125摩托车发动机汽缸设计【3张图/19700字】【优秀机械毕业设计论文】

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关键词：: 摩托车发动机汽缸设计优秀优良机械毕业设计论文

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说明书一份,48页,19700字左右.

图纸共3张:
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目录
设计任务书 ………………………………………………………………………………3
引言…………………………………………………………………………………………5
原理部分……………………………………………………………………………………6
1 发动机工作原理 ……………………………………………………………………6
1.1 发动机性能术语与参数 ………………………………………………………………6
1.2 四冲程汽油发动机的工作原理 ………………………………………………………8
1.3 二冲程发动机工作原理………………………………………………………………10
摩托车发动机结构与设计部分………………………………………………………12
1 发动机机体 …………………………………………………………………………12
1.1 汽缸直径………………………………………………………………………………13
1.2 气缸工作容积、燃烧室容积和气缸总容积…………………………………………13
1.3 压缩比…………………………………………………………………………………14
1.4 气缸工作内压力、气缸总推力………………………………………………………14
1.5 气功盖…………………………………………………………………………………15
1.6 燃烧室…………………………………………………………………………………16
2 曲柄连杆机构的受力分析与平衡………………………………………………17
2.1 曲柄连杆比……………………………………………………………………………17
2.2 曲柄连杆机构运动学…………………………………………………………………17
2.3 连杆的角位移、角速度、角加速度…………………………………………………18
3 活塞运动分析 ………………………………………………………………………19
3.1 活塞位移 ………………………………………………………………………………19
3.2 活塞速度分析 …………………………………………………………………………20
3.3 活塞的加速度 …………………………………………………………………………22
3.4 热力强度 ………………………………………………………………………………23
4 活塞组…………………………………………………………………………………24
4.1 活塞 ……………………………………………………………………………………24
4.2 气环 ……………………………………………………………………………………28
4.3 油环 ……………………………………………………………………………………31
4.4 活塞销 …………………………………………………………………………………32
5 连杆、曲轴组…………………………………………………………………………34
5.1 连杆 ……………………………………………………………………………………34
5.1.1连杆承受的载荷………………………………………………………………………34
5.1.2连杆小头的安全系数…………………………………………………………………35
5.1.3连杆大头的强度验算…………………………………………………………………36
5.2曲轴销的设计……………………………………………………………………………38
5.3 曲轴 ……………………………………………………………………………………38
5.3.1 组合式曲轴 …………………………………………………………………………39
设计小结 …………………………………………………………………………………44
附图…………………………………………………………………………………………46
参考文献 …………………………………………………………………………………49

摘要

毕业设计是机械设计课程重要的综合性与实践性教学环节，通过毕业设计可综合运用机械设计课程和其他先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。作为机械类工科学生，完成了此项教学环节，也就为完成本科学业及将来的毕业设计奠定了良好的基础。
传统的毕业设计题目常选用通用机械的传动装置，例如以齿轮减速器为主体的机械传动装置。其主要内容包括：传动装置的总体设计；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；装配图和零件图设计；编写设计计算说明书。现选择以摩托车发动机传动和变速部分为主的新设计课题，设计方法采用常规手段与微机辅助相结合。该新题目较经典课题更具复杂性和体现时代气息，涉及的机构及零部件增多，所覆盖的知识面更广泛，结构设计难度加大，设计时要求学生综合考虑诸多因素，自己分析和解决问题，可以帮助学生树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识。

关键词：摩托车发动机；分析和解决问题；设计；

Abstract
Curriculum design is important mechanical design courses integrated with practice teaching, Through courses designed to make comprehensive use of mechanical design courses and other courses of the pre-knowledge. Analyze and solve mechanical design issues and further strengthen, deepen and broaden the knowledge learned. As a mechanical engineering students, completed the teaching aspect of it for the completion of undergraduate studies and graduated from the design of the future laid a good foundation.
The traditional curriculum design often choose topics of general machinery drives, such as gear reducer for the main mechanical gear. Its main contents include: transmission of the overall design; transmission parts, axle, bearings, couplings, such as computing and the design of choice; assembly and parts map design; design calculations prepared statement. Now choose to motorcycle engine and transmission speed of the main topics of the new design, using conventional design methods and means of combining computer-assisted. The new title is more complex than the classic issues of the times and the atmosphere, the bodies and parts increased by more extensive coverage of knowledge, difficult to design the structure, designed for students considered many factors, analyze and solve their own Problems, can help students to establish the correct design ideas, strengthen their sense of innovation and the sense of competition.

