5發(fā)動機(jī)綜合實踐

1、發(fā)動機(jī)綜合實踐設(shè)計說明書姓名:1、發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計設(shè)計四沖程汽油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，初始條件為：(1) 平均有效壓力：；(2) 活塞的平均速度：；(3) 缸徑和行程：4缸、缸徑65.5mm，行程70mm。1.1、發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)形式(1) 發(fā)動機(jī)冷卻形式選擇發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)按冷卻介質(zhì)不同分為水冷式和風(fēng)冷式。 水冷式以冷卻液作為 冷卻介質(zhì)。冷卻強度大，易調(diào)節(jié)，便于冬季啟動。廣泛用于汽車發(fā)動機(jī)；風(fēng)冷式 以空氣作為冷卻介質(zhì)。冷卻效果差，噪音大，功耗大。僅用于小排量和軍車發(fā)動 機(jī)。發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)按冷卻介質(zhì)的循環(huán)狀態(tài)不同分為自然冷卻式和強制冷卻式。 自然冷卻式是由冷卻介質(zhì)自然流動進(jìn)行散熱的冷卻方式。 主要用于小

2、型動力， 如 摩托車、手扶拖拉機(jī)等；強制冷卻式是由機(jī)械設(shè)備強制冷卻介質(zhì)循環(huán)流動進(jìn)行散 熱的冷卻方式。 工作更加可靠， 受周圍環(huán)境溫度的影響較小。 廣泛適用于各種類 型的汽車。因此，本次設(shè)計選擇強制水冷式冷卻系統(tǒng)。（ 2）氣缸布置形式的選擇氣缸布置主要形式有直列式、V型、W型、水平對置式等。直列式：所有氣缸按同一角度并排成一個平面， 并且只使用一個氣缸蓋。 結(jié) 構(gòu)簡單，尺寸緊湊，價格便宜。缺點是發(fā)動機(jī)高度較高，長度較長，功率較低， 并不適合配備 6 缸以上的車型。V型：將所有氣缸分成兩組，把相鄰氣缸以一定夾角布置一起（左右兩列氣 缸中心線的夾角小于 180°，通常為 60°）

3、，使兩組氣缸形成一個夾角的平面， 從側(cè)面看氣缸呈V字形。發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)，振動與噪聲較小，高度較低，長 度較短，能為駕乘艙留出更大的空間。 缺點是必須使用兩個氣缸蓋， 結(jié)構(gòu)相對復(fù) 雜，價格也較貴。W型：將V型發(fā)動機(jī)的每側(cè)氣缸進(jìn)行小角度的錯開，就成了 W型發(fā)動機(jī)?；?者說W型發(fā)動機(jī)的氣缸排列形式是由兩個小 V形組成一個大V形,兩組V型發(fā)動 機(jī)共用一根曲軸。這種發(fā)動機(jī)長度短，重量輕，振動與噪聲較小，高度較低，長 度較短，能為駕乘艙留出更大的空間，缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格也較貴。水平對置式：水平對置發(fā)動機(jī)的氣缸夾角為 180°。兩側(cè)活塞產(chǎn)生的力矩相 互抵消，大大降低車輛運行中的振動，減少噪音

4、，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速得到很大提升，油 耗較低。發(fā)動機(jī)的整體高度降低、長度縮短、整車的重心降低，車輛行駛更加平 穩(wěn)，適合運動型轎車或跑車。 缺點是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜， 機(jī)油潤滑等問題很難解決。綜合考慮，本次設(shè)計氣缸布置形式選擇直列式。1.2 、發(fā)動機(jī)基本參數(shù)的確定（1）曲柄半徑2）氣缸工作容積3）燃燒室容積目前，國內(nèi)汽油機(jī)的壓縮比的范圍是 612,取。4）氣缸總?cè)莘e5）發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速和角速度 由和得，。取，可求出，。6）發(fā)動機(jī)有效功率取，則。7）升功率2、運動學(xué)計算在往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)中基本上采用三種曲柄連桿機(jī)構(gòu)：中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)， 偏心曲柄連桿機(jī)構(gòu)和關(guān)節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)。 其中中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用最廣泛。 本 次

