气温升: T=4残余废气系数: r= 0.04残余废气温度: Tr= 930K压缩多变指数：=1.32膨胀多变指数:=1.23示功图丰满系数：=0.94热量利用系: z=0.90传动效率:=0.92机械效率：=0.803.1 换气过程计算1 进气终点压力KPaPPa8585. 00=2 进气终点温度K2 .32604. 0193004. 042981=+=+=rrTTTTroa3 充气效率840. 004. 0113264298100851-99r11TTPP1aooa=+=+=3.2 化学计算1 燃烧 lKg 燃料所需的理论空气量()()燃料空气kg/512. 04145. 012855. 021. 013241221. 01kmolOHCLo=+=+=2nf1nfmlVh124=哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计11)(/ )(828.1496.2800燃料空气kgkgLL=式中 28.96 为空气的平均分子量2 燃烧前工质的摩尔数)(/Kmol3825. 01151512. 073. 011燃料kgmaLMo=+=+=3 燃烧后工质的摩尔数)(/439. 0512. 073. 079. 02145. 01285. 079. 02122燃料kgkmolaLHCMo=+=+=4 理论分子变更系数1478. 13825. 0493. 012=MMo5 实际分子变更系数42. 104. 0104. 01478. 11=+=+=rro6 汽油机每小时吸气量在标准大气状态下空气的比重为：35/kg169. 18 .291 .28710000mRTP=故吸气量为：hKgnrVGnVh/05.3110850030169. 1124. 084. 03030=7 过量空气系数设比油耗hkggge=/325则汽油机的耗油量为hkggNGeer/86. 2325. 08 . 8=故过量空气系数接近）（与所选a73. 0828.1485. 205.31oLa=GrGh3.3 压缩过程计算1 压缩过程中任意点 x 的压力为:)xV(VV85)(cx32.1点的气缸容积为式中）（cxaxcaexVVPaP=2 压缩终点压力KPa154598532.1=nPaPc哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计123 压缩终点温度：K9 .65892 .32632.01=nTaTc9 .385273=Tctc3.4 燃烧过程计算1 因不完全燃烧而损失的热量为：Hu= 58000(1- a)=580000.10=5800KJ/Kg 燃料2 汽油机的燃烧方程为：zvcvuutCutCuMrHHz=+1)1 ()(式中 tc=385.9=KmolKmolKcalCv/KJ2 .24/754. 5故molKJtCzv/6019242. 19 .3852 .2442. 13825. 004. 1)1044044100(9 . 0=+=根据燃烧产物平均定压摩尔比热表，可得=kmolkJCv/30014zt=23240Tz=2097K3 压力升高比52. 49 .658209742. 1=czTTu4 最高爆发压力KPa2 .6982154552. 4=czPP3.5 膨胀过程计算1 膨胀过程中任意点 x 的压力为：32. 12 .6982)(2）（VbxVzVVPPnbxzzbx=式中cxVX 点的气缸容积2 膨胀终点压力KPaPPnzb46892 .698223.12=3膨胀终点温度KTTnzb1 .12659209723.012=哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计133.6 技术指标计算1 理论平均指示压力KnnPcPnni9 .1200)911 (32. 01)911 (23. 052. 481545)11 (11)11 (1132.023.0111212=2 实际平均指示压力Kpa8 .112894. 09 .1200=iiiPP3 指示功率kwnViPNnii9 . 912005 . 8124. 08 .11281200=4 指示热效率997.279885. 0441002838 .11283825. 0314. 8314. 81=svusitPHTPM（式中 Ps= 98KPa，Ts=283K 为进气管内充量压力及温度）5 指示比油耗hkwHgiui=/g6 .29127997. 044100106 . 3106 . 3666 平均有效压力KPa9038 . 08 .1128=miepp7 有效热效率39.228 . 027997. 0=mie8 有效功率Kw92. 78 . 09 . 9=mieNN9 有效比油耗hkwgggmie=/5 .3648 . 