Key words: Motorcycle engine, analysis and problem-solving; design;

125摩托车发动机汽缸设计

内容简介：: 机械设计毕业设计说明书题目：南方托车发动机汽缸设计院（系）：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化摘要毕业设计是机械设计课程重要的综合性与实践性教学环节，通过毕业设计可综合运用机械设计课程和其他先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。作为机械类工科学生，完成了此项教学环节，也就为完成本科学业及将来的毕业设计奠定了良好的基础。传统的毕业设计题目常选用通用机械的传动装置，例如以齿轮减速器为主体的机械传动装置。其主要内容包括：传动装置的总体设计；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；装配图和零件图设计；编写设计计算说明书。现选择以摩托车发动机传动和变速部分为主的新设计课题，设计方法采用常规手段与微机辅助相结合。该新题目较经典课题更具复杂性和体现时代气息，涉及的机构及零部件增多，所覆盖的知识面更广泛，结构设计难度加大，设计时要求学生综合考虑诸多因素，自己分析和解决问题，可以帮助学生树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识。关键词：摩托车发动机；分析和解决问题；设计； is to of of As a of it of of a of as of as of to of of of is of by of to to of of 第 1 页共 48 页 1 目录设计任务书 3 引言 5 原理部分 6 1 发动机工作原理 6 动机性能术语与参数 6 冲程汽油发动机的工作原理 8 冲程发动机工作原理 10 摩托车发动机结构与设计部分 12 1 发动机机体 12 缸直径 13 缸工作容积、燃烧室容积和气缸总容积 13 缩比 14 缸工作内压力、气缸总推力 14 功盖 15 烧室 16 2 曲柄连杆机构的受力分析与平衡 17 柄连杆比 17 柄连杆机构运动学 17 杆的角位移、角速度、角加速度 18 3 活塞运动分析 19 塞位移 19 塞速度分析 20 第 2 页共 48 页 2 塞的加速度 22 力强度 23 4 活塞组 24 塞 24 环 28 环 31 塞销 32 5 连杆、曲轴组 34 杆 34 34 35 36 38 轴 38 合式曲轴 39 设计小结 44 附图 46 参考文献 49 第 3 页共 48 页 3 机械零件毕业设计任务书题目：设计南方 125 摩托车发动机汽缸部件 a、技术参数和原始数据冲程缸数冷却方式总排气量压缩比面积 *行程最大功率 /相应转速 r/ 最大扭矩/相应转速 r/ 燃油消耗率工作阻力 2 4 1 风冷 100 124： 1 S( 2 H(eP/n eM/n b、设计参数系列参数组数 S( 2 H(最大功率 /相应转速 r/ 最大扭矩 /相应转速 r/ 燃油消耗率 1 56 50 500 000 410 2 68 60 500 000 420 3 80 65 10/8600 000 650 c、设计参数代号（组数）组合选定冲程数 4 冷却方式：风冷总排量 180 压缩比 6： 1 工作阻力 d、毕业设计基本要求 1、全面了解南方 125 型摩托车基本结构、原理、性能，现场测绘发动机汽缸部件，所得数据设计依据或参考。 2、了解二冲程、四冲程发动机汽缸工作原理，着重分析变速、原理、结构、零件第 4 页共 48 页 4 材料、机加工及热处理工艺。 3、分析该发动机汽缸部件的运动、动力分析，确定其极限状态。 4、按所选技术参数，设计发动机汽缸部件结构（ 1）按有关理论、资料进行计算、校核，确定结构参数。如：曲轴、连杆、活塞、汽缸等零部件之间的布局。（ 2）绘制发动机汽缸体部件装配图一张。要求用零号图纸。