5、設(shè)計選擇中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)。,取。則連桿長度。根據(jù)公式，利用Exce每隔1° 曲軸轉(zhuǎn)角計算并記錄活塞位移、活塞速度及活塞加速度數(shù)據(jù)（見附表 1 ），并用Origin 做出相應(yīng)曲線圖。2.1 、活塞位移公式：圖2-1活塞位移曲線圖2.2、活塞速度公式:>圖2-2活塞速度曲線圖2.3、活塞加速度0公式:圖2-3活塞加速度曲線圖3、熱力學(xué)計算通常根據(jù)內(nèi)燃機(jī)所用的燃料，混合氣形成方式，缸內(nèi)燃燒過程（加熱方式） 等特點，把汽油機(jī)實際循環(huán)簡化為等容加熱循環(huán)。汽油機(jī)的工作過程包括進(jìn)氣、 壓縮、作功和排氣四個過程。在本設(shè)計過程中，先確定熱力循環(huán)基本參數(shù)然后對 壓縮和膨脹過程進(jìn)行計算，繪制圖并校核

6、。3.1、確定熱力循環(huán)基本參數(shù)把壓縮過程和膨脹過程簡化為絕熱過程。壓縮過程絕熱指數(shù)一般在1.281.35之間，取。膨脹過程絕熱指數(shù)一般在1.311.41之間，取。壓力升高比一般在79之間，取。3.2、壓縮行程壓縮行程起始點壓力值，為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫χ?。假設(shè)，取。由得，。由得，。根據(jù)和。在壓縮行程每隔1°取一個曲軸轉(zhuǎn)角，利用Excle計算、并記錄數(shù)據(jù)（見附表1）。3.3、作功過程由得，。根據(jù)和。在作功行程每隔1°取一個曲軸轉(zhuǎn)角，利用Excle計算、并記錄數(shù) 據(jù)（見附表1）。3.4、繪制理想圖根據(jù)壓縮行程和作功過程、數(shù)據(jù)，利用Origin繪制理想圖。0圖3-1理想圖3.5、理想圖修

7、正采取了點火提前、排氣提前。，取點火提前角為25 °。，取排氣提前角為60 °。為了使發(fā)動機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最優(yōu)，點火提前角：常用的范圍是20。30排氣提前角：常用的范圍是40°80在實際過程中，最大爆發(fā)壓力點不在上止點處，而是在上止點之后 12° 15°，這樣才能達(dá)到充分利用燃料燃燒的能量。 在此選取實際過程中的最大爆發(fā) 壓力點發(fā)生在上止點之后12°，此時實際的最大爆發(fā)壓力取理論值的 3/5，根據(jù)修正后的壓縮行程和作功過程、數(shù)據(jù)，利用Origin繪制實際圖。圖3-2實際圖3.6、指示功計算所以實際圖上曲線所包圍的面積表示工質(zhì)完成一

8、個工作循環(huán)所做的指示功。通過實際圖所包圍的格數(shù)就可以求出該示功圖下指示功的大小。冋圖3-3實際圖（帶格子）圖3-3中每一小格代表，實際圖所包圍的格數(shù)是 50個。 因此，指示功。平均指示壓力，機(jī)械效率，取。平均有效壓力，在之間，能達(dá)到設(shè)計要求。3.7、圖轉(zhuǎn)換為圖缸內(nèi)氣體壓力隨著曲軸轉(zhuǎn)角的變化而變化，用圖表示缸內(nèi)氣體壓力隨曲軸轉(zhuǎn) 角的變化規(guī)律。由于已知曲軸轉(zhuǎn)角和活塞位移的關(guān)系，又由公式，可以得到、之間的關(guān)系，此P為實際壓力，所以可以將圖轉(zhuǎn)換為圖。利用Origin繪制出來。 則進(jìn)行質(zhì)量換算。3個條件決定三個未知數(shù)，可用位于比較方便的位置上即連桿 小頭，大頭和質(zhì)心處三個質(zhì)量來代替連桿。實際結(jié)果表明m3

9、與m2、m相比很小,4、動力學(xué)計算4.1質(zhì)量轉(zhuǎn)換9圖3-4圖沿氣缸軸線作直線運動的活塞組零件， 可以按質(zhì)量不變的原則簡單相加，并 集中在活塞銷中心。mP叫mip粗略計算，將活塞看做薄壁圓:D2 D 2L24（公式12）其中D=65.5mmL為活塞厚度L=6mm活塞材料為共晶鋁合金：p =2.7g/cm3，H 為活塞高度 H= (0.81.0 ) D=65.5=59mm 得勻速旋轉(zhuǎn)的曲拐質(zhì)量，可以按產(chǎn)生離心力不變的原則換算，并集中在曲柄銷的中心。mc（公式13）做平面運動的連桿組，根據(jù)動力學(xué)等效性的質(zhì)量，質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量守恒三原為簡化受力分析，常用集中在連桿小頭和大頭的2個質(zhì)量代替連桿mL L L