06 .291可见，计算有效比油耗与计算过量空气系数时假设的比油耗值较为接近。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计14第 4 章发动机动力计算本章依据上一章节中的热计算的主要数据，首先对活塞的运动情况进行分析，对曲柄连杆机构的质量进行换算及其在运动过程中的惯性力进行分析，气体作用力与往复惯性力的合成分析，最后确定曲轴转矩、连杆轴颈和主轴颈的受力情况，以便下一章节发动机主要零部件的强度校核。已知参数如下：气缸直：D=54.7mm活塞行程：S= 47mm气缸数: i=1压缩比:= 9曲柄半径与连杆长度比 :R/L=23.5/106最大功率：Ne= 19Kw最大转速：n= 8500rmin4.1 活塞的位移、速度、加速度1 活塞的位移：如图 4-1，设活塞处于上止点时，活塞销中心处于 x 坐标原点，则)cosacos()(LRRLX+=式中)sinarcsin(LR=简化后可得：+=)2cos1 (4)cos1 (RX式中2217. 01065 .23=LR2 活塞运动的速度式中活塞的平均速度snsCm/m025.14308500105 .49303-=活塞的最大速度sRwV/m41.212217. 011067.8895 .23123-2max=+=+=图 4-1 活塞位移简图1 -s67.88930850030n=w)2sin2(sin+=RwXV哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计153 活塞的加速度)2cos(cos2+= =RwXva式中222/m5 .1860067.8895 .23sRw=当 a=0时，最大加速度为：22max/m3 .227242217. 015 .18600)1 (sRwa=+=+=）（4.2 曲柄连杆机构的质量换算用双质量替代系统对连杆组的质量进行换算，即用两个假想的集中于连杆大小头中心的质量代替连杆组实际的分布质量，根据实测，可得出如下结果：1 连杆总质量：Gc=215g其中分配在小头上作往复运动的质量：Gcp=40g其中分配在大头上作旋转运动的质量：Gcc= 175g2 连杆大头轴瓦质量：Gn=20g作往复运动的活塞组总质：Gp= 170g曲轴旋转质量换算：Mrb=-566.5g往复运动质量：gGGmpcpj21040170=+=+=做旋转运动的总质量：gmr5 .176-mm2rBrA=+=连杆组大共的质量：gCGmnccrA19517520=+=+=4.3 曲柄连杆机构运动的惯性力1 往复惯性力jp活塞面积23-6-22m1035. 2107 .5444=DFp故aKPa77.83-1035. 22103-=aFamppjj2 离心惯性力：连杆组大头质量产生的离心惯性力 Pra：KPaFRwmppaAra59.28931035. 21067.8895 .23195. 023622=曲拐不平衡质量产生的离心惯性力：KPaFRwmpprBrB1 .420310507. 21067.8895 .23105 .56636232=哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计16离心惯性力之和 Pr：KPappprBrar52.13091 .420358.2893=+=4.4 气体作用力与往复惯性力的合成分析1 沿气缸中心线作用的合力 P：如图 32， 沿气缸中心线方向作用在活塞上的合力为：0ppppjg+=式中 Pg气缸内气体的作用力Pj活塞运动时的往复惯性力P0曲轴箱内气体作用在活塞下方的力：KPapo1000=2 P 的传递与分解在力的传递过程中，P 可分解成沿连杆中心线的作用力 Pcr 和垂直于气缸中心线的侧压力 Pn，即ncrppp+=从几何关系可得tanppn=cosppcr=3crp的传递与分解Pcr 作用在曲轴销上，可进一步分解为曲柄切向力 Pt 和曲柄法向力 Pra其中：cos/ )sin()sin(+=+=Pppcrtcos/ )cos()cos(+=+=pppcrra4.5 曲轴、连杆轴颈、主轴颈的受力分析1 曲轴扭矩计算曲轴在切向力 Pt 的作用下旋转，故主轴颈承受的扭矩为：)(05891. 01010507. 233mNPPRFPMttptt=2 连杆轴颈受力分析作用于连杆轴颈的合力为：rAratrAcrcPPPPPR+=+=cR的大小为：KPaPPPRrAratc22)(+=)sin(sin1=图 4-2 往复惯性力分析哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计173 主轴颈的负荷轴颈受力情况如图 33：(1)切向力tPT211=(2)法向力raPZ211=(3)离心惯性力0211=rPQ故轴颈受力为111QZTRs+=21121)(QZTRs+=以上计算中，符号规定如下：Pg，Pj朝向曲轴旋转中心为正Pcr压缩连杆为正NP对曲轴旋转中心产生的力矩方向与曲轴旋转方向相反时为正Pt顺着曲轴转向为正Pra指向曲轴旋转中心时为正Mt与曲釉旋转方向相同时为正图 4-3 轴颈受力分析哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计18第 5 章发动机主要零部件强度校核本章依据前两章内容，曲轴是发动机承受力最复发的零部件，首先对曲轴在不同工况下的的进行强度校核、再对连杆、活塞、活塞销、气缸头螺栓等进行详细的强度校核。