图形、尺寸标注、技术要求、明细表、字体等必须符合国家标准 1 4)1 4) （ 3）绘制关键零件工作（零件）图两张，用二号或三号图纸。要求视图布局合理，表达准确无误且符合国家标准。（ 4）按机械零件毕业设计指导书要求，完成一万字幅的设计说明书一份。要求格式正确，字迹工整清晰，一律用碳素墨水书写。（ 5）零件图可用微机绘制，零号装配图一律用手工绘制。引言第 5 页共 48 页 5 毕业设计是机械设计课程重要的综合性与实践性教学环节，用时，是一门独立的考查课程。通过毕业设计可综合运用机械设计课程和其他先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。作为机械类工科学生，完成了此项教学环节，也就为完成本科学业及将来的毕业设计奠定了良好的基础。传统的毕业设计题目常选用通用机械的传动装置，例如以齿轮减速器为主体的机械传动装置。其主要内容包括：传动装置的总体设计；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；装配图和零件图设计；编写设计计算说明书。近几年来，通过与兄弟院校的交流与探讨，经过反复论证和可行性分析，结合本地区特点，选择以摩托车发动机传动和变速部分为主的新设计课题，设计方法采用常规手段与微机辅助相结合。题目和教学方法的改革有如下一些特点：及的机构及零部件增多，所覆盖的知识面更广泛，结构设计难度加大，设计时要求学生综合考虑诸多因素，自己分析和解决问题，可以帮助学生树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识。高分析问题和解决问题的能力。同时通过计算、给图，进一步熟悉和运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练，为毕业设计打下良好的基础。生们对新颖实用的内容更感兴趣，可充分调动学生的积极性和主观能动性。发动机工作原理第 6 页共 48 页 6 动机性能术语与参数 1、汽缸汽缸内孔直径 (简称缸径 )用符号 D 表示，单位为 2 上止点、下止点 (1)止点活塞在汽缸内作往复运动的两个极限位置，称为止点。 (2)上止点活塞离曲轴旋转中心的最远位置 (3)下止点活塞离曲轴旋转中心的最近位置 3冲程上止点和下止点间的距离 (简称冲程 )用符号 S 表示，单位为 S 2r 式中 r 曲柄半径 (即由曲轴旋转中心至曲柄销中心的距离 )。 4汽缸工作容积活塞在汽缸内由上止点移动至下止点所扫过的空间容积，称为汽缸工作容积，示，单位为 231 0 ( )4 S m l 若为多缸发动机，则汽缸工作容积为各缸工作容积之和，用符号 vh 表示，单位为 V h= 式中 i 汽缸数。 5燃烧室容积活塞位于上止点时，活塞上方由活塞、汽缸盖所围成的空间容积，称为燃烧室容积。第 7 页共 48 页 7 用符号位为 6气缸容积活塞位于下止点时活塞上方的全部空间容积，称为汽缸总容积。用符号位为 c 7压缩比汽缸总容积与燃烧室容积的比值，称为压缩比。用符导表示。 / 1 /a c h cv v v v 8工作循环发动机在连续运转、对外输出功率时，要不断重复地进 (扫 )气、压缩、燃烧膨胀、排气，这一工作过程称为工作循环。 9发动机功率发动机运转时，曲轴实际对外输出的功率，称为发动机功率，也称为有效功率。用符号位为 * ()9550e M e np 式中发动机曲轴输出扔矩， N M。 n 发动机曲轴相应转速， r 动机铭牌上标明的功率值，称为标定功率。 10有效燃油消耗率 (俗称比油耗 ) 发动机单位有效功在 1小时内的耗油量称为有效燃油消耗率。用符号单位为 g kw*h。 33 . 6 1 0 ( / * )g k w 式中单位时间的耗油量， g s 。第 8 页共 48 页 8 11升功率发动机在标定工况下，每升汽缸工作容积所发出的有效功率，称为升功率。用符号位为 L。升功率是评定发动机动力性能与强化程度的重要指标。 ( / ) W 式中标定功率，发动机油门 (或节气门 )保持一定开度，其扔矩、功率随转速变化而变化的曲线称为速度特性曲线。