18L汽油机连杆组设计

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1、1.8L汽油机连杆组设计 目录 1. 绪论 1 1.1课题研究意义 1 1.2课题发展概况 2 2. 发动机基本参数 5 2.1发动机的结构参数 5 2.2发动机热力学计算 6 2.3发动机运动学计算 8 2.4发动机动力学计算 10 3. 发动机连杆的设计 15 3.1连杆设计概述 15 3.2连杆尺寸设计 16 3.3连杆小头强度的计算 17 3.4连杆大头的强度计算 20 小结 21 参考文献 22 附录图表 23 1.8L汽油机连杆组设计 摘 要 活塞连杆组是发动机中工作条件最严酷的组件，其性能好坏对内燃机

2、的性能指标有 着很重要的影响。活塞组的作用是保证发动机工质的可靠密封，并在工质的压力下做上下 运动，连杆组的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞组上的 力传给曲轴。 本文在充分研究了与本研究课题相关的国内外文献基础上，系统地总结了发动机连杆 组的发展现状，通过对汽油发动机实体进行拆装测绘，进行了连杆组的总体设计，并用 EXCE对发动机进行了热力和动力计算，对部分零件进行了校核。通过设计、分析为连杆 组的进一步优化设计奠定了基础。 关键词：发动机，连杆 1绪论 1.1课题研究意义 连杆组包括连杆体，连杆盖，连杆轴瓦和连杆螺栓。而连杆体又通常分为连杆 小头，杆身和大

3、头三部分。连杆的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动， 并把作用在活塞组上的力传给曲轴。 连杆是内燃机的主要运动受力部件之一，它在工作中所受的各种外载荷复杂 且作周期性变化，机械负荷严重，工作条件恶劣。因此，连杆的可靠性一直也是人 们在内燃机研究和改进过程中关注的热点问题。在分析连杆的应力和应变时，考虑 这些外力和复杂运动的因素，将得到更符合实际的结果，这样能为进行连杆可靠性 的优化设计提供准确的理论依据。 1.2课题发展概况 活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆等组成，活塞呈圆柱形，上面装有活塞环， 借以在活塞往复运动时密闭气缸。上面的几道活塞环称为气环，用来圭寸闭气缸，防止气

4、缸 内的气体漏泄，下面的环称为油环，用来将气缸壁上的多余的润滑油刮下，防止润滑油窜 入气缸。活塞销呈圆筒形，它穿入活塞上的销孔和连杆小头中，将活塞和连杆联接起来。 连杆大头端分成两半，由连杆螺钉联接起来，它与曲轴的曲柄销相连。连杆工作时，连杆 小头端随活塞作往复运动，连杆大头端随曲柄销绕曲轴轴线作旋转运动，连杆大小头间的 杆身作复杂的摇摆运动。 活塞环分为气环和油环，气环的作用是防止气缸内的气体窜入油底壳、将活塞头部的 热量传给气缸壁以及辅助刮油、布油。由于活塞环存在侧隙和背隙，活塞带着环下行时， 环靠在环槽的上方，环大缸壁上刮下的润滑油充入环槽下方，当活塞带着环上行时，环又 靠在环槽的下方

5、，同时将油挤压到环槽上，如此反复，就将润滑油泵到活塞顶，这种现象 称为活塞的泵油作用。泵油作用非常有害，增加了润滑油的消耗，火花塞沾油时不跳火， 燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏，环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去密封性，加剧了气 缸的磨损，采用扭曲环或组合式油环以及油环下设减压腔能有效控制泵油的发生。气环从 断面形状分有矩形环、锥形环、扭曲环和桶形环、梯形环 ，其中矩形环由于结构简单与缸 壁接触面积大散热好等优点常被用于做第一道环。油环的作用是将气缸壁上多余的润滑油 刮下来，有整体式和组合式两种，其中组合式因密封好、无侧隙、刮油能力强、适应性好 以及回油能力强等特点普遍应用。活塞裙部对活塞在气缸

