機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)及仿真建?！救讏D紙】

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1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 近 10 年來(lái)，我國(guó)摩托車(chē)工業(yè)發(fā)展速度更快，一躍成為了世界摩托車(chē) 生產(chǎn)量最大的國(guó)家。而發(fā)動(dòng)機(jī)是摩托車(chē)的心臟，發(fā)動(dòng)機(jī)品質(zhì)的好壞直接帶 動(dòng)著摩托車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展。目前的摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)為二沖程或四沖程汽油機(jī)， 采用風(fēng)冷冷卻，有自然風(fēng)冷與強(qiáng)制風(fēng)冷兩種。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高，升功率大。 氣缸布置有臥式和立式兩種，配氣傳動(dòng)機(jī)構(gòu)按凸輪所在位置又可分為上置 式和下置式二種。 綜上，我以寶雕太子 125 摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)為模型設(shè)計(jì)一款單缸四沖程摩 托車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)，采用自然風(fēng)冷的冷卻方式，配氣機(jī)構(gòu)采用搖臂加頂桿的凸 輪軸下置式的摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，用 CATIA 軟件建模做裝配和運(yùn)動(dòng)仿

2、真。 關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)建模、熱計(jì)算、動(dòng)力分析、強(qiáng)度校核 Abstract Come nearly 10 years, development of industry of our country autocycle 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) II faster, to become the world s largest national motorcycle production. Engine is the heart of motorcycle, engine quality directly drives a motorcycle market development. T

3、he motorcycle engine is two stroke or four stroke gasoline engine, adopting air cooling, natural air cooling and forced air cooling two. Engine high speed, high power per liter. Cylinder arrangement has two kinds of horizontal and vertical, with gas transmission mechanism by the cam location can be

4、divided into upper and lower set two. Therefore, I to Prince 125 motorcycle engine as a model to design a single cylinder four stroke motorcycle engine, adopting natural air cooling method, air distribution mechanism of the arm rod of camshaft type motorcycle engine, and used the CATIA software mode

5、ling assembly and movement simulation. Keywords: the establishment of engine model; heat calculation; dynamic analysis ; strength checking 目 錄 摘 要 .I 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) III Abstract II 第 1 章 緒論 .1 1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展概況.1 1.2 本文主要研究?jī)?nèi)容 1 第 2 章 發(fā)動(dòng)機(jī)的建模 .3 2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)流程 3 2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)典型零部件的設(shè)計(jì)演示 3 2.2.1 活塞的設(shè)計(jì) 3 2.2.2 氣門(mén)彈

6、簧的設(shè)計(jì) 4 2.2.3 正時(shí)齒輪的設(shè)計(jì) 5 2.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的設(shè)計(jì) 5 2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配演示及材質(zhì)的添加 6 2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)的仿真運(yùn)動(dòng)演示 7 2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配模擬制作 8 2.6 發(fā)動(dòng)機(jī)模型的后期制作 8 第 3 章 發(fā)動(dòng)機(jī)熱計(jì)算 10 3.1 換氣過(guò)程計(jì)算 .10 3.2 化學(xué)計(jì)算 .10 3.3 壓縮過(guò)程計(jì)算 .11 3.4 燃燒過(guò)程計(jì)算 .12 3.5 膨脹過(guò)程計(jì)算 .12 3.6 技術(shù)指標(biāo)計(jì)算 .13 第 4 章 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力計(jì)算 14 4.1 活塞的位移、速度、加速度 .14 4.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的質(zhì)量換算 .15 4.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的慣性力 .15 4.4 氣

7、體作用力與往復(fù)慣性力的合成分析 .16 4.5 曲軸、連桿軸頸、主軸頸的受力分析 .16 第 5 章 發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件強(qiáng)度校核 18 5.1 曲軸的強(qiáng)度校核 .18 5.1.1 起動(dòng)瞬時(shí) .19 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 5.1.2 額定工況下，曲拐受最大切向力時(shí) .20 5.1.3 額定工況下，曲拐受最大法向力時(shí) .22 5.1.4 額定工況下，曲拐受最小法向力時(shí) .24 5.2 連桿強(qiáng)度計(jì)算 .25 5.2.1 連桿小頭 .25 5.2.2 連桿桿身 .28 5.3 活塞頂強(qiáng)度計(jì)算 .31 5.3.1 頂部周緣的應(yīng)力 .31 5.3.2 頂部中心應(yīng)力 .32 5.3.3

8、 環(huán)槽截面 XX 的應(yīng)力計(jì)算 32 5.3.4 第一道活塞環(huán)帶的強(qiáng)度計(jì)算 .32 5.3.5 活塞銷(xiāo)孔的最大比壓 .33 5.3.6 活塞裙部單位側(cè)壓力 .33 5.4 活塞銷(xiāo)強(qiáng)度計(jì)算 33 5.4.1 活塞銷(xiāo)的比壓 .33 5.4.2 活塞銷(xiāo)彎曲應(yīng)力及剪應(yīng)力 .34 5.4.3 活塞銷(xiāo)的最大失圓度 .34 5.5 氣缸頭螺栓強(qiáng)度計(jì)算 35 5.5.1 缸頭螺栓的受力 .35 5.5.2 缸頭螺栓的應(yīng)力及安全系數(shù) .36 5.5.3 預(yù)緊力矩的驗(yàn)算 .37 結(jié) 論 38 致 謝 39 參考文獻(xiàn) 40 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) V 全套圖紙，加 153893706 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華