5.1 曲轴的强度校核1 曲轴的静力强度计算：计算假定：（1） 曲轴轴瓦的支反力按不连续粱考虑， 即按二点支承力计算；（2) 气缸最大爆发压力发生在上死点 10CA;（3）由连杆传来的合力作用在曲柄销中点；（4）轴瓦的反作用力集中在轴颈中点；（5）最大弯曲力矩和最大扭转力矩同时发生。计算工况确定：（1）起动瞬时；（2）额定工况下，曲拐受最大切向力时；（3）额定工况下，曲拐受最大法向力时；（4）额定工况下，曲拐受最小法向力时；曲轴已知数据如图 5-1 所示，对曲轴各部分进行受力分析如图5-2 所示图 5-2 中，Kb 为各曲柄不平衡重的离心力，其值为：NRwmKbb2 .66965 .18600360222=图 5-1 曲轴简图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计19NRwmKbb2 .65105 .18600350211=Cm 为曲柄销离心力合力：NCM4 .511515 .18600274=以下对各计算工况进行计算：5.1.1 起动瞬时曲拐在上止点时，T=O，Kb=0，Cm=0。曲拐承受的压力为标定工况下的燃气最大爆发压力：NFPPpZF9 .1249210474108 .7200623=1 曲柄销在曲柄销中点截面 ii 上所受的弯曲应力：13.4730322045.6246322045.62462405 . 033=dwPFb2 曲臂最大弯曲力矩产生于曲柄臂的中央部位，即下图的截面所示于是可计算各曲臂的弯应力及压缩应力。MPalblZb18.376121121645.624662210111=MPalbzc65. 41211245.6246011=MPacb83.4165. 418.37=+=+=图 5-2 曲轴受力分析哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计20由于 40Cr 的MPab8070=故安全。3 主轴颈主轴颈的危险断面在轴颈与曲柄臂的交界处，各断面的弯曲应力为MPadlzb935.1040321145.62463233291=由于 40Cr 的MPab8070=故各曲轴安全。5.1.2 额定工况下，曲拐受最大切向力时由动力计算可知，曲拐受到的最大切向力为：当 a=380时，Pt=2740KPa.即Npt2 .774710604274032=NPra7340=NPTTt6 .387374372 .77471211821=曲柄销圆角处的支反力为：NllCPFFMra2 .1816372037)101387340(20)(181821=+=+=NllPKKt9 .50282037372 .774720181821=+=+=1 曲柄销1F引起的弯曲应力：MPadFtb7 .133032202 .181632203311=1K引起的弯曲应力MPadKb94.373032209 .5028322033112=1T引起的扭转应力哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计21MPadrT93.4230205 .232 .7747203311=合成应力MPabb9 .5893.4294.377 .13222222210=+=+=由于 40Cr 的0=80lOOMPa，故安全。2 曲柄臂由1Z及1bK，引起的拉伸应力：MPahbKZbc734. 1401142 .651013981111=由1Z引起的弯曲应力：MPahblZb735. 040114616139862211111=由1T和扭矩1kM引起的弯曲应力MPabhrPrTtb094. 46114405 .232 .7347162 .77476221112=+=+=由1T在-两点产生的扭转应力MPahbqlT24. 240114303. 0162 .77472211111=由正在-两点产生的扭转应力MPaq664. 124. 2742. 0122=由于 40Cr 的0=80lOOMPa，故安全。3 主轴颈主轴颈的危险断面在轴颈与曲臂的交界处。由1Z引起的弯曲应力MPadlZb43. 