曲柄连杆机构课程设计Word格式.docx
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铝合金的优缺点与灰铸铁正相反,铝合金比重小,约占有灰铸铁的1/3,结构重量仅占铸铁活塞的。
因此其惯性小,这对高速发动机具有重大意义。
铝合金另一突出优点是导热性好,其热传导系数约为铸铁的倍,使活塞温度显著下降。
对汽油机来说,采用铝活塞还为提高压缩比、改善发动机性能创造了重要的条件。
共晶铝硅合金是目前国内外应用最广泛的活塞材料,既可铸造,也可锻造。
含硅9%左右的亚共晶铝硅合金,热膨胀系数稍大一些,但由于铸造性能好,适应大量生产工艺的要求,应用也很广。
综合分析,该发动机活塞采用铝硅合金材料铸造而成。
2.1.2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EA1135V1.6L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。
2.1.3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连杆材料的选用
为了保证连杆在结构轻巧的条件下有足够的刚度和强度,采用精选含碳量的优质中碳结构钢45模锻,表面喷丸强化处理,提高强度。
3.1.2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。
3.1.3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。
3.1.4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。
3.1.5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4.1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X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X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与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0.5~1,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。
图5.1图5.2
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。
图5.3图5.4
6.4曲轴的创建
〔1〕创建草图;
〔2〕拉伸得到平衡块;
〔3〕创建草图并拉伸得到主轴颈;
〔4〕依次拉伸得到曲轴。
图5.5
图5.6
第6章曲柄连杆机构静力学分析
6.1活塞的静力分析
1.在ANSYS添加活塞材料:
硅铝合金
2.在ANSYS中生成活塞模型
图6.1图6.2
3.网格划分,施加约束和载荷
图6.3图6.4
4.运算查看结果
图6.5
6.2连杆静力分析
1.在ANSYS中添加连杆材料:
优质中碳钢55
图6.6
2.在ANSYS中生成连杆模型
图6.7
3.网格划分,施加约束和载荷
图6.86.9
4.查看运算结果
图6.10
图6.11