9、德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展概況 發(fā)動(dòng)機(jī)最早誕生在英國(guó)，所以，發(fā)動(dòng)機(jī)的概念也源于英語(yǔ)，它的本義 是指那種“產(chǎn)生動(dòng)力的機(jī)械裝置” 。隨著科技的進(jìn)步，人們不斷地研制出 不同用途多種類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)，但是，不管哪種發(fā)動(dòng)機(jī)，它的基本前提都是 要以某種燃料燃燒來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力。所以，以電為能量來(lái)源的電動(dòng)機(jī)，不屬于 發(fā)動(dòng)機(jī)的范疇?；仡櫚l(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生和發(fā)展的歷史，它經(jīng)歷了外燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī) 兩個(gè)發(fā)展階段。 所謂外燃機(jī)，就是說(shuō)它的燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)的外部燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)將這種 燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，瓦特改良的蒸汽機(jī)就是一種典型的外燃機(jī)， 當(dāng)大量的煤燃燒產(chǎn)生熱能把水加熱成大量的水蒸汽時(shí)，高壓便產(chǎn)生了

10、，然 后這種高壓又推動(dòng)機(jī)械做功，從而完成了熱能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)變。 明白了什么是外燃機(jī)，也就知道了什么是內(nèi)燃機(jī)。這一類(lèi)型的發(fā)動(dòng) 機(jī)與外燃機(jī)的最大不同在于它的燃料在其內(nèi)部燃燒。內(nèi)燃機(jī)的種類(lèi)十分繁 多，我們常見(jiàn)的汽油機(jī)、柴油機(jī)是典型的內(nèi)燃機(jī)。我們不常見(jiàn)的火箭發(fā)動(dòng) 機(jī)和飛機(jī)上裝配的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)也屬于內(nèi)燃機(jī)。不過(guò)，由于動(dòng)力輸出方式 不同，前兩者和后兩者又存在著巨大的差異。一般地，在地面上使用的多 是前者，在空中使用的多是后者。當(dāng)然有些汽車(chē)制造者出于創(chuàng)造世界汽車(chē) 車(chē)速新紀(jì)錄的目的，也在汽車(chē)上裝用過(guò)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，但這總是很特殊的 例子，并不存在批量生產(chǎn)的適用性。 此外還有燃?xì)廨啓C(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)是燃燒產(chǎn)生

11、高壓燃?xì)猓?利用燃?xì)獾母邏和苿?dòng)燃?xì)廨啓C(jī)的葉片旋轉(zhuǎn)，從而輸出動(dòng)力。燃?xì)廨啓C(jī)使用 范圍很廣，但由于很難精細(xì)地調(diào)節(jié)輸出的功率，所以汽車(chē)和摩托車(chē)很少使 用燃?xì)廨啓C(jī)，只有部分賽車(chē)裝用過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)。 人類(lèi)的智慧是無(wú)窮無(wú)盡的，各種新型的發(fā)動(dòng)機(jī)不斷地被研制出來(lái)， 但是，出于安全操控的需要，到目前為止，我們可愛(ài)的摩托車(chē)還只有一種 選擇往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。 1.2 本文主要研究?jī)?nèi)容 1.以太子 125 發(fā)動(dòng)機(jī)為模型，制定總體設(shè)計(jì)方案，用 CATIA 軟件建模， 包括曲軸連桿機(jī)構(gòu)的主要組成部分：活塞、活塞環(huán)、活塞銷(xiāo)、連桿和曲柄； 配氣機(jī)構(gòu)的主要組成部分：凸輪軸、氣門(mén)、氣門(mén)彈簧、正時(shí)齒輪、氣門(mén)頂 桿、搖臂、搖臂軸等等；以及最

12、后發(fā)動(dòng)機(jī)總體殼體的設(shè)計(jì)，做運(yùn)動(dòng)仿真以 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 及裝配過(guò)程的視頻展示(見(jiàn)附件光盤(pán))。 2.整體設(shè)計(jì)完成后用對(duì)其進(jìn)行熱計(jì)算、動(dòng)力分析、以及主要零部件的 強(qiáng)度校核。 第 2 章 發(fā)動(dòng)機(jī)的建模 2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)流程 摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的建模用 CATIA 軟件，主要采用以活塞為中心，自上而 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 下、自?xún)?nèi)向外的建模方法，依次進(jìn)行曲柄連桿組、配氣機(jī)構(gòu)以及最后殼體 的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)是在 CATIA 的裝配件設(shè)計(jì)這個(gè)大的模塊中進(jìn)行，再依次插入 新建零部件進(jìn)行每個(gè)零部件的設(shè)計(jì)，整個(gè)過(guò)程是一邊設(shè)計(jì)一邊裝配的，這 樣可以讓各個(gè)零部件更好的匹配，以滿(mǎn)

13、足整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的整體協(xié)調(diào)性和最后 在 DMU 模塊中更好的做裝配動(dòng)畫(huà)和運(yùn)動(dòng)仿真。設(shè)計(jì)思路如圖 2-1 所示： 2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)典型零部件的設(shè)計(jì)演示 2.2.1 活塞的設(shè)計(jì) 活塞的形狀大體上是圓形，形狀規(guī)則，可先通過(guò)旋轉(zhuǎn)體命令（如圖 2-2） ，旋轉(zhuǎn)草圖生成，再通過(guò)凹槽命令去掉多余的部分生成大概形狀。難 度較大的是活塞頂端兩個(gè)不規(guī)則凹坑，通過(guò)創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)模塊中，創(chuàng)建 凹坑的曲面外形（如圖 2-3） ，再通過(guò)分割命令來(lái)去除活塞頂端多余的部 分，形成一個(gè)凹坑后，另一個(gè)可通過(guò)對(duì)稱(chēng)曲面外形（如圖 2-4） ，繼續(xù)分 割而成。生成實(shí)體后，倒角（如圖 2-5） 。 活塞組設(shè)計(jì) 連桿組設(shè)計(jì) 曲軸設(shè)計(jì) 曲柄連桿組

