曲柄连杆机构课程设计.doc

黑龙江工程学院曲柄连杆机构课程设计 汽车与交通工程学院 车辆工程10-1班 赵攀 20101195第1章 绪论2第2章 活塞组的设计22.1 活塞的设计22.1.1 活塞头部的设计22.1.2 活塞裙部的设计32.2 活塞销的设计32.2.1 活塞销的结构3第3章 连杆组的设计33.1 连杆的设计33.1.1 连杆长度的确定33.1.2 连杆小头的结构设计33.1.3 连杆杆身的结构设计43.1.4 连杆大头的结构设计43.2 连杆螺栓的设计4第4章 曲轴的设计44.1 曲轴的结构型式和材料的选择44.1.1 曲轴的结构型式44.1.2 曲轴的材料54.2 曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计54.2.1 曲柄销的直径和长度54.2.2 主轴颈的直径和长度54.2.3 曲柄64.2.4 平衡重64.2.5 油孔的位置和尺寸64.2.6 曲轴两端的结构6第5章 曲柄连杆机构的创建76.2 活塞的创建76.3 连杆的创建76.4 曲轴的创建8参考文献 第1章 绪论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。本文以捷达EA113汽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。第2章 活塞组的设计2.1 活塞的设计2.1.1 活塞头部的设计1、压缩高度的确定压缩高度是由火力岸高度、环带高度和上裙尺寸构成的，即 =+（1）第一环位置一般汽油机，为活塞直径，该发动机的活塞标准直径确定火力岸高度为：（2）环带高度 一般气环高，油环高。该发动机采用三道活塞环，取，。环岸的高度，汽油机接近下限。则 ， 。因此，环带高度。（3）上裙尺寸对于汽油机，所以。 。2、活塞顶和环带断面由于EA113 5V 1.6L发动机为高压缩比，因而采用近似于平顶的活塞。实际统计数据表明，活塞顶部最小厚度，汽油机为，即。2.1.2 活塞裙部裙部单位面积压力（裙部比压）按下式计算： 取。则 一般发动机活塞裙部比压值约为，所以设计合适。2.2活塞销的设计2.2.1 活塞销的结构活塞销与活塞销座和连杆小头衬套孔的连接配合，采用“全浮式”。活塞销的直径，取，取活塞销长度，取第3章 连杆组的设计3.1 连杆的设计3.1.1连杆长度的确定 设计连杆时首先要确定连杆大小头孔间的距离，即连杆长度它通常是用连杆比来说明的，通常0.3125，取，则。3.1.2 连杆小头的结构设计连杆小头主要结构尺寸如图4.1所示，小头衬套内径和小头宽度已在活塞组设计中确定，。为了改善磨损，小头孔中以一定过盈量压入耐磨衬套，衬套大多用耐磨锡青铜铸造，这种衬套的厚度一般为，取，则小头孔直径，小头外径，取。3.1.3 连杆杆身的结构设计连杆杆身从弯曲刚度和锻造工艺性考虑，采用工字形断面，杆身截面宽度约等于(为气缸直径)，取，截面高度，取。为使连杆从小头到大头传力比较均匀，在杆身到小头和大头的过渡处用足够大的圆角半径。3.1.4 连杆大头的结构设计连杆大头的结构与尺寸基本上决定于曲柄销直径、长度、连杆轴瓦厚度和连杆螺栓直径。其中在、在曲轴设计中确定，则大头宽度，轴瓦厚度，取，大头孔直径。连杆大头与连杆盖的分开面采用平切口，大头凸台高度，取，取，3.2 连杆螺栓的设计根据气缸直径初选连杆螺纹直径，根据统计，取。第4章 曲轴的设计4.1 曲轴的结构型式和材料的选择4.1.1 曲轴的结构型式曲轴的设计从总体结构上选择整体式，它具有工作可靠、质量轻的特点，而且刚度和强度较高，加工表面也比较少。