油门 (或节气门 )全开时的速度特性曲线，称为外特性曲线 (曲线 1)，曲线 2、 3为油门 (或节气门 )部分开度时的速度特性曲线。功率：由功率的计算公式可知，功率 e*n。成正比。当转速而速增大，直至续提高 n，有些降低，但 n 的乘积是增大的，因此继续增大，但增加得不如前一段那样快。在 Me*此此后，由于 Me*而常，摩托车发动机的标定功率为 (应的转速冲程汽油发动机的工作原理在阐述四冲程汽油发动机的工作原理之前，先来介绍什么叫活塞的上止点、下止点和活塞冲程 : 活塞在汽缸内作往复运动的两个极限位置，称为止点。活塞运动到离曲轴旋转中心最远时的位置称为上止点，如图 1a）所示；活塞运动到离曲轴旋转中心最近时的位置成为下止点，如图 1b）所示。上止点和下止点之间的距离，称为活塞冲程，以轴转一周，活塞要走两个冲程。四冲程汽油发动机的工作原理是：曲轴旋转两周，活塞往复移动两次，完成进气、压缩、燃第 9 页共 48 页 9 烧、排气四个工作过程，如图 1 （ 1）进气冲程：进气冲程开始时，活塞在上止点，燃烧室内充满了前一工作循环所残留的废气。当活塞由上止点向下止点移动时，燃烧室的容积变大，形成真空度，同时通过齿轮带动凸轮旋转，使凸轮的凸起部分顶开进气门。燃油通过化油器与空气混合形成可燃混合气进入气缸【图 1a）】。（ 2）压缩冲程：活塞自下止点向上止点移动【图 1b）】，此时凸轮的凸起部分已经转了过去，进气门关闭。由于凸轮只转过 1/4周，所以排气门仍关闭着。随着活塞向上移动，燃烧室容积减少，可燃混合气被压缩。当活塞到达上止点时，燃烧室中的可燃混合气压力为度升到 300左右，压缩冲程完成。 (3) 燃烧冲程：在压缩冲程接近上止点时【图 1c）】，燃烧室中的可燃混合气被火花塞发生的电火花点燃，可燃混合气迅速爆发燃烧，气体压力急剧升高，达到度高达 2000左右。活塞受到高压气体的推动，由上止点向下止点运动，通过连杆带动曲轴旋转做功。此时，进、排气门均关闭。（ 4）排气冲程：由于飞轮的惯性，使曲轴连续转动，带动活塞由下止点向上止点移动【图 1d）】。这时，凸轮顶开排气门，废气通过排气门排出，直到活塞运动到上止点为止，完成了一个工作循环。图 1上止点和下止点（ a）活塞上止点（ b）活塞下止点图 1四行程汽油机发动机的工作原理（ a）进气冲程；（ b）压缩冲程；（ c）燃烧冲程；（ d）排气冲程第 10 页共 48 页 10 从四冲程汽油发动机的工作原理中可知，在全部四个冲程中，进、排气门开启和关闭一次，曲轴旋转两周（ 720 ），活塞往复运动各两次。在所有 4个冲程中，只有第三冲程（燃烧冲程）是做功冲程，其余都是辅助冲程。发动机的运转，首先需要有外力将曲轴转动，以便进行进气和压缩。当可燃混合气爆发燃烧推动活塞做功后，由于曲轴和飞轮的惯性，其他两个冲程才得以继续进行。冲程发动机工作原理活塞连续运行两个冲程 (即曲轴旋转一周 )完成一个工作循环的内燃机，称为二冲程发动机。下面以一种利用密封的曲轴室作为扫气泵的单缸二冲程汽油机为例，对照其工作原理图 1 图 1单缸二冲程汽油机工作原理图 1火花塞 2燃烧室 3汽缸 4排气口 5扫气口 6进气阀 7进气口 8曲轴箱第一冲程辅助冲程辅助冲程是活塞自下止点向上止点移动，事先已充人活塞上方汽缸内的可燃混合气被压缩，同时，来自化油器的新鲜可燃混合气又被吸人活塞下方密封的第 11 页共 48 页 11 曲柄室内的过程。如图 1a)所示，当辅助冲程开始时，活塞位于下止点 (，汽缸内己充入可燃混合气和上一工作循环未排净的残余废气。曲轴旋转通过连杆带动活塞向上止点移动，活塞首先关闭扫气口 (A 点 )，结束曲轴箱向汽缸内的扫气。紧接着活塞关闭排气口 (“点 )，结束汽缸内残余废气和极少量可燃混合气的排出，将封闭在汽缸内的混合气压缩，其压力和温度随之升高，在活塞接近上止点 (c 点 )时，火花塞发出的火花点燃被压缩的混合气，从而完成压缩过程。如图 1a)所示，在压缩过程进行的同时，活塞下方密封的曲轴箱容积逐渐扩大，从而形成真空度，在外界大气压的作用下，新鲜的可燃图 1缸二冲程汽油机示功图混合气使自化油器被吸人曲轴箱，进行着进气过程。