10、2（公式14）m2m1（公式15）往復(fù)質(zhì)量:mj mipmi（公式16）旋轉(zhuǎn)質(zhì)量:（公式17）mYmcm24.2作用在活塞上的力作用在活塞銷中心的力，是Fg和Fj的合力，F(xiàn)g為氣體作用力，F(xiàn)j為往復(fù) 慣性力。（1）氣體力（公式18）P活塞頂上的壓力，P。-活塞背壓（2）慣性力往復(fù)慣性力:Fj在機(jī)構(gòu)中的傳遞情況與Fg很相似，F(xiàn)j也使機(jī)構(gòu)受負(fù)荷，也產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和傾覆力矩，由于Fj對汽缸蓋沒有作用，所以它不能在機(jī)內(nèi)自行抵消，是向外表現(xiàn) 的力，需要由軸承承受。則由于活塞和連桿小頭的往復(fù)運動而引起的往復(fù)慣性力Fj的大?。篎j和曲軸轉(zhuǎn)角a滿足下列關(guān)系式，即（公式19）2Fjmj a 0.1951 r cos

11、cos 2應(yīng)用EXCEL求解相關(guān)數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)記錄在附錄中）作出下圖9圖4-1往復(fù)慣性力（3）旋轉(zhuǎn)慣性力Fr=mrr co2,當(dāng)曲軸角速度不變時，F(xiàn)r大小不變，其方向總是沿著曲軸半徑向外。如果不用結(jié)構(gòu)措施（如平衡塊）消除，它也是自由力，使曲軸軸承和內(nèi)燃 機(jī)承受支反力，它不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和傾覆力矩。在本次設(shè)計中，用平衡塊結(jié)構(gòu)措施消 除，所以在計算中可以忽略它。作用在活塞銷中心的力，是 Fj和Fp合力。即F= Fj+Fp。把該力分解到連Pk桿方向P2和垂直于氣缸中心線方向P1。連桿方向的力P1沿連桿傳遞到連桿大頭，該力以同樣的方向和大小作用在曲柄銷上。把 P1分解到曲柄銷半徑方向和垂直于曲柄銷半徑方向Pt。

12、其中各力在大小上滿足下列關(guān)系式:側(cè)壓力P1P ta nPP2連桿力cosPtP? sin切向力PkP2 cos徑向力P si ncosP coscos（公式（公式（公式20)（公式23）a-1 o o o Q o £ ITO 0 lOU 7UU luff 4ua W GOU 700圖4-2側(cè)壓力圖TuUTOO Ml JUJ WO XJUaxr圖4-3連桿力圖圖4-4切向力圖圖4-5徑向力圖5、活塞的設(shè)計活塞的主要功用是承受燃燒氣體壓力，并將此力通過活塞銷傳給連桿以推動 曲軸旋轉(zhuǎn)。此外活塞頂部與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室。活塞是發(fā)動機(jī)中工 作條件最嚴(yán)酷的零件。作用在活塞上的氣體力和往

13、復(fù)慣性力周期性變化且最大值 都很大；活塞頂與高溫燃燒氣體直接接觸， 使活塞頂溫度很高，活塞各部溫差很 大；活塞在側(cè)壓力作用下沿氣缸壁面高速滑動，由于潤滑條件差，磨損嚴(yán)重。因此，活塞結(jié)構(gòu)及所用材料應(yīng)滿足下列要求：（1）活塞應(yīng)具有足夠的強度和剛度、合理的形狀和壁厚。合理的活塞裙部形狀， 可以獲得最佳的配合間隙?；钊|(zhì)量要盡可能小。（2）受熱面積小、散熱好。高強化發(fā)動機(jī)的活塞應(yīng)進(jìn)行冷卻。（3）活塞材料應(yīng)該具有熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性能好、比重小，減磨性好和熱強 度好的特點。5.1、活塞材料的選擇現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)廣泛采用鋁合金活塞。目前鋁合金活塞多采用含硅12%左右的共晶鋁硅合金和含硅 18%23%的過共晶