24032118 .139032332911=哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计22由1T引起的弯曲应力MPadlTb5 .134032112 .774732332911=由klM引起的扭转应力MPadMklb49.1440165 .232 .7747163321=由于 40Cr 的MPa80700=，故安全。5.1.3 额定工况下，曲拐受最大法向力时由动力计算可知，曲拐受到的最大法向力为当=360时，KPaPra5850=即NPra5 .1653810604585032=NPt5 .3170=()NllCPZZmra32007437)101385 .16538(211821=NllPTTt158574373170211821=曲柄销圆角度处的支反力为：()NllCPFFmra4 .4154203737)101385 .16538(20181821=+=+=NllPKKt2058203737317020171821=+=+=1 曲柄销由tF引起的弯曲应力：MPaWFtb34.313032204 .41542031=由1K引起的弯曲应力：MPaWKtb53.1530322020582031=哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计23由1T引起的扭转应力：MPadrT56.1730205 .233170203311=合成应力：MPabb6 .4956.17453.1534.314222222210=+=+=由于rC40的MPa80700=，故安全。2 曲柄臂由1Z及1bK引起的拉伸应力：MPahbKZbc38. 140114951132001111=由1Z引起的弯曲应力：MPahblZb68. 140114616320062211111=由1T和扭矩1kM引起的弯曲应力MPahbrPrTtb289. 16114405 .235 .31705 .2315856212112=+=+=由1T在-两点产生的扭转应力MPahbqlT459. 040114303. 016158522111111=由1T在-两点产生的扭转应力MPaq34. 0459. 0742. 0122=由于rC40的MPa80700=，故安全。3 主轴颈主轴颈的危险断面在轴颈与曲臂的交界处。由1Z引起的弯曲应力MPadlZb6 . 5403211320032332911=由1T引起的弯曲应力哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计24MPadlTb77. 2403211158532332911=由1kM引起的扭转应力MPadMkb96. 240165 .2315851633211=合应力为MPabb61. 896. 2477. 26 . 54222222210=+=+=5.1.4 额定工况下，曲拐受最小法向力时由动力计算可知，曲拐受到的最小法向力为当= 495时，Pra=2670.2KPa，即NPra2 .754910604267032=002. 0=KPaPt()NllCPZZmra6 .8843373737)101382 .7549(211821=+=()NllCPFFmra2 .11481203737)101382 .7549(20181821=+=+=1 曲柄销MPawFb49.323032202 .11481203=由于rC40的MPa80700=，故安全。2 曲柄臂由1Z及1bK引起的拉伸应力：MPahbKZbc025. 44011495116 .88431111=由1Z引起的弯曲应力：哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计25MPahblZb65. 4401146166 .884362211111=由于rC40的MPa80700=，故安全。5.2 连杆强度计算5.2.1 连杆小头1.由惯性力拉伸引起的小头应力连杆小头简化后如图 4-3 所示其中mmr5 . 71=mmr75.102=,mmp25=，mmH5 .14=mmrrr125. 9221=+=小头壁厚mmh25. 3=小头宽度mmb19=活塞组的最大惯性力NRwGpj1863)1065 .231 (5 .18600170)1 (2max=+=+ =2 小头中心截面上的弯矩mNrPMcj=31. 010)029. 04 .11600033. 0(125. 93863)0297. 000033. 0(3max0图 5-3 连杆小头简图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计26小头中心截面上的法向力NPMcj9 .1849)4 .1160008. 04 .116572. 0(3863)0008. 0572. 0(max0=小头固定截面上的弯矩mNrPrNMMccjc=+=+=072. 1)4 .116cos4 .116(sin10125. 938635 . 