在示功图 1线 d h a。段表示部分换气过程；曲线 a 线 d h a 第二冲程做功 (燃烧膨胀 )冲程做功冲程是活塞自上止点向下止点移动，活塞下方进行着可燃混合气预压的过程。如图 1b)所示，当做功冲程开始时，活塞位于上止点 (，燃烧室内可燃混合气燃烧，汽缸内的高温高压燃气推动着活塞向下止点移动做功，活塞对曲轴箱内的可燃混合气进行预先压缩。活塞在下行过程中，首先开启排气口 (6 点 )，开始排出废第 12 页共 48 页 12 气 (这时的排气称为先期排气 )，如图 1c)所示。紧接着活塞开启扫气口 (点 )，曲轴搞内已被预先压缩的可燃混合气被导人汽缸上部，即开始进行扫气，如图 1d)所示，此时，扫气和排气两个过程是重叠进行的。在示功图 1线 c 程；曲线 z 做功 )过程；曲线 b f 表示先期排气过程；曲线 b f d 段表示部分换气过程；二冲程没有单轴的进、排气冲程，其换气 (排气和扫气 )是在下止点前后进行的，即在 b f d h 做功冲程结束时，活塞又回到下止点。至此，单缸二冲程汽油机只经历了活塞往复各一次共两个冲程，完成了进气和扫气、压缩、燃烧膨胀、排气等过程，完成一个工作循环。在示功图 1d h a c z b f d。同单缸四冲程汽油机一样，单缸二冲程汽油机做功冲程结束后，曲轴依靠飞轮的惯性作用继续旋转，上述各个过程又依次重复进行，使单缸二冲程汽油机能连续地对外输出功率。摩托车发动机结构与设计 1 发动机机体气缸体气缸体的作用除形成气缸工作容积外，还用作活塞运动导向，其圆柱形空腔称为气缸。由于气缸壁表面经常与高温高压燃气接触，活塞在汽缸内作高速运动（最高速度可达 100km/s）并施加侧压力，以及气缸壁与活塞环几活塞外圆表面之间反复摩擦，而其润滑条件由较差，所以气缸体必须耐高温、耐高压、耐腐蚀，还应具有足够的刚度和强度。第 13 页共 48 页 13 气缸体的材料一般用优质灰铸铁，为了提高气缸的耐磨性，可以在铸铁中加入少量的合金元素，如镍、铬、钼、磷、硼等。汽缸内壁按二级精度珩磨加工，其工作表面有较高的关洁度，并且形状和尺寸精度也都比较高。为了保证气缸壁表面能在高温下正常工作，必须对汽缸体和气缸盖随时加以冷却。发动机有风冷和水冷两种。用风冷却时，在汽缸体和气缸盖外表面铸有许多散热片，易增大冷却面积，保证散热充分。用水冷却时在汽缸体内制有水套。缸直径气缸直径是指气缸内径，与活塞相配合，是发动机的重要参数，许多主要的尺寸如曲柄销直径、气门直径、活塞结构参数等，都要根据气缸直径来选取。参数设计：气缸直径已标准化，其直径值按一个优先系列合一个常用系列来选取。因此根据有关资料可确定气缸的直径为： D=68缸工作容积、燃烧室容积和气缸总容积上止点和下止点之间的气缸容积，称为气缸工作容积（也称为总排量）（图气缸工作容积与气缸直径的平方、活塞冲程的大小成正比。气缸直径越大、工作容积越大、发动机的功率也就相应地增大。气缸工作容积的计算公式为 42 (式中：气缸工作容积 ( D 气缸直径（ ; 第 14 页共 48 页 14 S 活塞行程（ N 气缸数目。参数设计：因设计要求的是单缸发动机的排气量 80么其活塞行程为： 2 dV 同时活塞行程 S =2r；那么：缩比气缸总容积与燃烧室容积的比值，称为压缩比。压缩比表示活塞由下止点到上止点时，可燃混合气在气缸内被压缩多少倍。此处压缩比 =6： 1。缸工作内压力、气缸总推力气缸工作内压力是一个变量，随作功行程的开始，数值急剧下降。高质量的气缸在跳火燃烧的瞬间，内压力可达 3 5 气缸总推力是指一个周期内气缸对外实际作功量。其计算式为： 24 (式中： F 气功总推力（ N） ; 气缸效率；一般 30 ; 气缸工作内压力（ D 气缸直径（参数设计：气功工作内压力： 24 4 4 6 8643 功盖图缸燃烧室容积和工作室容积（ a）燃烧室容积（ b）工作室容积第 15 页共 48 页 15 气功盖用螺柱与气缸体曲轴箱或气缸体固连在一起。为了增加密封性，气缸体和气缸盖之间加有气缸衬垫。