發(fā)動機原理課程大作業(yè)

PAGE1發(fā)動機原理課程作業(yè)題目：曲柄連桿機構(gòu)的運動分析姓名班級：學(xué)號：成績評閱人前言（緒論）1.1曲柄連桿機構(gòu)的作用曲柄連桿機構(gòu)的作用是提供\o"燃燒"燃燒場所，把燃料燃燒后氣體作用在活塞頂上的膨脹壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，不斷輸出動力。曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件。在作功沖程，它將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能活塞往復(fù)運動、曲軸旋轉(zhuǎn)運動而轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，對外輸出動力；在其他沖程，則依靠曲柄和飛輪的轉(zhuǎn)動慣性、通過連桿帶動活塞上下運動，為下一次作功創(chuàng)造條件。1.2曲柄連桿機構(gòu)的組成曲柄連桿機構(gòu)由機體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組三部分組成。機體組是構(gòu)成發(fā)動機的骨架，是發(fā)動機各機構(gòu)和各系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)，其內(nèi)、外安裝著發(fā)動機的所有主要零件和附件，承受各種載荷。因此，機體必須要有足夠的強度和剛度。其主要部分為氣缸體，它是發(fā)動機各個機構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體，是發(fā)動機中最重要的一個部件。氣缸體有水冷式缸體和風(fēng)冷式氣缸體。水冷式氣缸體一般與上曲軸箱鑄成一體。氣缸體有直列、V形和水平對置三種形式，在汽車上常用直列和V形兩種。為了材料上的經(jīng)濟性，廣泛采用缸體內(nèi)鑲?cè)霘飧滋讈硇纬蓺飧坠ぷ鞅砻?。這樣，缸套可用耐磨性較好的合金鑄鐵或合金鋼制造，以延長氣缸使用壽命，而缸體可用價格較低的普通鑄鐵或鋁合金材料制造。活塞組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷等組成。活塞呈圓柱形，上面裝有活塞環(huán)，借以在活塞往復(fù)運動時密閉氣缸。上面的幾道活塞環(huán)稱為氣環(huán)，用來封閉氣缸，防止氣缸內(nèi)的氣體漏泄，下面的環(huán)稱為油環(huán)，用來將氣缸壁上的多余的潤滑油刮下，防止?jié)櫥透Z入氣缸。活塞銷呈圓筒形，它穿入活塞上的銷孔和連桿小頭中，將活塞和連桿聯(lián)接起來。連桿大頭端分成兩半，由連桿螺釘聯(lián)接起來，它與曲軸的曲柄銷相連。連桿工作時，連桿小頭端隨活塞作往復(fù)運動，連桿大頭端隨曲柄銷繞曲軸軸線作旋轉(zhuǎn)運動，連桿大小頭間的桿身作復(fù)雜的搖擺運動。曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪和一些附件組成，它一般采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼或中碳合金鋼等強度、沖擊韌性和耐磨性較好的材料模鍛而成。曲軸的作用是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，并將膨脹行程所作的功，通過安裝在曲軸后端上的飛輪傳遞出去。飛輪能儲存能量，使活塞的其他行程能正常工作，并使曲軸旋轉(zhuǎn)均勻。為了平衡慣性力和減輕內(nèi)燃機的振動，在曲軸的曲柄上還適當裝置平衡質(zhì)量。曲柄連桿機構(gòu)的設(shè)計與運動分析2.1、曲柄連桿機構(gòu)的方案選擇內(nèi)燃機中采用曲柄連桿機構(gòu)的型式很多，按運動學(xué)觀點可分為三類，即:中心曲柄連桿機構(gòu)、偏心曲柄連桿機構(gòu)和主副連桿式曲柄連桿機構(gòu)。