14、設(shè)計(jì) 裝配 氣門(mén)組設(shè)計(jì) 氣門(mén)搖臂組 正時(shí)從動(dòng)部件 裝配 配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) DMU 運(yùn) 動(dòng)仿真 裝配發(fā)動(dòng)機(jī)整體 殼體 裝配動(dòng)畫(huà) 的制作 圖 2-1 設(shè)計(jì)流程圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2.2.2 氣門(mén)彈簧的設(shè)計(jì) 氣門(mén)彈簧主要是在創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)這個(gè)模塊進(jìn)行，先作出彈簧的螺旋 線（如圖 2-6） ，在螺旋線上創(chuàng)建點(diǎn)和面，在面上畫(huà)草圖和要求的彈簧的 粗細(xì)，再在零件設(shè)計(jì)模塊中用肋的命令生成（如圖 2-7） ，之后分割去除 彈簧兩端多余的部分（如圖 2-8） 。 圖 2-2 旋轉(zhuǎn) 圖 2-3 分割 圖 2-4 鏡像 圖 2-5 油孔 圖 2-6 螺旋線圖 2-7 肋生成實(shí)體 哈爾濱工業(yè)大學(xué)

15、華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2.2.3 正時(shí)齒輪的設(shè)計(jì) 齒輪的設(shè)計(jì)主要是利用參數(shù)化建模，參數(shù)化建模更有利于齒輪的修改， 改變一個(gè)參數(shù)后，零部件也會(huì)發(fā)生改變。使設(shè)計(jì)更加方便快捷，便于修改。 首先定義參數(shù)（如圖 2-8） ，添加公式（如圖 2-9） ，定義參數(shù)之間的關(guān)系 及關(guān)聯(lián)性，進(jìn)入創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)兩個(gè)模塊配合使用，繪制草圖 時(shí)利用已經(jīng)定義的參數(shù)繪制草圖，通過(guò)提取、外插、結(jié)合，凸臺(tái)生成一個(gè) 齒（如圖 2-10） ，通過(guò)圓形陣列生成一個(gè)完整的齒輪（如圖 2-11） 。 2.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)的下殼體的形狀復(fù)雜，簡(jiǎn)單的零部件設(shè)計(jì)模塊是滿(mǎn)足不了的， 所以要運(yùn)用創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)和自

16、由曲面模塊結(jié)合使用（如圖 2-12） ，做出 殼體的外形曲面之后，通過(guò)加厚命令來(lái)生成實(shí)體（如圖 2-13） 。最后，還 要對(duì)實(shí)體進(jìn)行修剪和倒角，讓它看起來(lái)更加美觀。 圖 2-8 定義參數(shù) 圖 2-9 添加公式 圖 2-10 生成一個(gè)齒圖 2-11 陣列 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配演示及材質(zhì)的添加 完成全部零部件后對(duì)其進(jìn)行裝配，在裝配模塊中對(duì)于活塞、活塞環(huán)活 塞銷(xiāo)等進(jìn)行裝配成活塞組（如圖 2-14） ，保存為活塞組產(chǎn)品；同理可把兩 個(gè)曲柄裝配成為曲軸組產(chǎn)品（如圖 2-15） 。再在裝配模塊中，導(dǎo)入活塞組 和曲軸產(chǎn)品進(jìn)行裝配，再導(dǎo)入剩下的那些需要裝配的零部件（

17、如圖 2-16） 。 圖 2-12 殼體曲面的創(chuàng)建 圖 2-13 加厚 圖 2-14 活塞組的裝配 圖 2-15 曲軸的裝配 圖 2-16 整體的裝配 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 裝配時(shí)，主要用到約束是相合約束、接觸約束、偏移約束以及角度約 束等，有需要的螺釘、螺母等標(biāo)準(zhǔn)件可以直接調(diào)用庫(kù)文件（如圖 2-17） ， 方便使用。每進(jìn)行約束之后通過(guò)更新按鈕，隨時(shí)更新零部件的相對(duì)位置。 裝配完成之后，可以通過(guò)應(yīng)用材質(zhì)按鈕對(duì)零部件進(jìn)行添加材質(zhì)（如圖 2-18） ，最后也可以通過(guò)渲染按鈕進(jìn)行簡(jiǎn)單渲染。 2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)的仿真運(yùn)動(dòng)演示 分析發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程后，進(jìn)入數(shù)位模型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析（DMU）

18、模塊 中，建立新機(jī)構(gòu)后，通過(guò)運(yùn)動(dòng)接頭來(lái)約束每處有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方的接頭， 按照動(dòng)力傳動(dòng)路線依次進(jìn)行機(jī)構(gòu)接頭的建立。用到的接頭有：齒輪接頭、 圓柱接頭、點(diǎn)線接頭、旋轉(zhuǎn)接頭、平面接頭、球接頭等，對(duì)于有一起運(yùn)動(dòng) 相對(duì)靜止的可用剛性接頭（如圖 2-18） 。最后，一定要有固定元件（殼體） ，驅(qū)動(dòng)元件（活塞的運(yùn)動(dòng)）以及參數(shù)編輯驅(qū)動(dòng)元件的運(yùn)功公式（如圖 2- 19） ，最終用 laws 來(lái)進(jìn)行模擬仿真運(yùn)動(dòng)（如圖 2-20） 。 圖 2-17 標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的使用圖 2-18 添加材質(zhì) 圖 2-18 定義運(yùn)動(dòng)接頭圖 2-19 編輯運(yùn)動(dòng)公式 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配模擬制作 分

19、析發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的裝配順序后，進(jìn)入數(shù)位模型裝配模擬模塊中，點(diǎn) 擊跟蹤按鈕，點(diǎn)擊所要移動(dòng)的零件，移動(dòng)到合適的位置后記錄，在對(duì)話(huà)框 中輸入所需要的速度后確定（如圖 2-20） 。把每個(gè)零部件的軌跡指定后， 點(diǎn)擊編輯序列按鈕，編輯軌跡的運(yùn)動(dòng)順序（如圖 2-21） 。最后完成后可用 模擬播放器播放順序，來(lái)觀察每個(gè)零部件的裝配運(yùn)動(dòng)過(guò)程，以達(dá)到裝配的 目的。 2.6 發(fā)動(dòng)機(jī)模型的后期制作 用 CATIA 工具欄中的圖像下拉菜單中的視頻錄錄制器可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的 運(yùn)動(dòng)仿真和裝配過(guò)程進(jìn)行錄制（如圖 2-22） 。錄制完成后，可用視頻制作 軟件對(duì)視頻進(jìn)行拼接和刪減，以及一些文字的添加，最終達(dá)到視頻的完美 制作。建模完