气缸盖的作用主要是封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁共同形成燃烧室。燃烧室有很多种形式，不同形式的燃烧室气功盖的结构又有所不同。四行程顶置气门发动机的气缸盖上有进、排气门座及气门导管，并设有进气道和排气道，装有进、排气管等。对气缸盖螺栓连接静强度计算： (对螺栓的疲劳强度进行精确校核： S)m i K( )K(2i n1 t ( 12 (12 ( 2 (式中：1 螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限。试件的材料特性，即循环应力中平均应力的折算系数，K 拉压疲劳强度综合影响系数 S 安全系数参数设计：由于有密封性， 1F =处可取则 11 33 0. 86 材料可选表得：000，00静载荷时， S=以 0 0 M 00S/ 第 16 页共 48 页 16 00 M P3 30 . 则变载荷时：对于合金钢螺栓， F1)s取1i n 查表得：， K。取 3 3 0) 5 0) 4 022dS 66.6d ,即 D ，所以可取 D=烧室燃烧室的种类较多，有锲形、盆形、菱形、半球形等燃烧室。半球形燃烧室结构呈半球形，比起锲形、盆形燃烧室更为紧凑，面容比最小。因进、排气门分别置于气缸轴线的两侧，故其配气机构比较复杂。但有利于促进燃料的完全燃烧和减少排气中的有害成分，对提高经济性和排气净化有利。有关计算结果：表 1 名称尺寸或数值单位气缸直径 D 68 第 17 页共 48 页 17 活塞行程 S 50 烧室体积 6 轴半径 r 25 功工作内压力 F N 气缸的材料：质灰铸铁 2 曲柄连杆机构的受力分析与平衡柄连杆比曲柄连杆臂时指曲柄半径与连杆长度之比，简称为连杆比，用表示。由下式定义 (式中： r 曲柄半径，即曲柄销中心到曲轴中心之间的距离； l 连杆长度，即连杆大小头轴线之间的距离。连杆比不仅影响曲柄连杆机构的运动特性，而且影响发动机的外形尺寸。值越大，连杆越矩，发动机的总高度（立式发动机）或总宽度（卧式发动机）越小。对于总高度和总宽度都会减少。连杆过矩时易导致活塞在运动过程中与曲柄相碰。因此一般情况下现代摩托车发动机的连杆比 3151 ，尽可能地采用矩连杆。参数设计：取 1/4；那么连杆长度： l r/ = 1/4) =102 柄连杆机构运动学曲柄连杆机构运动学是研究曲柄连杆机构各主要零件的运动规律，分析其作用力和力矩及发动机的平衡和曲轴的扭转振动的一门科学。在计算时，曲轴的转动可以近似看成等速转动，这是因为高速发动机在稳定工况下工作时，由于扭转的不均匀性而引起的曲轴旋转角速度的变化不大。第 18 页共 48 页 18 曲轴的角速度可以写为 30n式中： n 曲轴转速，曲柄销中心的切向速度 r ( r 2 (式中： r 曲轴半径， m。在讨论连杆、活塞的运动规律时，不用时间是用曲轴转角，并且规定：将活塞处于上止点位置所对应的曲轴位置作为曲轴转角的起点（即 0），因而，活塞的速度、加速度的方向朝着曲轴中心线方向为正，背离曲轴中心线方向为负。参数设计：曲柄的角速度： sr a 8 530 7 5 0 曲柄销中心的切向速度 s/ 232 r 杆的角位移、角速度、角加速度对于活塞中心线通过曲轴中心线的曲柄连杆机构（图。曲柄半径 r/l 则 (于是可得到连杆的角位移第 19 页共 48 页 19 ) 当 90 和 270 时连杆的角位移为最大，即图 1/4） =s 连杆摆动的角速度 s i 1 c 为 0 和 180 时，连杆角速度为最大值， m a x s 当为 90 和 270 时，连杆角速度为 0。连杆摆动的角加速度 )s i n1(c i ns i nc c o sc o s(s i n)1()1(1s i ns i s i n(c i n 当和， 22ma x 1 当和，连杆的角加速度为 0。 3 活塞运动分析塞位移对于活塞中心线过曲轴中心线的曲柄连杆机构（图。