6、内的往复运动起导向作用，并承 受侧压力。裙部的长短取决于侧压力的大小和活塞直径。压缩行程和作功行程气体的侧压 力方向正好相反，由于燃烧压力大大高于压缩压力，所以，作功行程中的侧压力也大大高 于压缩行程中的侧压力。在加工时预先把活塞裙部做成椭圆形状。椭圆的长轴方向与销座 垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时才趋近正圆。活塞沿高度方向的温度很不均 匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞 上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。 活塞销的作用是连接活塞和连杆，并传递活塞的力给连杆，是用低碳钢或低碳合金钢 制成的厚壁管状体

7、。有全浮式连接和半浮式连接两种。全浮式是在发动机正常工作温度下 活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动，而半浮式是销与销座孔和连杆小头一处固 定一处浮动的。 连杆的作用是将活塞的力传给曲轴，变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动，由连杆体、 连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成，连杆小头用来安装活塞销，以连接活塞，杆身常做 成工字形断面，大头与曲轴的连杆轴颈相连，一般做成分开式，即连杆体大头和连杆盖， 大头有平切口和斜切口两种，有连杆螺栓定位、锯齿形定位、磋或销定位、止口定位四种。 连杆安装时要注意不能破坏连杆杆身与盖的配对及装合方向，在二者的同一侧打有配对标 记，不能反装也不能乱缸，在杆身上有方向

8、标记。连杆轴承用来保护连杆轴颈及连杆大头 孔，由钢背和减磨层组成。 由于活塞和活塞环承受的热负荷和机构负荷日益增加，润滑油量减少，同时柴油机厂 又在不提高发动机售价的前提下，提高燃油效率和耐久性，因此，对活塞和活塞环的要求 更加严格。在对柴油机排气管进行尾气净化处理的同时加强旨在减少废气源中即气缸内有 害特质排放的研究发展工作。目前在卡车和非公路车辆用中 ，小型柴油机方面所开展的研 究工作大都放在减少废气排放上，因此出现了深盆顶活塞的应用。这是专为燃烧状况减少 碳氢化合物排放而设计的。但其外形结构往往会产生高的瞬时热应力，为此开发出了纤维 增强模压铸造等新材料工艺。但深盆形燃烧室会使温度升高

9、，使 NQ排放增加。降低碳氢 化合物的另一项措施是提高活塞顶环位置以减小顶岸区的裂隙，然而这会再次增大杯唇部 的循环机械应力，并可使活塞环和环槽产生潜在的耐用性问题。 铸铝合金活塞裙装到活塞销上，在气缸套中起到导向作用，压力传递和导向两功能分 开的目的是给活塞环组提供稳定平台和实现低的机油耗率。然而这种活塞成本高，往复运 动质量大，活塞质量是影响噪声与振动的重要因素。柴油机制造厂家正考虑恢复使用较简 单的活塞组工艺，并进行大量有关柴油机使用活塞顶燃烧室改浅、增宽的活塞和更高燃油 喷射压力的研究工作，以便可以恢复使用较为普通与价廉的重力模铸铝活塞材料，利用普 遍改进了的现有生产工艺可以改善这

10、种材料的质量。 从长远的观点看，重力模铸铝活塞可满足小型车用柴油机的现时要求，而提高功率和 执行排放限法规则要求使用带纤维补强环槽，可能的话带冷却油槽的压铸活塞以及使用其 中一种铜含量的新型铝合金材料。大批量生产的这种活塞造价是不会高的。多年来，铝活 塞似乎也可满足中功率柴油机的市场要求，而大功率柴油机继续混用重力模型、压铸、铰 接和铸铁活塞，然而，从长远来看，这种活塞或许会被重量轻的整体式钢活塞所取代。整 体式活塞尽管其往复质量明显比等效的铸铁或组合式结构的低，但它仍具有很大的潜在额 定容量，在提高燃油经济性、减少排放和降噪减振方面也可望有大的受益。 本学期我们学习了必修课程《汽车发动机