（1）中心曲柄連桿機構(gòu)其特點是氣缸中心線通過曲軸的旋轉(zhuǎn)中心，并垂直于曲柄的回轉(zhuǎn)軸線。這種型式的曲柄連桿機構(gòu)在內(nèi)燃機中應(yīng)用最為廣泛。一般的單列式內(nèi)燃機，采用并列連桿與叉形連桿的V形內(nèi)燃機，以及對置式活塞內(nèi)燃機的曲柄連桿機構(gòu)都屬于這一類，較為常用。（2）偏心曲柄連桿機構(gòu)其特點是氣缸中心線垂直于曲軸的回轉(zhuǎn)中心線，但不通過曲軸的回轉(zhuǎn)中心，氣缸中心線距離曲軸的回轉(zhuǎn)軸線具有一偏移量e。這種曲柄連桿機構(gòu)可以減小膨脹行程中活塞與氣缸壁間的最大側(cè)壓力，使活塞在膨脹行程與壓縮行程時作用在氣缸壁兩側(cè)的側(cè)壓力大小比較均勻。（3）主副連桿式曲柄連桿機構(gòu)其特點是內(nèi)燃機的一列氣缸用主連桿，其它各列氣缸則用副連桿，這些連桿的下端不是直接接在曲柄銷上，而是通過副連桿銷裝在主連桿的大頭上，形成了“關(guān)節(jié)式”運動，所以這種機構(gòu)有時也稱為“關(guān)節(jié)曲柄連桿機構(gòu)”。在關(guān)節(jié)曲柄連桿機構(gòu)中，一個曲柄可以同時帶動幾套副連桿和活塞，這種結(jié)構(gòu)可使內(nèi)燃機長度縮短，結(jié)構(gòu)緊湊，廣泛的應(yīng)用于大功率的坦克和機車用V形內(nèi)燃機[8]。在此以應(yīng)用最多的中心曲柄連桿機構(gòu)為例來分析曲柄連桿機構(gòu)的運動特性。通常情況下活塞采用鋁合金制造，連桿一般用中碳鋼或合金鋼經(jīng)模鍛或輥鍛而成，然后再進行機械加工和熱處理。取曲柄長度為100mm,連桿長度為350mm。2.2、曲柄連桿機構(gòu)的運動計算中心曲柄連桿機構(gòu)簡圖如圖1所示，圖1中氣缸中心線通過曲軸中心O，OB為曲柄，AB為連桿，B為曲柄銷中心，A為連桿小頭孔中心或活塞銷中心。當曲柄按等角速度旋轉(zhuǎn)時，曲柄OB上任意點都以O(shè)點為圓心做等速旋轉(zhuǎn)運動，活塞A點沿氣缸中心線做往復(fù)運動，連桿AB則做復(fù)合的平面運動，其大頭B點與曲柄一端相連，做等速的旋轉(zhuǎn)運動，而連桿小頭與活塞相連，做往復(fù)運動。在實際分析中，為使問題簡單化，一般將連桿簡化為分別集中于連桿大頭和小頭的兩個集中質(zhì)量，認為它們分別做旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運動，這樣就不需要對連桿的運動規(guī)律進行單獨研究。圖1曲柄連桿機構(gòu)運動簡圖活塞做往復(fù)運動時，其速度和加速度是變化的。它的速度和加速度的數(shù)值以及變化規(guī)律對曲柄連桿機構(gòu)以及發(fā)動機整體工作有很大影響，因此，研究曲柄連桿機構(gòu)運動規(guī)律的主要任務(wù)就是研究活塞的運動規(guī)律。設(shè)其曲柄半徑R=100mm，連桿長度L=400mm，連桿比=R/L=1/4在1/3~1/5之間，滿足要求。由于這里不考慮速度對其運動規(guī)律的影響，故設(shè)其勻速旋轉(zhuǎn)的速度ω=1/s。（1）活塞位移假設(shè)在某一時刻，曲柄轉(zhuǎn)角為，并按順時針方向旋轉(zhuǎn)，連桿軸線在其運動平面內(nèi)偏離氣缸軸線的角度為，如圖5所示。此時活塞的位移x為:x===(r+)=式中：—連桿比。經(jīng)過簡化換算之后得：帶入數(shù)據(jù)得:（2）活塞的速度活塞位移公式對時間t進行微分，即可求得活塞速度的精確值為將上式對時間微分，便可求得活塞速度得近似公式為：帶入數(shù)據(jù)得：（3）活塞的加速度將速度公式對時間微分，可求得活塞加速度的精確值為：將上式對時間為微分，可求得活塞加速度的近似值為：帶入數(shù)據(jù)得：2.3、曲柄連桿機構(gòu)的運動仿真（1）活塞位移圖2活塞位移運動規(guī)律當=時，活塞銷中心A在最上面的位置A1，此位置稱為上止點。當=180時，A點在最下面的位置A2，此位置稱為下止點（2）活塞的速度圖3活塞速度運動規(guī)律當或時，活塞速度為零，活塞在這兩點改變運動方向。當時，，此時活塞得速度等于曲柄銷中心的圓周速度。（3）活塞的加速度