0)4 .116cos1 (10125. 99 .184931. 0)cos(sin5 . 0)cos1 (33max002小头固定截面上的法向力NPNNccjc3 .17664 .116cos4 .116sin38635 . 04 .116cos9 .1849)cos(sin5 . 0cosmax02=+=+=）（小头受拉时固定截面处外表面拉压力MPahbNhrhhrMaj42.57101925. 313 .176610)25. 3125. 92(25. 31025. 310125. 96072. 121)2(626633122=+=+=由最大压缩力引起的应力小头承受的最大压缩力NPDPPPjazc167063863205694)(max2=+=根据0M，0N可知：rPMe=007. 00ePN002. 00=小头受压时中央截面上的弯矩和法向力mNrPMe=183. 01025. 9167060007. 0007. 030NPNe4 .3316706002. 0002. 00=小头固定截面处的)(f值哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计270102. 04 .116cos14 .116sin1804 .11624 .116sincos1sin2sin)(=f小头受压时固定截面处的弯矩和法向力Nm223. 1-0102. 010125. 916706-10)4 .116cos1 (125. 94 .331082. 0)()cos1 (3-3-002=+=+=cccfrPrNMMMPa36.30-4 .116cos4 .330102. 016706cos0)(2=+=+=NfPNcc小头受压时固定截面处外表面应力MPahbNhrhhrMac36.301925. 315 .15510)25. 3125. 92(25. 325. 3125. 96233. 121)2(623122=+=+=3 小头的安全系数材料的机械性能030MCr的抗拉强度MPab930=MPab4659305 . 0)55. 0 ,45. 0(1=故MPalz3725 .468 . 0)9 . 0 , 7 . 0(1=MPa5 .6975 .465 . 1)6 . 1 , 4 . 4(10=角系数333. 05 .6975 .69746522001=在固定角截面的外表面处应力幅MPaacaja89.43)36.3042.57(21)(21=+=哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计28平均应力MPaacaja53.13)36.3042.57(21)(21=+=小头安全系数66. 153.13333. 02 . 189.43372=+=+ =malzn小头截面惯性矩43313 .541225. 31912mmhbJ=4 小头刚度校核（以直径变形量来考核）umJEdpcmj85. 43 .54102 . 210)908 .114(29386310)90(5623623max1=小头孔与活塞销的冷间隙um40165.2.2 连杆杆身杆身可简化为图 5-41 杆身计算力-截面以上部分的连杆重为 G=50g最大拉伸力NRwGGPj69.5226103 .22724)50180()1 ()(32=+=+=图 5-4 连杆杆身简图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计29最大压缩力NPPPjZc54.15562559.522611.20851=2 杆身中间截面-处的应力和安全系数-截面面积2105610105 .16mmF=由 P 引起的拉伸应力MPaFPjj6 .521010559.52266=杆身中间截面的惯性矩MPahtBBHJx324310)410(5 .1610121)(1213333=MPahthHBJy5 .10741010)105 .16(121)(1213333=+=+=由压缩和纵向弯曲引起的合成应力MPaPJlCFPcxc8 .1675 .155624324310600035. 01055 .155624221=+=+=MPaPJlCFPcyc1 .2225 .15562410742 .7600035. 01055 .1556244222=+=+=杆身中间截面在摆动平面内的应力幅和平均应力MPajax2 .11026 .528 .16721=+=MPajax6 .5726 .528 .16721=+=在与摆动平面垂直的平面内的应力幅和平均应力MPajay35.13726 .521 .22222=+=哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计30MPajmy75.8426 .521 .22222=+=杆身中间截面在摆动平面内的安全系数35. 