20、成之后，用 keyshot 軟件做整體效果圖的渲染，以達(dá)到更加 圖 2-19 laws 模擬運(yùn)動(dòng) 圖 2-20 定義運(yùn)動(dòng)軌跡圖 2-21 編輯軌跡順序 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 逼真的效果美圖（如圖 2-23） 。 圖 2-23 整體渲染效果圖 圖 2-22 視頻錄制 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 m 第 3 章 發(fā)動(dòng)機(jī)熱計(jì)算 本章首先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程的進(jìn)氣終點(diǎn)的壓力和溫度以及充氣效率進(jìn) 行計(jì)算，再對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃料的化學(xué)計(jì)算、以至對(duì)其壓縮過(guò)程、燃燒過(guò)程、 膨脹過(guò)程的壓力、溫度等進(jìn)行計(jì)算。最后確定發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)。 1 已知條件如下： 氣缸直徑：D=56.5mm

21、 活塞行程：s=47mm 氣缸數(shù)：i=1 排量： 壓縮比: 曲軸半徑與連桿長(zhǎng)度比：R/L=23.5/1061:9 最大轉(zhuǎn)速:n=8500r/min 最大功率:kwNe0 . 9 最大扭矩: 最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速:mNM8 . 8 max min/7500 max rn 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓： KpaP100 0 KT298 0 燃料平均重量成分:C=0.855 H=0.145 115 m 燃料低熱值:)(/44100燃料KgKJHh 2 額定工況計(jì)算用系數(shù)及參數(shù)的選擇 過(guò)量空氣系數(shù): a=0.73 進(jìn)氣溫升: T=4 殘余廢氣系數(shù): r= 0.04 殘余廢氣溫度: Tr= 930K 壓縮多變指數(shù)： =1.3

22、2 膨脹多變指數(shù): =1.23 示功圖豐滿(mǎn)系數(shù)： =0.94 熱量利用系: z=0.90 傳動(dòng)效率: =0.92 機(jī)械效率： =0.80 3.1 換氣過(guò)程計(jì)算 1 進(jìn)氣終點(diǎn)壓力 KPaPPa8585 . 0 0 2 進(jìn)氣終點(diǎn)溫度 K 2 . 326 04 . 0 1 93004 . 0 4298 1 r rTTT T ro a 3 充氣效率 840 . 0 04. 01 1 3264 298 100 85 1-9 9 r1 1 T T P P 1 a o o a 3.2 化學(xué)計(jì)算 1 燃燒 lKg 燃料所需的理論空氣量 燃料空氣kg/512 . 0 4 145 . 0 12 855. 0 21

23、. 0 1 3241221. 0 1 kmol OHC Lo 2 n f 1 n f mlVh124 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 )(/ )(828.1496.28 00 燃料空氣kgkgLL 式中 28.96 為空氣的平均分子量 2 燃燒前工質(zhì)的摩爾數(shù) )(/Kmol3825 . 0 115 1 512. 073 . 0 1 1 燃料kg m aLM o 3 燃燒后工質(zhì)的摩爾數(shù) )(/439. 0512. 073 . 0 79. 0 2 145. 0 12 85 . 0 79 . 0 212 2 燃料kgkmolaL HC M o 4 理論分子變更系數(shù) 1478. 1 38

24、25 . 0 493 . 0 1 2 M M o 5 實(shí)際分子變更系數(shù) 42 . 1 04 . 0 1 04. 01478 . 1 1 r r o 6 汽油機(jī)每小時(shí)吸氣量 在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下空氣的比重為： 3 5 /kg169 . 1 8 . 29 1 . 287 10 0 0 0 m RT P 故吸氣量為： hKgnrVG nVh /05.3110850030169 . 1 124. 084 . 0 30 3 0 7 過(guò)量空氣系數(shù) 設(shè)比油耗 hkggge/325 則汽油機(jī)的耗油量為 hkggNG eer /86. 2325 . 0 8 . 8 故過(guò)量空氣系數(shù) 接近）（與所選a73 . 0 82

25、8.1485 . 2 05.31 oL a Gr Gh 3.3 壓縮過(guò)程計(jì)算 1 壓縮過(guò)程中任意點(diǎn) x 的壓力為: )xV( V V 85)( cx 32. 1 點(diǎn)的氣缸容積為式中）（ cx a xc a ex V V PaP 2 壓縮終點(diǎn)壓力 KPa1545985 32 . 1 n PaPc 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 3 壓縮終點(diǎn)溫度： K 9 . 6589 2 . 326 32 . 0 1 n TaTc 9 . 385273Tctc 3.4 燃燒過(guò)程計(jì)算 1 因不完全燃燒而損失的熱量為： Hu= 58000(1- a)=580000.10=5800KJ/Kg 燃料 2

26、汽油機(jī)的燃燒方程為： zv cvuu tC u tC uMr HHz 1 )1 ( )( 式中 tc=385.9 KmolKmolKcalCv/KJ2 .24/754 . 5 故 molKJtC zv /60192 42. 1 9 . 3852 .24 42. 13825 . 0 04 . 1 )1044044100(9 . 0 根據(jù)燃燒產(chǎn)物平均定壓摩爾比熱表，可得 =23240 Tz=2097K kmolkJCv/30014 z t 3 壓力升高比 52. 4 9 . 658 2097 42 . 1 c z T T u 4 最高爆發(fā)壓力 KPa 2 . 6982154552 . 4 cz P