11、设计》，紧接着开始课程设计。我们要根据 自己的题目来查阅资料，结合所学知识，设计出合理的发动机部件。通过这次课程设计, 要培养我们综合运用知识的能力，查阅工具书的能力以及运用计算机的能力。 2发动机基本参数 2.1发动机的结构参数 由设计要求知初始条件为 平均有效压力：Pme 0.8~1.2Mpa 活塞平均速度：V m v 18 m/ s 发动机类型选择四冲程水冷直列式四缸机。基本参数 行程缸径比S/ D比为1.0。 气缸工作容积Vs，缸径D的选择，根据内燃机学的基本计算公式: Pe Pem Vs i n 30 (1-1) Vm 30 (1-2) 2

12、 D S 1000 (1-3) 4 其中 Pem ――发动机的平均有效压力，选择 1.0MPa Vs ——气缸的工作容积， 4*Vs=1.8L i ――发动机的气缸数目 n ——发动机的转速,5400 r/min, Vm ――活塞的平均速度，选择15m/s S――发动机活塞的行程 D 发动机气缸直径 ――发动机的行程数 根据以上的条件代入以上公式，并圆整得: D=83mm ，S=83mm, Vs=0.045 L Pe=81kW< 2.2发动机热力学计算 通常根据内燃机所用的燃料，混合气形成方式，缸内燃烧过程（加热方式）等特点， 把汽油机实际循环近似看成等容加

13、热循环。汽油机的工作过程包括进气、压缩、做功和排 气四个过程。在本设计过程中，先确定热力循环基本参数然后重点针对压缩和膨胀过程进 行计算，绘制p-v图并校核。 根据相关资料压缩过程绝热指数 ni=1.28〜1.35,初步取m=1.30 膨胀过程绝热指数n2=1.31〜1.41，初步取n2=1.35 汽油机压缩比 8~12，初取 9，初取p=7 通常情况下，压缩始点的压强在 Pa= （0.8〜0.9） po （P0为当地大气压力值），假定外 界F0=0.10MPa，选定pa =0.09 MPa，将压缩过程近似看作绝热过程，由 山=1.30,并利用 PVn=const,可以在excel

14、中绘出压缩过程线。混合气体在气缸中压缩后，经等容加热，利 连接膨胀终点和压缩始点。得出理论的 P-V 图 1。 = PcVc 1.30 n2=1.35，绘出膨胀线。最后 （1-4） （1-5） 用p值可得最大爆发压力值。膨胀过程类似于压缩过程，由 Pa=0.09Mpa, Vs=0.45L Vc Vs/( 1) 0.045L，Va=0.45L，得 Pc=1.80MPa Pz p Pc = 12.6MPa PzVc1.35 PbVb1.35 得 Pb=0.55MPa 简化的条件为： 假设工质是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同 假设工质是在闭口系统中作

15、封闭循环。 假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程。 假设燃烧过程为等容加热过程，工质放热为定容放热。 V(L) 图1理论P-V图 实际的P-V图和利用多变过程状态方程绘制的 P-V图还存在一些差别，主要是点火提 前角和配气相位的原因。对1图作以下调整： 最大爆发压力： R取理论水平的3/5,具体值为7.56,以此值与原图形相交，水平线 以上的部分去掉，余下部分作些调整。考虑到实际过程与理论过程的差异，最大爆发压力 发生在上止点之后12°〜15°，选择最高爆发压力出现在上止点后 12°。 点火提前角：据资料得常用的范围是 20°〜30。，经调整后取26°。 排气提前角：常使用