14、鋁硅合金制造，外加鎳和銅，以 提高熱穩(wěn)定性和高溫力學(xué)性能。本次設(shè)計選取共晶鋁硅合金作為活塞材料，其密 度為。工圖*活塞主要尺寸圖2Jn龍診忽 N左磁W扌-Ii5.2、活塞總高度的確定活塞的總高度H決定了活塞的質(zhì)量以及往復(fù)運動的慣性力，影響活塞裙部的 承壓面積。H的設(shè)計原則是盡可能設(shè)計得小些，這樣可減少往復(fù)運動質(zhì)量并降低 發(fā)動機(jī)高度。四沖程汽油機(jī)活塞總高度，取。5.3、壓縮高度的確定壓縮高度決定活塞銷的位置。由火力岸高度、環(huán)帶高度以及上裙尺寸三部分組成。汽油機(jī)活塞壓縮高度，取。5.3.1、活塞環(huán)數(shù)確定活塞環(huán)數(shù)目對活塞頭部的高度 H 1有很大影響，目前汽油機(jī)發(fā)動機(jī)一般用23道氣環(huán)和1道油環(huán)。本次課

15、程設(shè)計采用2道氣環(huán)和1道油環(huán)的方式。5.3.2、火力岸高度的確定為縮小，希望盡可能小。但過小會使第一環(huán)溫度過高，導(dǎo)致活塞環(huán)彈性松弛、 粘結(jié)等故障。汽油機(jī)火力岸高度，取。5.3.3、環(huán)帶高度的確定環(huán)帶高度取決于活塞環(huán)的數(shù)目、活塞環(huán)槽軸向高度以及環(huán)岸高度。為了減小活塞高度，活塞環(huán)槽軸向高度應(yīng)盡可能減小，這樣活塞環(huán)慣性力也小，可以減輕對環(huán)槽側(cè)面的沖擊， 有利于提高環(huán)槽耐久性。 但活塞環(huán)槽軸向高度 太小，制環(huán)工藝?yán)щy。一般情況下，氣環(huán)槽軸向高度為 23mm油環(huán)槽軸向高 度為46mm取氣環(huán)槽軸向高度，油環(huán)的軸向高度。環(huán)岸的高度要求有足夠的強度， 保證在氣體壓力的負(fù)荷下不被破壞。 第一環(huán) 岸受到的負(fù)荷最大

16、，溫度最高，所以第一環(huán)岸高度最大。一般情況下， 。取第一環(huán)岸，第二環(huán)岸。所以環(huán)帶高度。5.3.4 、上裙部長度的確定 上裙部長度。5.4 、活塞頂部形狀和厚度的確定 活塞頂?shù)男螤钪饕Q于燃燒室的選擇和設(shè)計。 為減輕活塞組的熱負(fù)荷和應(yīng) 力集中，希望采用受熱面積最小、加工最簡單的活塞頂形狀，即平頂。大多數(shù)汽 油機(jī)采用平頂活塞。 對于直噴式高速柴油機(jī)， 由于混合氣形成的需要， 活塞頂上 應(yīng)設(shè)有一定深度的凹坑作為燃燒室。本次設(shè)計活塞頂部形狀采用平頂?；钊敽穸热Q于活塞向外傳熱條件和活塞剛度。 一般來說， 汽油機(jī)活塞頂 最小厚度， 取?；钊斀邮艿臒崃恐饕ㄟ^活塞環(huán)傳出。 所以活塞頂厚度應(yīng)從中 央到

17、四周逐漸加大，而且過渡圓角要足夠大。 使活塞吸收的熱量能被順利地導(dǎo)至第二、 三環(huán)，減輕第一環(huán)熱負(fù)荷， 溫度。并降低最高5.5 、活塞裙部長度的確定活塞裙部長度5.2.2.5 活塞頂部厚度 的確定活塞頂部厚度應(yīng)根據(jù)活塞頂?shù)膽?yīng)力、 剛度以及散熱要求來決定。根據(jù)楊連生主編內(nèi)燃機(jī)設(shè)計第295頁可知： =(0.060.10 ) D，取 =5mn(/D=0.076)5.6 活塞裙部及其側(cè)面形狀設(shè)計5.6.1 裙部橢圓發(fā)動機(jī)工作時，活塞在側(cè)壓力的作用下會發(fā)生機(jī)械變形， 而活塞受熱膨脹時，由于溫度場的不均勻還會產(chǎn)生熱變形。 這兩種變形的結(jié)果都是使活塞裙部沿活塞銷孔軸線方向的尺寸增大。同時氣缸在側(cè)壓力的作用下的