27、P 3.5 膨脹過(guò)程計(jì)算 1 膨脹過(guò)程中任意點(diǎn) x 的壓力為： 32. 1 2 .6982)( 2 ）（Vbx Vz V V PP n bx z zbx 式中 X 點(diǎn)的氣缸容積 cx V 2 膨脹終點(diǎn)壓力 KPa P P n z b 468 9 2 .6982 23 . 1 2 3 膨脹終點(diǎn)溫度 K T T n z b 1 .1265 9 2097 23 . 0 1 2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 3.6 技術(shù)指標(biāo)計(jì)算 1 理論平均指示壓力 K nn Pc P nn i 9 . 1200) 9 1 1 ( 32 . 0 1 ) 9 1 1 ( 23 . 0 52 . 4 8

28、1545 ) 1 1 ( 1 1 ) 1 1 ( 11 32 . 0 23 . 0 1 1 1 2 12 2 實(shí)際平均指示壓力 Kpa 8 . 112894 . 0 9 . 1200 iii PP 3 指示功率 kw nViP N ni i 9 . 9 1200 5 . 8124 . 0 8 . 1128 1200 4 指示熱效率 997.27 9885. 044100 283 8 . 11283825. 0 314 . 8 314. 8 1 svu si t PH TPM （式中 Ps= 98KPa，Ts=283K 為進(jìn)氣管內(nèi)充量壓力及溫度） 5 指示比油耗 hkw H g iu i /g

29、6 . 291 27997 . 0 44100 106 . 3106 . 3 66 6 平均有效壓力 KPa9038 . 0 8 . 1128 mie pp 7 有效熱效率 39.228 . 027997 . 0 mie 8 有效功率 Kw92 . 7 8 . 09 . 9 mie NN 9 有效比油耗 hkwg g g m i e / 5 . 364 8 . 0 6 . 291 可見(jiàn)，計(jì)算有效比油耗與計(jì)算過(guò)量空氣系數(shù)時(shí)假設(shè)的比油耗值較為接 近。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 第 4 章 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力計(jì)算 本章依據(jù)上一章節(jié)中的熱計(jì)算的主要數(shù)據(jù)，首先對(duì)活塞的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn) 行分析，對(duì)曲

30、柄連桿機(jī)構(gòu)的質(zhì)量進(jìn)行換算及其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的慣性力進(jìn)行 分析，氣體作用力與往復(fù)慣性力的合成分析，最后確定曲軸轉(zhuǎn)矩、連桿軸 頸和主軸頸的受力情況，以便下一章節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件的強(qiáng)度校核。已 知參數(shù)如下： 氣缸直：D=54.7mm 活塞行程：S= 47mm 氣缸數(shù): i=1 壓縮比:= 9 曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比 :R/L=23.5/106 最大功率：= 19KwNe 最大轉(zhuǎn)速：n= 8500rmin 4.1 活塞的位移、速度、加速度 1 活塞的位移： 如圖 4-1，設(shè)活塞處于上止點(diǎn)時(shí)，活塞銷(xiāo)中心處于 x 坐標(biāo)原點(diǎn)，則 )cosacos()(LRRLX 式中 )sinarcsin( L R 簡(jiǎn)化后可得

31、： )2cos1 ( 4 )cos1 ( RX 式中 2217. 0 106 5 . 23 L R 2 活塞 運(yùn)動(dòng)的 速度 式中 活塞的平均速度 s ns Cm/m025.14 30 850010 5 . 49 30 3- 活塞的最大速度 圖 4-1 活塞位移簡(jiǎn)圖 1 - s67.889 30 8500 30 n w )2sin 2 (sin RwXV 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 3 活塞的加速度 )2cos(cos 2 RwXva 式中 222 /m 5 . 1860067.8895 .23sRw 當(dāng) a=0時(shí)，最大加速度為： 22 max /m 3 . 227242217

32、 . 0 1 5 . 18600)1 (sRwa）（ 4.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的質(zhì)量換算 用雙質(zhì)量替代系統(tǒng)對(duì)連桿組的質(zhì)量進(jìn)行換算，即用兩個(gè)假想的集中于 連桿大小頭中心的質(zhì)量代替連桿組實(shí)際的分布質(zhì)量，根據(jù)實(shí)測(cè)，可得出如 下結(jié)果： 1 連桿總質(zhì)量： Gc=215g 其中分配在小頭上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量：Gcp=40g 其中分配在大頭上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量：Gcc= 175g 2 連桿大頭軸瓦質(zhì)量： Gn=20g 作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞組總質(zhì)： Gp= 170g 曲軸旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算： Mrb=-566.5g 往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量： gGGm pcpj 21040170 做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的總質(zhì)量： gmr5 .176-mm2 rBrA

33、 連桿組大共的質(zhì)量：gCGm nccrA 19517520 4.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的慣性力 1 往復(fù)慣性力 j p 活塞面積 23-6-22 m1035. 210 7 . 54 44 DFp 故 aKPa77.83- 1035 . 2 210 3- a F am p p j j 2 離心慣性力： 連桿組大頭質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力 Pra： sRwV/m41.212217 . 0 11067.889 5 . 231 23-2 max 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 KPa F Rwm p p aA ra 59.2893 1035. 2 1067.8895 .23195 . 0 2

34、3 622 曲拐不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力： KPa F Rwm p p rB rB 1 .4203 10507 . 2 1067.889 5 . 2310 5 . 566 3 6232 離心慣性力之和 Pr： KPappp rBrar 52.1309 1 . 420358.2893 4.4 氣體作用力與往復(fù)慣性力的合 成分析 1 沿氣缸中心線作用的合力 P： 如圖 32，沿氣缸中心線方向作用在活 塞上的合力為： 0 pppp jg 式中 Pg氣缸內(nèi)氣體的作用力 Pj活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的往復(fù)慣性力 P0曲軸箱內(nèi)氣體作用在活塞下方的力： KPapo1000 2 P 的傳遞與分解 在力的傳遞過(guò)程中，P 可