16、的范围是 40。〜80°，经调整后取60°。 ■2 0 9876543210 图2调整后P-V图 由热力学计算所绘制的示功图为理论循环的示功图，其围成的面积表示的是汽油机所 做的指示功Wi，数值由对示功图积分后求得的面积来表示: Vc 1.30 1.30 Pa Va Vx dVx Vva (1-6) Vz 1 35 1 35 W V Pb Vb1.35 Vx 1.35 dVx Vb 其中：Pa=0.09MPa; Pb=0.55MPa;Vc= Vz=0.045L; Vb= Va =0.45L 将上述数值代入得：Wi=573J 则汽油机平均有效压力：

17、Wi * m pme ! m 0.996MPa Vs （ 1-7） Pe Pme Vs 1 n=81kW （ 1-8） 30 与前面计算的结果大致一样，在± 2%以内，故上面选取的参数和以后的相关计算在满 足制造的同时能够前后一致。 2.3发动机运动学计算 在往复活塞式内燃机中基本上采用三种曲柄连杆机构：中心曲柄连杆机构，偏心曲柄 连杆机构和关节曲柄连杆机构。其中中心曲柄连杆机构应用最广泛。本次设计选择中心曲 柄连杆机构。 参考发动机设计可知， 1/37/5，车用发动机多用小连杆，初选 1/4。则连杆长 度 L=r/ 166 mm。 活塞位移： X r 1 cos 1

18、cos2 (1-9) 4 =1/4，r —为曲轴半径，r 83/2 41.5mm 经计算后X- a图如下图4所示： 角度（。） (1-10) n 30 5421r / min, r 0.042 m 角度（。） 图4 X- a图 活塞速度： V r sin —si n2 2 图5 V- a图 活塞加速度： a 2 r cos cos 2 ,)2^巴度速加塞活 -5000 -10000 -15000 8 20000 15000 10000

19、 角度.。: 角度（。） 图6 a- a图 连杆式做复合平面运动，即其运动是由随活塞的往复运动以及绕活塞销的摆动合成 连杆相对于气缸中心的摆角： (1-11) arcs in sin 图7连杆运动规律 2.4发动机动力学计算 首先质量转换，沿气缸轴线作直线运动的活塞组零件，可以按质量不变的原则简单相 加，并集中在活塞销中心 mp mpi 粗略计算，将活塞看做薄壁圆: mp 2 2 4 D2 D L H (1-12) 其中D=83mm L为活塞厚度L=8mm活塞材料为共

20、晶铝合金：p =2.7g/cm3 , H为活塞 高度 H= (0.8~1.0 ) D=74.7mm 得 mp 215g 匀速旋转的曲拐质量，可以按产生离心力不变的原则换算，并集中在曲柄销的中心。 mm mc r (1-13) 做平面运动的连杆组，根据动力学等效性的质量，质心和转动惯量守恒三原则进行质 量换算。3个条件决定三个未知数，可用位于比较方便的位置上即连杆小头，大头和质心 1 处三个质量来代替连杆。实际结果表明 m3与m2、m相比很小，为简化受力分析，常用集 中在连杆小头和大头的2个质量代替连杆 m1 mL L L2 L m2 往复质量： mj mp

21、m1 旋转质量： mY mc m2 (1-14) (1-15) (1-16) (1-17 ) mj=215+300=515g 作用在活塞销中心的力，是Fg和Fj的合力，Fg为气体作用力，Fj为往复惯性力 (1)气体力 Fg D2 P P0 3.14 832 P 0.1013 4 4 (1-18) P-活塞顶上的压力，P。--活塞背压 根据气缸内压力与曲轴转角a的关系， 应用EXCELS解相关数据(数据记录在附录中) 作出下图& 图8气体作用力图 （2）惯性力 往复惯性力： Fj在机构中的传递情况与Fg很相似，Fj也使机构受负荷，也产