18、變形是沿活塞銷軸線方 向縮短，因此為了使活塞在工作時，活塞裙部能接近正圓形與氣缸相適應(yīng)， 應(yīng)將 裙部的橫截面設(shè)計成橢圓形，并使其長軸與活塞銷孔軸線垂直。這樣同時保證了 活塞由足夠的承壓面積，防止活塞被拉毛或過度磨損。常見的橢圓規(guī)律有：單橢圓規(guī)律和雙橢圓規(guī)律單橢圓規(guī)律：e0 D (1 COS2 )4e。表示裙部的切削量，D-d= 表示活塞裙部的橢圓度。橢圓的具體數(shù)值對于不同的發(fā)動機(jī)不同，推薦值為0.160.24mm左右，按單橢圓規(guī)律來設(shè)計活塞裙部的形狀，取 =0.2mm5.6.2活塞與氣缸的配合間隙活塞與氣缸的間隙大小影響既有的消耗量、噪聲、漏氣量、活塞與氣缸套的 磨損以及活塞的冷卻?；钊c氣缸

19、的間隙過大會使活塞與氣缸中間產(chǎn)生敲擊現(xiàn)象, 過小會引起活塞的損傷和拉缸。活塞各部位與氣缸之間的間隙是不同的。 最重要的是活塞頂部的間隙和垂直 于銷孔方向的裙部間隙。減小活塞頂部的間隙可以降低活塞頭部以及第一環(huán)的熱 負(fù)荷，減小裙部的間隙可以降低發(fā)動機(jī)的噪聲。根據(jù)楊連生主編內(nèi)燃機(jī)設(shè)計第 300頁可知:活塞頂部的間隙：共晶鋁硅合金約為 0.006D，取0.393mm活塞裙部的間隙：鑲鑄鐵缸套的鋁氣缸約為（0.000830.0116 ） D,取 0.065mm5.7活塞質(zhì)量計算將活塞簡化為薄壁圓筒，從而計算出其體積和質(zhì)量?；钊w積V=式中D活塞外徑，活塞厚度,H活塞高度，D=65mm=5mmH=59m

20、m活塞質(zhì)量式中活塞密度， =2.7g/計算得 mp=150.1g5.8 、活塞銷的設(shè)計5.8.1 活塞銷的材料活塞銷的材料一般為低碳合金鋼，15Cr、20 Cr、20Mn 20CrMnMo等，在 7.85g / cm3 。5.8.2 活塞銷與銷座的結(jié)構(gòu)設(shè)計此選取 20 Cr ，其密度為據(jù)楊連生版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計第 318 頁可知：活塞銷外徑di / D = 的范圍是 0.25 0.30，取 =0.27.則活塞銷外徑d1 即為連桿小頭孔內(nèi)徑，活塞銷內(nèi)徑 d2=（0.650.75）d1 ，取d2 12mm( d2 / d1 =0.68)活塞銷長度1=(0.70 0.85)D，取 l=52.4mm (l/

21、D=0.80)5.8.3 活塞銷與銷座的配合活塞銷與銷座之間的間隙在（ 0.00030.0005）d1 范圍內(nèi)，取 =0.0004 d1 =0.0004 X 17.6mm=0.00704mm由于存在有一定的過盈量，采用分組裝配時，過盈量或間隙值應(yīng)控制在0.0025 0.0075mm之間。5.8.4 活塞銷質(zhì)量活塞銷的質(zhì)量為：6、連桿的設(shè)計連桿總成的作用是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動， 并把作用在活 塞上的力傳給曲軸。連桿主要承受氣體壓力和活塞組往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷。此外，由連 桿變速擺動而產(chǎn)生的慣性力矩， 還使連桿承受數(shù)值較小的彎矩 （一般強度計算被 忽略）。如果連桿在交變載荷的