36 .57333. 02 . 12 .110372=+=+ =myaxlzxn杆身中间截面在与摆动平面垂直的平面内的安全系数6 . 275.84333. 02 . 135.137372=+=+ =myaylzyn3 杆身最小截面-处的应力和安全系数iiii 截面以上部分连杆取重为 G=20g最大拉伸力：NRwGGpj86.45443 .227242 . 0)(2=+=最大压缩力：NPPPjzc24.1630686.45441 .20851=+=最小截面 iiii 的面积经计算可知：2min100mmF=由拉伸力引起的拉伸应力MPaFPjj45.4510086.4544min=由压缩力引起的压缩应力MPaFPcj06.1631002 .16306min=应力幅MPacja26.104)06.16345.45(21)(21=+=平均应力MPacja8 .58)06.16345.45(21)(21=+=哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计31最小截面处的安全系数49. 38 .58333. 02 . 126.104372=+=+ =maylzyn5.3 活塞顶强度计算活塞顶形状如图所示，假设活塞顶 为 沿 周 缘 固 定 的 并 承 受 均 匀 压 力（最大燃气压力）的圆形平板。5.3.1 顶部周缘的应力周缘径向最大应力：MParx176.71376. 754. 745 .1631432222=周缘切向最大应力MPaPruzy888. 6376. 754. 745 .16326. 0432222=由于经向强度差所引起的活塞顶部周缘应力)1 (2)()(+=uuETTwKTK96. 0)26. 05 .165 .275 .165 .27(5 .165 .2754. 754. 7)(22222222=+=+=urbrbrb60=wkTT/1102 . 25=25/107cmkgfE=故MPaTk19)96. 026. 01 (2)26. 096. 0(102 . 2605=+=周缘机械应力和热应力的合力MPaTkxk176.9019176.71=+=+=MPac150130=图 5-5 活塞顶形状哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计325.3.2 顶部中心应力正向和切向的正应力MPaPurZyx31. 3357. 7)26. 01 (54. 75 .1683)1 (832222=+=+=顶部中心的热应力MPauuETTwKTK02. 510)96. 026. 01 (4)46. 026. 03(107102 . 260)1 (4)3()(255=+=+=顶部中心的合应力MPaTwxw33. 802. 531. 3=+=+=5.3.3 环槽截面 XX 的应力计算XX 截面面积计算2221520)5 .165 .27(mmFx=最大危险应力MPaFPxxcm8 . 915206043 . 52max=MPacm4030=5.3.4 第一道活塞环带的强度计算环带根部处的弯曲应力MPahDPz58.2110)251(376. 75 . 410)(5 . 43231=环带根部的剪应力MPahDPz91. 510251376. 714. 310221=环带根部处的合应力MPap88.2391. 5358.2132222=+=+=MPacm4030=哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计335.3.5 活塞销孔的最大比压不包括活塞销的活塞组的最大往复惯性力NRwmPjj5 .3331)2217. 01 (3 .227241012. 0)1 (32=+=+=最大燃气压力NDPPz2 .15060514376. 7422max=最大比压MPadlPPjj688. 8451525 .33312 .150602max=MPa30=5.3.6 活塞裙部单位侧压力动力计算的最大侧压力据动力计算知NPN4 .833max=活塞裙部计算长度mmHT38=单位侧压力MPaK4185. 0104 .52384 .8336max=MPaK30max=5.4 活塞销强度计算5.4.1 活塞销的比压活塞组最大往复惯性力NRwmPjpjp8 .5274)2217. 01 (3 .22724190)1 (2=+=+=最大燃气压力NDPPz2085242max=连杆小头宽度A = 19mm活塞销外径 d=15mm比压哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计34MPaAdPPjw66.5415198 .5274208
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