22、生转矩和倾覆力矩， 由于Fj对汽缸盖没有作用，所以它不能在机内自行抵消，是向外表现的力，需要由轴承 承受。则由于活塞和连杆小头的往复运动而引起的往复惯性力 Fj的大小：Fj和曲轴转角 a满足下列关系式，即 Fj mj a 0.380 r 2 cos cos2 （〔 伯） 应用EXCEL求解相关数据（数据记录在附录中）作出下图 9 t力性惯返往 角 O 图9往复惯性力 （3）旋转惯性力 Fr=mrr 32,当曲轴角速度不变时，Fr大小不变，其方向总是沿着曲轴半径向外。女口果不用结构措施（如平衡块）消除，它也是自由力，使曲轴轴承和内燃机承受支反力，它 不产生转矩和倾覆力矩。在

23、本次设计中，用平衡块结构措施消除，所以在计算中可以忽略 它。 作用在活塞销中心的力，是 Fj和Fp合力。即F= Fj+Fp。把该力分解到连杆方向P2 和垂直于气缸中心线方向P1。连杆方向的力P1沿连杆传递到连杆大头，该力以同样的方 向和大小作用在曲柄销上。把 P1分解到曲柄销半径方向Pk和垂直于曲柄销半径方向Pt。 其中各力在大小上满足下列关系式: 侧压力Pl Ptan P P2 —— 连杆力 COS Pt P2 sin 切向力 Psi n cos Pk 径向力 P2 cos P cos cos (1-20) (1-21) (1-22) (1-23

24、) 图10侧压力连杆力图 角度（。） 图11切向力径向力图 3发动机连杆的设计 连杆是发动机的重要组成部分，主要由连杆大头、大头盖、连杆轴瓦及连杆螺栓等部 分组成。其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给 曲轴。连杆小头与活塞一起作往复运动，连杆大头与曲轴一起作旋转运动，连杆杆身作复 杂的平面摆动。连杆主要

25、承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷。由于受力比较复 杂并且需要实验来指导，因此设计时应综合考虑。 内燃机的连杆组包括连杆体、连杆盖、连杆轴瓦和连杆螺栓。而连杆体又常分为连杆 小头、杆身和大头三部分。连杆组的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并 把作用在活塞组上的力传给曲轴。 3.1连杆设计概述 根据以上分析可知，连杆主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷。因此， 在设计时应首先保证连杆具有足够的疲劳强度和结构刚度。如果强度不足，就会发生连杆 螺栓、大头盖或杆身的断裂，造成严重事故。同样，如果连杆组刚度不足，也会对曲柄连 杆机构的工作带来不好的影响。如，连杆大头的变形

26、使连杆螺栓承受附加弯曲，大头孔的 失圆使连杆轴承的润滑受到影响；杆身在曲轴轴线平面内的弯曲，使活塞在气缸内歪斜， 造成活塞与气缸以及连杆轴承与曲柄销的偏磨 .活塞组与气缸间捅气、窜油。经验表明， 对强化程度不高的发动机来说，刚度比强度更重要。 很显然，为了增加连杆的强度和刚度，不能简单地依靠加大结构尺寸来达到，因为连 杆重量的增加使惯性力相应增加，所以连杆设计的一个主要要求是在尽可能轻巧的结构下 保证足够的刚度和强度。为此，必须选用高强度的材料，合理的结构形状和尺寸 ；采取提 高强度的工艺措施等。 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 I。它通常是用连杆比 r/l来说明

27、的，人值越大，连杆越短，则发动机总高度 （立式发动机）或总宽度（卧式发 动机）越小。在V型发动机上，则总高度和总宽度可同时缩小。所以为使发动机紧凑轻巧， 现代高速发动机设计中的总趋势是尽量缩短连杆长度。目前孔值己大到 I /3.2，常用范围 为1/4~1/3.2。但是，连杆长度必须根据发动机的总体布置才能最后确定。过短的连杆在 运动过程中有可能与气缸套的下端 相碰。从理论上分析，连杆缩短会引起活塞侧压力 Pn加大，可能增加活塞与气缸的摩擦 和磨损。但是经验证明，直到 1/3为止，这种影响并不大。 对于四冲程高速内燃机来说，最合理的连杆长度应该是保证连杆及相关机件在运动时 不与其他机件

