柴油機(jī)動(dòng)力計(jì)算及連桿組設(shè)計(jì)

1、 1前言.22結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算.2 2.1已知條件 .2 2.2發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式 2 2.3發(fā)動(dòng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù).23動(dòng)力學(xué)計(jì)算.54連桿的設(shè)計(jì).94.1連桿主要尺寸設(shè)計(jì).94.1.1連桿長(zhǎng)度的確定.94.1.2連桿小頭尺寸的確定.94.1.3連桿大頭尺寸的確.104.2連桿強(qiáng)度的計(jì)算.104.2.1連桿小頭強(qiáng)度的計(jì)算.104.2.2連桿大頭的強(qiáng)度計(jì)算.135小結(jié) .146參考文獻(xiàn).151前言內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是在我們學(xué)習(xí)了一些基礎(chǔ)制圖知識(shí)和汽車以及發(fā)動(dòng)機(jī)的整體知識(shí)框架后所給我們的一次很好的鍛煉，眾所周知現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展越來(lái)越快，而作為汽車心臟的發(fā)動(dòng)機(jī)自然也成為了發(fā)展的重中之重，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能對(duì)汽

2、車起著決定性的影響，比如汽車的行使速度、加速性能、爬坡度、牽引力等等都取決于發(fā)動(dòng)機(jī)，因此來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車設(shè)計(jì)的重中之重，而發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)又對(duì)我們的想象能力，制圖能力，分析計(jì)算能力，查閱各種工具書(shū)的能力無(wú)疑是一次很好的鍛煉，因此，我們要充分利用這次課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，認(rèn)真對(duì)待，做好充分的準(zhǔn)備 ，保證高質(zhì)量的去完成，這也為以后學(xué)習(xí)打下了一個(gè)很好的基礎(chǔ)。2結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算2.1已知條件 平均有效壓力:1.064MPa活塞平均速度:7.8m/s2.2發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式發(fā)動(dòng)機(jī)功率為41.695KW，參考袁兆成版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)為4缸4沖程柴油機(jī)，冷卻方式采用水冷。 2.3發(fā)動(dòng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)參考袁兆成版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)S/

3、D的取值范圍在0.81.2之間，取S/D=1P=41.695KwD=80mm 則S=80mm (S與D均取整)則氣缸工作容積V=n= =3000 r/min角速度度=3.14×3000/30=314rad/sS/2=40mm3動(dòng)力學(xué)計(jì)算由曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析計(jì)算：P=Pg+Pj=Pg-mjr2(cos+cos2) =Pg-mjj （mj為機(jī)構(gòu)往復(fù)慣性質(zhì)量）活塞質(zhì)量mp=630g連桿小頭質(zhì)量m4=190g連桿質(zhì)量m=0.00063(D-80)2+0.0476(D-80)+0.21491.05kg估算mj=mp+m3+m4387.22g P在連桿小頭處即活塞銷孔處分解為Pn和P1，而P

4、1又在兩岸大頭分解為K和t，Pn=P*tgPl= k= Pl cos(+)= 4連桿的設(shè)計(jì)連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，主要由連桿大頭、大頭蓋、連桿軸瓦及連桿螺栓等部分組成。其作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把作用在活塞上的力傳給曲軸。連桿小頭與活塞一起作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿大頭與曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，連桿桿身作復(fù)雜的平面擺動(dòng)。連桿主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷。由于受力比較復(fù)雜并且需要實(shí)驗(yàn)來(lái)指導(dǎo)，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮。材料的選擇為了保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強(qiáng)度，一般多用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼45鋼模鍛，在機(jī)械加工前應(yīng)經(jīng)調(diào)制質(zhì)處理，以得到較高的綜合機(jī)械性能

5、，既強(qiáng)又韌。為了提高連桿的疲勞強(qiáng)度，不經(jīng)機(jī)械加工的表面應(yīng)經(jīng)過(guò)噴丸處理。連桿還必須經(jīng)過(guò)磁力探傷檢驗(yàn)，以求工作可靠。4.1連桿主要尺寸設(shè)計(jì)4.1.1連桿長(zhǎng)度的確定連桿長(zhǎng)度由桿比來(lái)說(shuō)明，而=r/l，值越大，連桿越短，則發(fā)動(dòng)機(jī)的總高度越小。參考袁兆成版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，值范圍為1/3.21/3.8。取=0.325，則l=39mm/0.325=120mm4.1.2 連桿小頭尺寸的確定 連桿小頭位于活塞內(nèi)腔，尺寸小、軸承比壓高、溫度較高。本次設(shè)計(jì)汽油機(jī)的連桿材料選取為45鋼，密度=7.85g/cm. 連桿小頭的內(nèi)徑，參考袁兆成版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)， d/D=0.250.3， 取d=0.3D=24mm， 連桿小頭

6、的外徑，參考袁兆成版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)， D/d=1.21.35， 取D=1.25d1=30mm， 連桿小頭的寬度，參考袁兆成版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，B/d=1.21.4， 取B=1.2d=28.8mm， 襯套外徑，參考袁兆成版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，d/d=1.051.15， 取d=1.1 d =26.4mm4.1.3連桿大頭尺寸的確定連桿大頭的結(jié)構(gòu)與尺寸基本上決定了曲柄銷直徑D2、長(zhǎng)度B2、連桿軸瓦厚度等等，對(duì)曲軸的強(qiáng)度、剛度和承壓能力有很大的 影響。大頭的外形尺寸又決定了凸輪軸位置和曲軸箱形狀，大頭的重量產(chǎn)生的離心力會(huì)使連桿軸承、主軸承負(fù)荷增大，磨損加劇，有時(shí)還不得不為此而增加平衡重，給曲軸設(shè)計(jì)帶來(lái)困難，