35、分解成沿連桿 中心線的作用力 Pcr 和垂直于氣缸中心線的側(cè)壓力 Pn，即 ncr ppp 從幾何關(guān)系可得 tanppn cos p pcr 3 的傳遞與分解 cr p Pcr 作用在曲軸銷(xiāo)上，可進(jìn)一步分解為曲柄切向力 Pt 和曲柄法向力 Pra 其中：cos/ )sin()sin(Ppp crt cos/ )cos()cos(ppp crra 4.5 曲軸、連桿軸頸、主軸頸的受力分析 1 曲軸扭矩計(jì)算 曲軸在切向力 Pt 的作用下旋轉(zhuǎn)，故主軸頸承受的扭矩為： )(05891 . 0 1010507. 2 33 mNPPRFPM ttptt )sin(sin 1 圖 4-2 往復(fù)慣性力分析 哈

36、爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 2 連桿軸頸受力分析 作用于連桿軸頸的合力為： rAratrAcrc PPPPPR 的大小為： c R KPaPPPR rAratc 2 2 )( 3 主軸頸的負(fù)荷 軸頸受力情況如圖 33： (1)切向力 t PT 2 1 1 (2)法向力 ra PZ 2 1 1 (3)離心慣性力0 2 1 1 r PQ 故軸頸受力為 111 QZTRs 2 11 2 1 )(QZTRs 以上計(jì)算中，符號(hào)規(guī)定如下： Pg，Pj朝向曲軸旋轉(zhuǎn)中心為正 Pcr壓縮連桿為正 對(duì)曲軸旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的力矩方向與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí) N P 為正 Pt順著曲軸轉(zhuǎn)向?yàn)檎?Pra指向曲軸

37、旋轉(zhuǎn)中心時(shí)為正 Mt與曲釉旋轉(zhuǎn)方向相同時(shí)為正 圖 4-3 軸頸受力分析 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 第 5 章 發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件強(qiáng)度校核 本章依據(jù)前兩章內(nèi)容，曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)承受力最復(fù)發(fā)的零部件，首先對(duì) 曲軸在不同工況下的的進(jìn)行強(qiáng)度校核、再對(duì)連桿、活塞、活塞銷(xiāo)、氣缸頭 螺栓等進(jìn)行詳細(xì)的強(qiáng)度校核。 5.1 曲軸的強(qiáng)度校核 1 曲軸的靜力強(qiáng)度計(jì)算： 計(jì)算假定： （1）曲軸軸瓦的支反力按不連續(xù)粱考慮，即按二點(diǎn)支承力計(jì)算； （2) 氣缸最大爆發(fā)壓力發(fā)生在上死點(diǎn) 10CA; （3）由連桿傳來(lái)的合力作用在曲柄銷(xiāo)中點(diǎn)； （4）軸瓦的反作用力集中在軸頸中點(diǎn)； （5）最大彎曲力矩和最大扭轉(zhuǎn)力矩同時(shí)

38、發(fā)生。 計(jì)算工況確定： （1）起動(dòng)瞬時(shí)； （2）額定工況下，曲拐受最大切向力時(shí)； （3）額定工況下，曲拐受最大法向力時(shí)； （4）額定工況下，曲拐受最小法向力時(shí)； 曲軸已知數(shù)據(jù)如圖 5-1 所示，對(duì)曲軸各部分進(jìn)行受力分析如圖 5-2 所 示 圖 5-2 中，Kb 為各曲柄不平衡重的離心力，其值為： 圖 5-1 曲軸簡(jiǎn)圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 NRwmK bb 2 .6696 5 . 18600360 2 22 NRwmK bb 2 . 6510 5 . 18600350 2 11 Cm 為曲柄銷(xiāo)離心力合力：NCM 4 . 51151 5 . 18600274 以下對(duì)各計(jì)算

39、工況進(jìn)行計(jì)算： 5.1.1 起動(dòng)瞬時(shí) 曲拐在上止點(diǎn)時(shí)，T=O，Kb=0，Cm=0。 曲拐承受的壓力為標(biāo)定工況下的燃?xì)庾畲蟊l(fā)壓力： NFPP pZF 9 . 124921047 4 108 .7200 623 1 曲柄銷(xiāo) 在曲柄銷(xiāo)中點(diǎn)截面 ii 上所受的彎曲應(yīng)力： 13.47 30 32 2045.6246 32 2045.6246 2 40 5 . 0 33 d w PF b 2 曲臂 最大彎曲力矩產(chǎn)生于曲柄臂的中央部位，即下圖的截面所示于是可計(jì) 算各曲臂的彎應(yīng)力及壓縮應(yīng)力。 MPa lb lZ b 18.37 6 12112 1645.6246 6 22 101 11 MPa lb z c

40、 65. 4 12112 45.6246 01 1 圖 5-2 曲軸受力分析 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 MPa cb 83.4165 . 4 18.37 由于 40Cr 的故安全。 MPa b 8070 3 主軸頸 主軸頸的危險(xiǎn)斷面在軸頸與曲柄臂的交界處，各斷面的彎曲應(yīng)力為 MPa d lz b 935.10 40 32 1145.6246 32 3 3 2 91 由于 40Cr 的故各曲軸安全。 MPa b 8070 5.1.2 額定工況下，曲拐受最大切向力時(shí) 由動(dòng)力計(jì)算可知，曲拐受到的最大切向力為： 當(dāng) a=380時(shí)，Pt=2740KPa.即 Npt2 .7747106