28、相碰情况下的最短长度。由于连杆长度的偏差直接影响发动机的压缩比和装 配关系，所以其制造公差要保持在土 0.05~ ± 0.1的范围内。 杆身也承受交变载荷，可能产生疲劳破坏和变形，连杆高速摆动时的横向惯性力也会 使连杆弯曲变形，因此杆身必须有足够的断面积，并消除产生应力集中的因素。 “工”字形断面的平均相对高度 H/D=0.2~0.3（汽油机）。高宽比H/B=1.4~1.8。对于 1 .—— 汽车发动机B初步值可按以下经验公式求出B § ' DS（厘米）式中d、S分别为气缸直 径和冲程（厘米）。 为使连杆从小头到大头传力比较均匀，一 般把杆身断面H从小头到大头逐渐加大，Hwx//Hm

29、in值最大到1.3左右，在杆身到小头和大头 的过渡处须用足够大的圆角半径。 3.2连杆尺寸设计 连杆长度由杆比 来说明，而 =r/l， 值越大，连杆越短，则发动机的总高度越小。 参考杨连生版《内燃机设计》设计， l=166mm。 连杆小头位于活塞内腔，尺寸小、轴承比压高、温度较高。本次设计汽油机的连杆材 料选取为45钢，密度 =7.85g/cm3. 连杆小头的内径 ，参考杨连生版 《内燃机设计》设计 ，d 1 /D=0.25〜0.3，取 d1 =0.3D=28mm， 连杆小头的外径，参考杨连生版《内燃机设计》设计 ，D 1 /d=1.2〜1.35，取 D1 =1.25d=38

30、mm， 连杆小头的宽度，参考杨连生版《内燃机设计》设计，B1/d1=1.2〜1.4， 取 B1 =1.2d1=28mm， 衬套外径，参考杨连生版《内燃机设计》设计， d1/d=1.05~1.15,取d=1.1 d1 =24mm 连杆大头的结构与尺寸基本上决定了曲柄销直径 D2、长度B2、连杆轴瓦厚度等等，对 曲轴的强度、刚度和承压能力有很大的 影响。大头的外形尺寸又决定了凸轮轴位置和曲 轴箱形状，大头的重量产生的离心力会使连杆轴承、主轴承负荷增大，磨损加剧，有时还 不得不为此而增加平衡重，给曲轴设计带来困难，因此在设计连杆大头时，应在保证强度 和刚度的条件下，尺寸尽量小，重量尽量轻

31、。 连杆大头内径，参考杨连生版《内燃机设计》设计，D2/D=0.55〜0.65， 取 D2=0.59D=57mm 连杆大头外径，参考杨连生版《内燃机设计》设计， D'2/D=0.60〜0.68， 取D2 =0.63D=79mm 连杆螺栓孔间距离，参考杨连生版《内燃机设计》设计，C/ D2=1.2〜1.25,取C=1.2D‘2 =70mm 高度H3,参考杨连生版《内燃机设计》设计，H3/ D2 =0.35〜0.4,取H3 =0.38D‘2=20mm 高度H4，参考杨连生版《内燃机设计》设计，H" D2 =0.38〜0.44，取H4=0.4D 2=21mm 3.3连杆小头强度的计算

32、 衬套过盈配合的预紧力及温升产生的应力 △ t p d_ 1 （D； d2 ） 1 （d2 ） E（6T盯 讪己（了苛 卩） 式中d2 —小头外径，为 31mm； d1 —小头内径，为22mm； a —衬套材料的线膨胀系数，对于青铜，可取 a'=1.8 1051/c0 ； a—连杆小头材料的线膨胀系数，对于钢可取 a=1.0 10 5 （ 1/c0 ）； □ —泊桑比，一般可取卩='=0.3; E—连杆小头材料的弹性模数对于刚， E=2.2 105 N/mm E'—衬套材料的弹性模数，对于青铜， E'=1.15 105 N/mm 计算得 t 0.065mm. 计算可