22、作用下發(fā)生斷裂，則將招致惡性破壞事故，甚至 整臺發(fā)動機(jī)報廢；如果連桿剛度不足，則會對曲軸連桿的工作帶來不好的影響。這就要求連桿在設(shè)計時，在盡可能輕巧的結(jié)構(gòu)下保證足夠的剛度和強度。為此, 必須選用較強的材料和合理的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸，并采取表面強化措施。7.1連桿的材料為了保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強度，一般多用精選含碳 量高的優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼 45模鍛，只有在特別強化且產(chǎn)量不太大的柴油機(jī)中用40Cr等合金鋼。由于本次設(shè)計的單缸機(jī)轉(zhuǎn)速、升功率較高，故連桿選用40MnB合金鋼鍛造，在機(jī)械加工前應(yīng)經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，以得到較高的綜合機(jī)械性能，既強又連桿還必韌。為了提高連桿的疲勞強度，不經(jīng)機(jī)械加工的表

23、面應(yīng)經(jīng)過噴丸處理。須經(jīng)過磁力探傷檢驗，以求工作可靠。對于連桿的形狀設(shè)計、過渡圓滑性、毛皮表面質(zhì)量等，必須給以更多的注意。纖維無環(huán)曲及連桿縱斷面內(nèi)宏觀金相組織要求金屬纖維方向與連桿外形相符合, 中斷現(xiàn)象。7.2連桿的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計連桿由連桿小頭、桿身和連桿大頭組成，主要結(jié)構(gòu)尺寸如下圖*所示:Blft圖*連桿主要尺寸圖721連桿小頭連桿小頭采用薄壁圓環(huán)結(jié)構(gòu)，小頭孔內(nèi)壓有青銅襯套。參考內(nèi)燃機(jī)設(shè)計（楊 連生），連桿小頭的尺寸比例如下:襯套內(nèi)徑由活塞銷外徑?jīng)Q定，=17.6mm襯套厚度：S = 2連桿小頭內(nèi)徑/襯套外徑：d = aOEl.l町di連桿小頭外徑：D丄工（la1-亦）連桿小頭寬度：B= （1.2

24、-1.4）g根據(jù)以上要求，設(shè)計連桿小頭尺寸如下:=16.6mm ； d=19mm 耳=26inm;連桿小頭質(zhì)量：叫=卩3于（D-d） Bl，其中P出= 7.9g/cn?；故。連桿的潤滑方式：飛濺潤滑，在連桿小頭開設(shè)集油孔。722連桿桿身高速內(nèi)燃機(jī)連桿桿身斷面都是“ I”字形的，而且其長軸應(yīng)在連桿擺動平面內(nèi)。從制造工藝方面看，“I ”字形截面連桿桿身到小頭和大頭的過渡圓角處必須 有足夠大的圓角半徑。“I ”字形斷面的平均相對高度 H/D=0.20.3，高寬比H/B=1.41.8。一般把桿身斷面H從小到大逐漸加大，H值最大到1.3左右。連桿長度由曲柄連桿比入來確定，而kH，值越大，連桿越短，貝U發(fā)

25、動機(jī)l=35/0.28=125mm。高度越小。；值的范圍1/31/4，取A = 0.2&，則連桿長度:連桿桿身設(shè)計尺寸：H=16mmB=10mm l=125mm貝U，7.2.3連桿大頭連桿大頭的結(jié)構(gòu)與尺寸基本上決定了曲柄銷直徑D2長度B2、連桿軸瓦厚度等等，對曲軸的強度、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)生的離心力會使連桿軸承、 主軸承 負(fù)荷增大，磨損加劇，有時還不得不為此而增加平衡重，給曲軸設(shè)計帶來困難, 因此在設(shè)計連桿大頭時，應(yīng)在保證強度和剛度的條件下，尺寸盡量小，重量盡量 輕。連桿大頭內(nèi)徑，參考楊連生版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計設(shè)計，0.55

26、 0.65，取D連桿大頭外徑，參考楊連生版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計設(shè)計，0.60 0.68，取D 2 =0.6 5D=42.6mm連桿螺栓孔間距離，參考楊連生版內(nèi)燃機(jī)設(shè)計設(shè)計，C/ D 2 =1.21.25,取 C=1.22D' 2 = 52mm連桿大頭寬度：。8.曲軸的設(shè)計8.1曲軸的工作條件、結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇8.1.1曲軸的工作條件和設(shè)計要求曲軸是在不斷周期性的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量的慣性力以及它們的 力矩（扭轉(zhuǎn)和彎曲）共同作用下工作的，使曲軸既扭轉(zhuǎn)又彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀 態(tài)。對于各種曲軸，彎曲載荷具有決定性意義，而扭轉(zhuǎn)載荷僅占次要地位，曲軸 破壞統(tǒng)計表明，80%左右是由彎曲疲勞產(chǎn)生的