活塞的行程 S 2r，活塞的位移 )co s()( (最大位移量： 51 s i ns i n 222 11co s 由牛顿二项式，可将 21 展开，则 . . . 142 1211co s s i ns i ns i n 664422 第 20 页共 48 页 20 在实际计算中取前两项已足够精确。则活塞的位移可写成 )21co 211(co s)X s i ns i n 222 位移轴转角从 0 和 90 时活塞的位移值，比从 90 和 180 时活塞的位移值大，而且值越大，其差值也越大。塞速度分析活塞速度的精确数值为 )co s2 s i n( s i n 对活塞的速度也可以进行近似计算，其近似值由对位移的近似计算式微分得到： 12s i i n)2s i s i n (因此，活塞速度是两个速度分量之和，可以看成是由图像如图塞的最大速度当 90 时 v 时活塞速度等于曲柄销中心的圆周速度。但这并不是活塞的最大速度。活塞在最大速度时的曲柄转角 v 对微分求极值的方式求得：图塞位移与曲轴转角的关系图塞速度曲线第 21 页共 48 页 21 0)1(co s)2co s( co s c o 012c o s c o s 2 解此方程得： 22m a x 811412141 4 1c (因为 3151 时 1811412m a s 不合理的，所以方程的合理根只能取 8 2m a x 114 1co s)(f( 81 2m a x 14 1a r c c 由式可以看出：活塞在最大速度式的 0 或大于 270 。即活塞的最大速度出现在偏向上止点一侧。不同的值其最大速度时的值也不同，值越大活塞速度的最大值也越大，相应的曲轴转角塞平均速度曲柄旋转一周时活塞的速度不断发生变化，时快时慢，时正时负。 0 180时 180 360 时 0 、 180 、 360 时 v 0 ； 90 、 270 时 v 活塞的平均速度 30式中： S 活塞行程； n 发动机转速； T 曲轴转动一周所需的时间。活塞的平均速度虽然只能粗略地估计活塞运动的快慢，但它是表征发动机性能指标的重要参数。它从一个方面反映乐发动机的强化程度，同时也在一定程度上放映乐活塞和气功之间相互摩擦的强烈程度。随着活塞平均速度的提高，活塞和气功磨损加剧。参数设计：第 22 页共 48 页 22 活塞平均速度： m 5 0 0105030 2 塞的加速度活塞加速度的精确值由下式求出 c i nc i i 活塞加速度的近似值由下式求出 2c o sc o o sc o sj 22 (因此活塞加速度也可以看作是两个简谐运动之和，如图塞加速度的极值活塞加速度的极值是指活塞的最大正加速度和最大负加速度，由下式求得： 02s i i a x rj 0co n 0 或 0 若 0 ， 0或 180相应的加速度为 12 12若 0 则 41a r c c 相应的加速度为： 81124112222m a x 41c 塞加速度曲线第 23 页共 48 页 23 数设计：活塞最大正加速度 81078 52532418141 3 力强度材料受热时会产生变形，如果变形受到限制就会在材料中产生热应力。在热负载的反复作用下，热应力会使材料受到疲劳破坏。比如一旦发动机气缸盖的温度分布不均匀将产生很大的热应力，就容易导致其产生裂纹。热力强度是指材料抵抗热疲劳破坏的能力。各种材料在受热变形受到限制时产生的热应力大小可用热应力特性（ E ）表示，其中材料的热膨胀系数， E 为弹性模量，为导热系数。为了比较材料的热力强度，用材料的拉伸强度 E ）相比得到热力强度系数。热应力特性（ E ）愈小，热应力愈小，热力强度系数愈大，热力强度愈大。由此可见：材料的导热性愈好，膨胀系数愈小，高温疲劳强度愈搞 . 有关计算结果表 3 名称尺寸或数值单位连杆长度 L 100 柄的角速度 785 s 曲柄销中心的切向速度 m/s 曲柄销中心的切向加速度 5 406 10 3 m/ 第 24 页共 48 页 24 活塞最大位移量 0 塞平均速度 12.5 m/s 活塞最大正加速度 10 3 m/杆材料： 45号钢。 