41、0 4 2740 32 NPra7340N P TT t 6 .3873 74 37 2 . 7747 121 18 21 曲柄銷(xiāo)圓角處的支反力為： N l lCP FF Mra 2 .1816 3720 37)101387340( 20 )( 18 18 21 N l lP KK t 9 . 5028 2037 372 .7747 20 18 18 21 1 曲柄銷(xiāo) 引起的彎曲應(yīng)力： 1 F MPa d Ft b 7 .13 30 32 20 2 . 1816 32 20 3 3 1 1 引起的彎曲應(yīng)力 1 K MPa d K b 94.37 30 32 20 9 . 5028 32 20

42、3 3 1 1 2 引起的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 1 T 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 MPa d rT 93.42 30 20 5 . 232 .7747 20 3 3 1 1 合成應(yīng)力 MPa bb 9 .5893.4294.377 .13 22222 2 2 10 由于 40Cr 的=80lOOMPa，故安全。 0 2 曲柄臂 由及，引起的拉伸應(yīng)力： 1 Z 1b K MPa hb KZ b c 734. 1 40114 2 . 65101398 11 11 由引起的彎曲應(yīng)力： 1 Z MPa hb lZ b 735 . 0 40114 6161398 6 22 11 11 1 由和扭

43、矩引起的彎曲應(yīng)力 1 T 1k M MPa bh rPrT t b 094. 4 6 114 40 5 . 23 2 . 7347162 .7747 6 22 1 1 1 2 由在-兩點(diǎn)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 1 T MPa hbq lT 24 . 2 40114303 . 0 16 2 . 7747 22 111 11 由正在-兩點(diǎn)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 MPaq664. 124 . 2 742. 0 122 由于 40Cr 的=80lOOMPa，故安全。 0 3 主軸頸 主軸頸的危險(xiǎn)斷面在軸頸與曲臂的交界處。 由引起的彎曲應(yīng)力 1 Z MPa d lZ b 43 . 2 40 32 118 .1390 3

44、2 3 3 2 91 1 由引起的彎曲應(yīng)力 1 T 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 MPa d lT b 5 .13 40 32 112 .7747 32 3 3 2 91 1 由引起的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 kl M MPa d Mkl b 49.14 40 16 5 .23 2 . 7747 16 3 3 2 1 由于 40Cr 的，故安全。 MPa8070 0 5.1.3 額定工況下，曲拐受最大法向力時(shí) 由動(dòng)力計(jì)算可知，曲拐受到的最大法向力為 當(dāng)時(shí)， 360KPaPra5850 即 NPra 5 . 165381060 4 5850 32 NPt5 .3170 N l lCP ZZ mr

45、a 3200 74 37)10138 5 . 16538( 21 18 21 N l lP TT t 1585 74 373170 21 18 21 曲柄銷(xiāo)圓角度處的支反力為： N l lCP FF mra 4 . 4154 2037 37)10138 5 . 16538( 20 18 18 21 N l lP KK t 2058 2037 373170 20 17 18 21 1 曲柄銷(xiāo) 由引起的彎曲應(yīng)力： t F MPa W Ft b 34.31 30 32 20 4 . 415420 3 1 由引起的彎曲應(yīng)力： 1 K MPa W Kt b 53.15 30 32 20205820 3

46、1 由引起的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： 1 T 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 MPa d rT 56.17 30 20 5 . 233170 20 3 3 1 1 合成應(yīng)力：MPa bb 6 . 4956.17453.1534.314 22222 2 2 10 由于的，故安全。 r C40 MPa8070 0 2 曲柄臂 由及引起的拉伸應(yīng)力： 1 Z 1b K MPa hb KZ b c 38 . 1 40114 95113200 11 11 由引起的彎曲應(yīng)力： 1 Z MPa hb lZ b 68 . 1 40114 6163200 6 22 11 11 1 由和扭矩引起的彎曲應(yīng)力 1 T

47、1k M MPa hb rPrT t b 289 . 1 6 114 40 5 . 235 .3170 5 . 231585 6 2 1 2 1 1 2 由在-兩點(diǎn)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 1 T MPa hbq lT 459. 0 40114303. 0 161585 22 111 11 1 由在-兩點(diǎn)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 1 T MPaq34. 0459 . 0 742. 0 122 由于的，故安全。 r C40 MPa8070 0 3 主軸頸 主軸頸的危險(xiǎn)斷面在軸頸與曲臂的交界處。 由引起的彎曲應(yīng)力 1 Z MPa d lZ b 6 . 5 40 32 113200 32 3 3 2 91 1 由引起的

48、彎曲應(yīng)力 1 T 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 MPa d lT b 77 . 2 40 32 111585 32 3 3 2 91 1 由引起的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 1k M MPa d Mk b 96 . 2 40 16 5 . 231585 16 3 3 2 1 1 合應(yīng)力為 MPa bb 61 . 8 96 . 2 477. 26 . 54 22222 2 2 10 5.1.4 額定工況下，曲拐受最小法向力時(shí) 由動(dòng)力計(jì)算可知，曲拐受到的最小法向力為 當(dāng)時(shí)，Pra=2670.2KPa，即 495 NPra 2 . 75491060 4 2670 32 002. 0KPaPt N l

49、lCP ZZ mra 6 .8843 3737 37)101382 .7549( 21 18 21 N l lCP FF mra 2 . 11481 2037 37)10138 2 . 7549( 20 18 18 21 1 曲柄銷(xiāo) MPa w F b 49.32 30 32 20 2 . 1148120 3 由于的，故安全。 r C40 MPa8070 0 2 曲柄臂 由及引起的拉伸應(yīng)力： 1 Z 1b K MPa hb KZ b c 025 . 4 40114 95116 .8843 11 11 由引起的彎曲應(yīng)力： 1 Z 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 MPa hb lZ