33、得：p 22.51MPa 把小头视为内压厚壁圆筒，在压力 P的作用下外表面的切向应力为 D2 d2 内表面 i = d；胡2 p=102.5 N/mm2 外表面a詩2卩=71.7 N/mm2 经检验小于100-150 N/mm2 当发动机处于额定工况时，连杆小头的最大拉伸作用力为： Pjmax- 当发动机处于起动工况时 Pjmax2 mR 2(1 ) 56.32N Hm/ 固定角 90 arccos - 124.94 D1 /2 d1 d2 22 31 r - - 13.18mm 4 4 在 0的截面上 N 1 -Pj'max (0.572 0.0008 ) 3

34、215.64 N M -Pjmax r(0.00033 0.0297) =2.47 N m 计算 截面拉伸力引起的法向力和弯矩为： N N cos 0.5Pjmax(sin cos ) 2086.02N M M N r(1 cos ) 0.5Pmaxr(si n cos )45.38N m 小头壁厚为h d2 d1 2.1mm ； b 26mm K EF 0.84mm 4 EF E F 由拉伸作用在外表上产生的应力为: aj 2M 6r h h(2r h) KN 1 b]h 18.478Mpa 取点火提前角为： 15 连杆小头的

35、合力为： D2 2 Pa (Pzmax P ) mR (COS 4 cos2 ) 28258N N1 Pa N Pa sin 一 sin 1 cos 2 M N sin M1 Par (1 cos ) Par £ 2 计算截面中由压缩力引起的法向力和弯矩: =10925.8 0.010625 (0.00013 10925.8 (0.0005 0.002) 1192 73N 1 cos 0.0005 1.2588 0.002) = 101.04N m a1 2M1』h KN1 — h(2r h) b1h 24

36、.649MPa 不对称循环的最大与最小应力为: max a aj 98.51MPa min a a1 55.38MPa 平均应力及应力幅: m -jmax 皿 76.9476 MPa 2 a -jmax 皿 21.5636MPa 2 又由n 1z 1z 材料在对称循环下的拉压疲劳极限，取 1z =200 MPa 应力幅; 平均应力； 考虑表面加工情况的工艺系数，其值在 0.4〜0.6之间，取 0.4 a 角系数， 2 1 a 0——材料在对称循环下的弯曲疲劳极限，对于钢， 0 (1.4 ~ 1.6) ! 则取a 0.43 算得n=2.

37、299〉1.5则小头合格 3.4连杆大头的强度计算 连杆大头受惯性力拉伸载荷： Pj'max G―G 2r(1 ) °2 °3 2r 10218.54N m g g 式中G'、G、G2、G3分别是活塞组、连杆组往复部分、连杆旋转部分及连杆大头下半部 分的重量。取 40，则弯曲应力为: Pjmax 0.0231 Z(1 J'/J) 0.4 F F 18346.3N 式中Z —计算断面的抗弯曲断面模数，取 Z 5.0 10 9m3 l1 —计算圆环的曲率半径，计算可得l1 17mm F、F'—大头及轴承中央截面面积，计算可得 F F' 0.00176m2 查杨连

38、生《内燃机设计》c的值在 15000~20000N - m之间，合格。 本课题通过对汽油发动机连杆组的研究，结合汽油机设计参数，对连杆组进行总体布 置；利用EXCE对活塞连杆进行热力与动力分析，从而得到比较理想的连杆组。通过对连 杆组的设计，对发动机有了更进一步的认识，并且巩固了所学的知识。 本文的全部工作是在老师的悉心指导下完成的。导师严谨的治学态度、渊博的知识、 刻苦的钻研精神和对学生高度负责的作风使我永生难忘，终身受益。在我论文的完成过程 中，导师付出了大量的心血，在此谨向辛勤培育我的导师致以崇高的敬意和衷心的感谢 感谢学院全体老师的辛勤培养和教诲！ 感谢所有支持和帮助我的同学和