4 活塞组塞活塞一般呈圆柱形，其结构如图塞与气缸为间隙配合，自阿气缸内作往复运动，其主要作用式承受气缸中的气体压力所造成的作用力，并将这些力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转；活塞顶部还与气缸壁、气缸盖共同组成燃烧室。由于活塞顶部直接与高温高压燃气接触，燃气的最高温度可达 2500K，因此活塞的温度很高，顶部中心的温度可达 600 700K。高温一方面使活塞材料的机械强度显著下降（在 600K 温度下约下降 50%） ,另一方面还会使活塞的热膨胀量增大，影响活塞与相关零件的配合。活塞顶部在作功行程时承受这燃气带冲击性的压力。对于汽油机活塞，瞬时最大压力值高达 3 5于柴油机瞬时最大压力值可达 6 9用增压时则更高。高压导致活塞的侧压力大，引起活塞变形，加速或活塞外表面的磨损。活塞在气功中作高速往复运动，其承受的气压力和惯性力呈周期性变化，因此活塞的不同部位分别受到交变的拉伸、压缩或弯曲载荷；并且由于活塞的温度各部位极不均匀，使活塞的内部产生一定的热应力。所以要求活塞的质量尽可能小，热膨胀导热性能好和耐磨。目前广泛采用的活塞材料使共晶硅铝合金。塞的压缩高度活塞顶面至活塞销中心之间的距离称为活塞的压缩高度，如图的图活塞 1顶部； 2头部； 3裙部； 4环岸； 5环槽； 6销座； 7加强筋； 8卡环槽；9泄油孔及泄油槽第 25 页共 48 页 25 现代摩托车发动机活塞的压缩高度希望取较小的值，以减少活塞的尺寸和重量。要减少活塞的压缩高度应从两方面入手；一要降低火力的高度；二要减少活塞环的数量和厚度。一般情况下，四行程发动机活塞的压缩高度取力岸高度第一道活塞环槽的上边至活塞顶面的距离称为活塞的火力岸高度，如图的减少而可以降低活塞顶部的温度，防止爆燃。一般来说，火力岸高度的大少要根据试验后确定。带高度第一道环的上边至最后一道环下边之间的距离称为环带高度，如图 3。减少环带高度也就减少了活塞的压缩高度，从而减少了活塞的惯性力和摩擦损失，这对提高发动机的功率和使用寿命很有好处。减少环带高度必须减少活塞环数或减少活塞环的厚度及环岸高度 b。现代四行程发动机一般采用二道气环和一道油环。气环的厚度一般为岸要求有足够的强度，使其在最大气压下不致被损坏。第一道环的环岸高度般为第二道环的环岸高度 2c。岸的强度校核在爆发压力作用下，第一道气环紧压在第一环岸上。第一环岸的受力情况如图示，在根产生很大的弯曲和剪切应力，挡这些应力超过材料的强度极限时，环岸就会产生断裂。由试验可知；当，可以图活塞结构尺寸示意图图第一环岸的受力情况第 26 页共 48 页 26 把环岸看成一个厚度为 b、内外圆直径为 D 和板，并沿内圆柱面固定。然后把环岸看成简单的悬臂梁进行估算。设 D=作用在环岸根的应力为： m a x2221 0 0 2 （式中： t 活塞环槽深。环岸根部危险断面的抗弯断面系数的近似值为 b 2121 （环岸根部危险断面上的弯曲应力为 2m a a x 0 5 2 （环岸根部危险断面的剪切应力为（合应力 3 22 考虑倒铝合金活塞在高温下的强度下降及岸根的应力集中，其许应力取 10090 参数计算：环岸根部危险断面上的弯曲应力为 P D a a x 2 环岸根部危险断面的剪切应力为合应力 3 22 22 第 27 页共 48 页 27 符合要求。有关活塞的尺寸设计结果：表称数值单位压缩高度取 34 带高度 .8 力岸高度 .5 高度 55 厚 4 圆直径 D 61 圆直径 D 67 一道环的环岸高度 .5 二道环的环岸高度一道环槽高度 .4 二道环槽高度 .4 三道环槽高度 .5 塞的材料：高硅铝合金见附图一环气环安装在气缸头部的活塞环槽中。其作用使保证活塞与气缸壁之间的密封，防止气缸中的高温高压燃气大量漏入曲轴箱；另外，活塞顶部的热量大部分右气环传给气缸壁，再由冷却水或空气带走。在气环所起的密封和导热两大作用中，主要是密封作用。因为密封好，说明气环与气缸壁贴河紧密，导热自然会好。如果气环的密封性不好，高温燃

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