50、b 65 . 4 40114 616 6 . 8843 6 22 11 11 1 由于的，故安全。 r C40 MPa8070 0 5.2 連桿強(qiáng)度計(jì)算 5.2.1 連桿小頭 1.由慣性力拉伸引起的小頭應(yīng)力 連桿小頭簡(jiǎn)化后如圖 4-3 所示 其中 , ， mmr5 . 7 1 mmr75.10 2 mmp25mmH 5 . 14 mm rr r125 . 9 2 21 小頭壁厚小頭寬度mmh25 . 3 mmb19 活塞組的最大慣性力 NRwGpj1863) 106 5 .23 1 ( 5 . 18600170)1 ( 2 max 2 小頭中心截面上的彎矩 mN rPM cj 31 . 0 1

51、0)029 . 0 4 . 11600033. 0(125 . 9 3863 )0297 . 0 00033. 0( 3 max0 圖 5-3 連桿小頭簡(jiǎn)圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 小頭中心截面上的法向力 N PM cj 9 . 1849 ) 4 . 1160008 . 0 4 .116572. 0(3863 )0008. 0572. 0( max0 小頭固定截面上的彎矩 mN rPrNMM ccjc 072 . 1 ) 4 . 116cos4 .116(sin10125 . 9 38635 . 0 ) 4 . 116cos1 (10125 . 9 9 . 184931

52、. 0 )cos(sin5 . 0)cos1 ( 3 3 max002 小頭固定截面上的法向力 N PNN ccjc 3 . 1766 4 . 116cos4 .116sin38635 . 0 4 . 116cos 9 . 1849 )cos(sin5 . 0cos max02 ）（ 小頭受拉時(shí)固定截面處外表面拉壓力 MPa hb N hrh hr M aj 42.57 101925 . 3 1 3 .1766 10)25 . 3 125. 92(25. 3 1025. 310125 . 9 6 072 . 1 2 1 )2( 6 2 66 33 1 22 由最大壓縮力引起的應(yīng)力 小頭承受的最

53、大壓縮力 NP D PPP jazc 16706386320569 4 )( max 2 根據(jù)，可知： 0 M 0 NrPM e 007. 0 0e PN002. 0 0 小頭受壓時(shí)中央截面上的彎矩和法向力 mNrPM e 183 . 0 1025 . 9 167060007 . 0 007 . 0 3 0 NPN e 4 . 3316706002. 0002 . 0 0 小頭固定截面處的值 )( f 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 0102 . 0 4 . 116cos 1 4 . 116sin 180 4 . 116 2 4 .116sin cos 1 sin 2 sin )

54、( f 小頭受壓時(shí)固定截面處的彎矩和法向力 Nm223 . 1 - 0102. 010125. 916706-10) 4 . 116cos1 (125 . 9 4 . 331082 . 0 )()cos1 ( 3-3- 002 ccc frPrNMM MPa36.30- 4 . 116cos4 .330102. 016706cos 0)(2 NfPN cc 小頭受壓時(shí)固定截面處外表面應(yīng)力 MPa hb N hrh hr M ac 36.30 1925. 3 1 5 .155 10)25 . 3 125 . 9 2(25 . 3 25 . 3 125 . 9 6 233 . 1 2 1 )2(

55、6 2 3 1 22 3 小頭的安全系數(shù) 材料的機(jī)械性能 的抗拉強(qiáng)度 0 30MCrMPa b 930 MPa b 4659305 . 0)55. 0 ,45 . 0 ( 1 故 MPa lz 372 5 . 468 . 0)9 . 0 , 7 . 0( 1 MPa 5 . 697 5 . 465 . 1)6 . 1 , 4 . 4( 10 角系數(shù) 333 . 0 5 . 697 5 . 69746522 0 01 在固定角截面的外表面處 應(yīng)力幅 MPa acaja 89.43)36.3042.57( 2 1 )( 2 1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 平均應(yīng)力 MPa aca

56、ja 53.13)36.3042.57( 2 1 )( 2 1 小頭安全系數(shù) 66. 1 53.13333 . 0 2 . 1 89.43 372 m a lz n 小頭截面慣性矩 4 33 1 3 . 54 12 25 . 3 19 12 mm hb J 4 小頭剛度校核（以直徑變形量來(lái)考核） um JE dp cmj 85 . 4 3 . 54102 . 210 )90 8 . 114(293863 10 )90( 56 23 6 2 3 max 1 小頭孔與活塞銷(xiāo)的冷間隙um4016 5.2.2 連桿桿身 桿身可簡(jiǎn)化為圖 5-4 1 桿身計(jì)算力 -截面以上部分的連桿重為 G=50g 最大

57、拉伸力 NRwGGPj69.522610 3 . 22724)50180()1 ()( 32 圖 5-4 連桿桿身簡(jiǎn)圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 最大壓縮力 NPPP jZc 54.15562559.522611.20851 2 桿身中間截面-處的應(yīng)力和安全系數(shù) -截面面積 2 10561010 5 . 16mmF 由 P 引起的拉伸應(yīng)力 MPa F Pj j 6 . 52 10105 59.5226 6 桿身中間截面的慣性矩 MPahtBBHJx324310)410(5 .1610 12 1 )( 12 1 3333 MPahthHBJy 5 . 10741010)105

58、 .16( 12 1 )( 12 1 3333 由壓縮和縱向彎曲引起的合成應(yīng)力 MPaP J l C F P c x c 8 .167 5 . 155624 3243 106 00035 . 0 105 5 .155624 22 1 MPaP J l C F P c y c 1 . 222 5 . 155624 1074 2 .76 00035. 0 105 5 .155624 4 22 2 桿身中間截面在擺動(dòng)平面內(nèi)的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力 MPa j ax 2 . 110 2 6 . 52 8 . 167 2 1 MPa j ax 6 . 57 2 6 . 52 8 . 167 2 1 在與擺動(dòng)平面垂直的平面內(nèi)的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力 MPa j ay 35.137 2 6 .521 .222 2 2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 MPa j my 75.84 2 6 .52 1 . 222 2 2 桿身中間截面在擺動(dòng)平面內(nèi)的安全系數(shù) 35 . 3 6 . 57333 . 0 2 . 1 2