27、。因此，曲軸結(jié)構(gòu)強度研究的重點是彎曲疲勞強度。設(shè)計曲軸時，應(yīng)保證它有盡可能高的彎曲強度和扭轉(zhuǎn)剛度。要 使它具有足夠的疲勞強度，特別要注意強化應(yīng)力集中部位，設(shè)法緩和應(yīng)力集中現(xiàn) 象，也就是采用局部強化的方法來解決曲軸強度不足的矛盾。曲軸各軸頸在很高的比壓下，以很大的相對速度在軸承中發(fā)生滑動摩擦。 這些軸 承在實際變工況運轉(zhuǎn)條件下并不總能保證液體摩擦，尤其當(dāng)潤滑不潔凈時，軸頸 表面遭到強烈的磨料磨損，使得曲軸的實際使用壽命大大降低。所以設(shè)計曲軸時, 要使其各摩擦表面耐磨，各軸頸應(yīng)具有足夠的承壓面積同時給予盡可能好的工作 條件。8.1.2曲軸的結(jié)構(gòu)型式曲軸從整體結(jié)構(gòu)上看可以分為整體式和組合式，隨著復(fù)雜

28、結(jié)構(gòu)鑄造和鍛造技 術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)幾乎全部都用整體式曲軸。 從支承方式看，曲軸有全支承 結(jié)構(gòu)和浮動支承結(jié)構(gòu)，為了提高曲軸的彎曲強度和剛度， 現(xiàn)代多缸內(nèi)燃機(jī)的曲軸 都采用全支承結(jié)構(gòu)。8.1.3曲軸的材料曲軸材料一般使用45, 40Cr，35Mn2等中碳鋼和中碳合金鋼。軸頸表面經(jīng)高頻淬火或氮化處理，最后進(jìn)行精加工。目前球磨鑄鐵由于性能優(yōu)良，加工方便， 價格便宜廣泛地用于曲軸材料。本設(shè)計采用 QT800.8.2 曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計8.2.1 主要尺寸綜合以上考慮，確定主要尺寸如下：主軸頸直徑D1=(0.65 0.75)D=46mm主軸頸長度L1=(0.3mm曲柄銷直徑D2=(0.5

29、5 0.65)D=39.3mm曲柄銷長度L2=(0.35 0.45)D2=15.7mm曲柄臂厚度h=(0.2 0.25 ) D=14.4mm曲柄臂寬度b=(0.8 1.2 ) D=80mm根據(jù)主軸頸長度和曲柄銷長度以及曲柄臂的厚度，確定缸心距為L=2h+L1+L2=70.7mm8.2.2 一些細(xì)節(jié)設(shè)計8.2.2.1 油道布置在確定主軸頸上油道入口和曲柄銷上油道出口的位置時， 既要考慮到有利于 供油又要考慮到油孔對軸頸強度的影響最小。 一般油孔只要安排在曲拐平面旋轉(zhuǎn) 前40°90°的低負(fù)荷區(qū)都是合理的，油道不能離軸頸過渡圓角太近。油孔直 徑一般不大于0.1d 2，但最小不得小

30、于5mm孔口不應(yīng)有尖角銳邊，而應(yīng)有不小于 0.04 d 2的圓角以減緩應(yīng)力集中。8.2.2.2 曲軸兩端的結(jié)構(gòu)曲軸前端一般裝有扭轉(zhuǎn)減震器， 發(fā)動機(jī)的各種輔助裝置如機(jī)油泵， 冷卻水泵 等，由安裝在前端的齒輪或皮帶輪驅(qū)動，配氣正時齒輪也安裝在曲軸前端。曲軸末端裝有飛輪，用于輸出總轉(zhuǎn)矩，因此末端要做的粗一些。8.2.2.3 曲軸的止推為了防止曲軸產(chǎn)生軸向位移， 在曲軸機(jī)體之間需要設(shè)置一個止推軸承， 承受斜齒輪的軸向分力和踩離合器產(chǎn)生的軸向推力。 一般將止推軸承設(shè)置在中央軸承的兩側(cè)或后主軸承的兩側(cè)。止推軸承間隙多為0.05-0.2mm。8.2.2.4 過渡圓角主軸頸到曲柄臂的弧度圓角半徑 R對于曲軸彎曲疲勞強度影響很