7、因此在設(shè)計(jì)連桿大頭時(shí)，應(yīng)在保證強(qiáng)度和剛度的條件下，尺寸盡量小，重量盡量輕。連桿大頭內(nèi)徑，參考袁兆成版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，D2/D=0.550.65， 取D2=0.59D=47.2mm連桿大頭外徑，參考袁兆成版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，D2/D=0.600.68， 取D2 =0.63D=50.4mm連桿螺栓孔間距離，參考袁兆成版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，C/ D2 =1.21.25, 取C=1.2D2 =60.48mm 高度H3，參考袁兆成版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，H3 / D2 =0.350.4，取H3 =0.38D2=19.15mm高度H4 ，參考袁兆成版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，H4/ D2 =0.380.44，取H4=0.4D2

8、=20.16mm桿身設(shè)計(jì)桿身也承受交變載荷，可能產(chǎn)生疲勞破壞合變形，連桿高速擺動(dòng)時(shí)的橫向慣性力也會(huì)使連桿彎曲變形。因此連桿桿身必須有足夠的斷面積，并消除產(chǎn)生應(yīng)力集中的因素。連桿桿身的斷面采用“I”字形結(jié)構(gòu)，這樣能在足夠的強(qiáng)度和剛度下獲得最小的質(zhì)量。桿身斷面從小頭到大頭逐漸增大，這是由桿身的受力情況決定的，而且桿身兩頭分別與小頭、大頭作圓滑過(guò)渡，這樣既可避免應(yīng)力集中，又能達(dá)到傳力均勻。工字形斷面的平均高度與氣缸直徑的比值H/D=0.3-0.4，高寬比H/B=1.4-1.8。H=0.3*80=24mm，B=H/1.5=16mm，取t=5mm，4.2.1連桿小頭強(qiáng)度的計(jì)算襯套過(guò)盈配合的預(yù)緊力及溫升產(chǎn)

9、生的應(yīng)力式中小頭外徑，為30mm；小頭內(nèi)徑，為24mm；襯套材料的線膨脹系數(shù)，對(duì)于青銅，可取=1.81/；連桿小頭材料的線膨脹系數(shù)，對(duì)于鋼可取=1.010（1/）；,泊桑比，一般可取=0.3；E連桿小頭材料的彈性模數(shù)對(duì)于剛，E=2.2N/mm襯套材料的彈性模數(shù)，對(duì)于青銅，=1.15N/mm計(jì)算得0.065mm。計(jì)算可得：把小頭視為內(nèi)壓厚壁圓筒，在壓力P的作用下外表面的切向應(yīng)力為內(nèi)表面=102.5 N/mm2外表面=80.03 N/mm2經(jīng)檢驗(yàn)小于100-150 N/mm2小頭應(yīng)力的校核當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于額定工況時(shí)，連桿小頭的最大拉伸作用力為：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于起動(dòng)工況時(shí)固定角 在的截面上 (0.57232

10、15.64=2.47計(jì)算截面拉伸力引起的法向力和彎矩為：小頭壁厚為； 由拉伸作用在外表上產(chǎn)生的應(yīng)力為：取點(diǎn)火提前角為：連桿小頭的合力為：計(jì)算截面中由壓縮力引起的法向力和彎矩： =不對(duì)稱循環(huán)的最大與最小應(yīng)力為：平均應(yīng)力及應(yīng)力幅：又由n 材料在對(duì)稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，取=200應(yīng)力幅；平均應(yīng)力；考慮表面加工情況的工藝系數(shù)，其值在0.40.6之間，取角系數(shù)，材料在對(duì)稱循環(huán)下的彎曲疲勞極限，對(duì)于鋼，則取算得n=2.299 1.5 則小頭合格4.2.2連桿大頭的強(qiáng)度計(jì)算連桿大頭受慣性力拉伸載荷：式中、分別是活塞組、連桿組往復(fù)部分、連桿旋轉(zhuǎn)部分及連桿大頭下半部分的重量。取則彎曲應(yīng)力為： 式中計(jì)算斷面的抗彎曲斷面模數(shù)，取計(jì)算圓環(huán)的曲率半徑，計(jì)算可得、大頭及軸承中央截面面積，計(jì)算可得查袁兆成內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的值在1500020000N·m之間，合格。5小結(jié)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)連桿組的設(shè)計(jì)，是在我們學(xué)習(xí)了工程制圖、汽車構(gòu)造、內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)、內(nèi)燃機(jī)性能提高以及大二和大三進(jìn)行過(guò)的課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上的一次專業(yè)課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了許多大三、大四都沒(méi)來(lái)得及好好學(xué)的關(guān)鍵內(nèi)容，而且在實(shí)踐中運(yùn)用，更是令我印象深刻，深切體會(huì)到課程設(shè)計(jì)并非以前所想像的那樣紙上談兵。所有理論、公式都是為實(shí)踐操作而誕生的。可以說(shuō)是對(duì)我所學(xué)知識(shí)的一次很好的鞏固和回憶，并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我還學(xué)會(huì)了查詢各種工具書(shū)的方法，提高了