为了提高曲轴的弯曲刚度和强度，采用全支撑半平衡结构11，即四个曲拐，每个曲拐的两端都有一个主轴颈，如图5.1所示：图5.1 曲轴的结构型式4.1.2 曲轴的材料在结构设计和加工工艺正确合理的条件下，主要是材料强度决定着曲轴的体积、重量和寿命，作为曲轴的材料，除了应具有优良的机械性能以外，还要求高度的耐磨性、耐疲劳性和冲击韧性。同时也要使曲轴的加工容易和造价低廉。在保证曲轴有足够强度的前提下，尽可能采用一般材料。以铸代锻，以铁代钢。高强度球墨铸铁的出现为铸造曲轴的广泛采用提供了前提。该发动机曲轴采用球墨铸铁铸造而成。4.2 曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计4.2.1 曲柄销的直径和长度 在考虑曲轴轴颈的粗细时，首先是确定曲柄销的直径。对于汽油机，为气缸直径，已知=80，则，曲柄销直径取为=0.60=48。曲柄销的长度是在选定的基础上考虑的。从增加曲轴的刚性和保证轴承的工作能力出发，应使控制在一定范围内，同时注意曲拐各部分尺寸协调，根据统计/=，取=0.62=30。轴颈的尺寸，最后可以根据承压面的投影面积与活塞投影面积之比来校核，此比值据统计在范围内，而且汽油机偏下限。那么由，则长度取值合适。4.2.2 主轴颈的直径和长度为了最大限度地增加曲轴的刚度，适当地加粗主轴颈，这样可以增加曲轴轴颈的重叠度，从而提高曲轴刚度，其次，加粗主轴颈后可以相对缩短其长度，从而给加厚曲柄提高其强度提供可能。从曲轴各部分尺寸协调的观点，建议取，取=1.16=56。由于主轴承的负荷比连杆轴承轻，主轴颈的长度一般比曲柄销的长度短，这样可满足增强刚性及保证良好润滑的要求。据统计，取=0.3=24。4.2.3 曲柄曲柄应选择适当的厚度、宽度，以使曲轴有足够的刚度和强度。根据统计，曲柄的宽度，取，厚度，取。曲柄臂以凸肩接主轴颈和曲柄销。凸肩的厚度根据曲轴加工工艺决定。全加工曲轴的只有0.51，取=1。曲柄销和主轴颈至曲柄臂凸肩的过渡圆角对应力集中程度影响最大，加大圆角半径可使圆角应力峰值降低，故宜取大，至少不能小于0.05或2.5，取=3。4.2.4 平衡重对四拐曲轴来说，作用在第1、2拐和第3、4拐上的离心惯性力互成力偶。这两个力偶大小相等、方向相反，所以从整体上讲是平衡的，但是这两个力偶却还是作用在曲袖上了，曲轴这两个对称力偶的作用下可能发生弯曲变形。由于曲轴是安装在机体的主轴承中的，所以曲轴发生弯曲变形时上述力偶就将也部分地作用在机体上，使机体承受附加弯曲力偶的作用，尤其是在此情况下主轴承的工作条件也要变坏。安装平衡重，改善曲轴本身和机体的受力情况，尤其改善了主轴承的工作条件。4.2.5 油孔的位置和尺寸为保证曲轴轴承工作可靠，对它们必需有充分的润滑。曲轴中油道的尺寸和布置直接影响它的强度和刚度，同时也影响轴承工作的可靠性。油道的孔径一般在左右，取为4。4.2.6 曲轴两端的结构曲轴上带动辅助系统的正时齿轮和皮带轮一般装在曲轴的前端，因为结构简单，维修方便。发动机的配气机构也是由曲轴自由端驱动。这是应为曲轴自由端的轴颈允许较细，可以采用节圆直径小的齿轮，消除扭转振动的减振器装在曲轴前端，因为这里的振幅最大。第5章 曲柄连杆机构的创建运用UG软件分别对曲柄连杆机构的各个零件进行模型的建立，具体步骤如下：5.1 活塞的创建（1）创建草图；（2）旋转；（3）打孔；（4）制作倒角；（5）得到活塞图。 5.2 连杆的创建（1） 创建草图 ；（2） 拉伸；（3） 通过拉伸打孔；（4)得到连杆图。 6.4 曲轴的创建 （1）创建草图