39、朋友们！ 参考文献 [1] 杨连生•内燃机设计•北京：中国农业机械出版社， 1981. [2] 1990. [3] 陈家瑞.汽车构造[M].吉林：人民交通技术出版社，2002. [4] 洪如谨.CAD知识溶接技术培训教程[M]. 北京：清华大学出版社，2004. [5] 赵波，龚勉，屠建中.UG CAD实用教材[M ] . （ NX2 版）.北京：清华大学出 版社,2004. [6] 赵波，张琴.CAD相关参数化设计培训教程[M] . （ NX2版）.北京：清华大学 出版社,2005. [7] 张宝生.汽车优化设计理论与方法[M]. 北京：机械工业出版社，2000. [8

40、] 于海波，谢琦，吕巍.基于OWL的RB-RBAC策略定义和推理[J].吉林大学学 报:2006（5） :754 — 759. [9] 王珂.面向数据库的本体抽取与支持工具的研究[D].大连海事大学,2007,3. [10] 1999. [11] 2005. [12] 吴兆汉•内燃机设计•北京：北京理工大学出版社， 1990. [13] 2002. 附录图表 P-V图计算 转角a （。 汽缸瞬时容积 （mL） 多变指数 燃气压力（MPa） 调整后的燃气压力 （MPa） 0 45.0000 0 0.090 0.090 5 47.0608 0 0.0

41、90 0.090 10 50.2297 0 0.090 :0.090 15 55.4666 0 0.090 0.090 20 62.7053 0 0.090 0.090 25 71.8552 0 0.090 0.090 30 82.8027 0 0.090 [0.090 35 95.4137 0 0.090 0.090 40 109.5360 0 0.090 0.090 45 125.0020 0 0.090 [0.090 50 141.6324 0 0.090 0.090 55 159.2387

42、 0 0.090 0.090 60 177.6269 0 0.090 :0.090 65 196.6008 0 0.090 0.090 70 215.9653 0 0.090 0.090 75 235.5290 0 0.090 r 0.090 80 255.1075 0 0.090 0.090 85 274.5255 0 0.090 0.090 90 293.6193 0 0.090 0.090 95 312.2382 0 0.090 0.090 100 330.2459 0 0.090 0.090

43、 105 347.5215 0 0.090 :0.090 110 363.9598 0 0.090 0.090 115 379.4715 0 0.090 0.090 120 385.9825 0 0.090 :0.090 125 399.4333 0 0.090 0.090 130 409.7780 0 0.090 0.090 135 415.9827 0 0.090 :0.090 140 421.0243 0 0.090 :0.090 145 429.8883 0 0.090 0.090 150 43

44、7.5674 0 0.090 :0.090 155 444.0598 0 0.090 :0.090 160 449.3670 0 0.090 0.090 165 453.4928 0 0.090 0.090 170 456.4418 0 0.090 :0.090 175 458.2178 0 0.090 0.090 180 458.8237 1.30 0.093 0.093 185 458.2605 1.30 0.094 0.094 190 456.5272 1.30 0.094 0.094 195

45、453.6212 1.30 0.094 0.094 200 449.5384 1.30 0.095 :0.095 205 444.2744 1.30 0.096 0.096 210 437.8254 1.30 0.097 0.097 215 430.1896 1.30 0.098 P 0.098 220 421.3688 1.30 0.099 :0.099 225 415.3700 1.30 0.101 0.101 230 411.2074 1.30 0.104 ：0.104 235 407.9038 1.30

46、 0.108 [0.108 240 404.4927 1.30 0.113 0.113 245 390.0195 1.30 0.118 ：0.118 250 374.5431 1.30 0.124 0.124 255 358.1371 1.30 0.132 0.132 260 340.8903 1.30 0.140 0.140 265 322.9074 1.30 0.150 [0.150 270 304.3085 1.30 0.162 0.162 275 285.2295 1.30 0.176 0.176 28

47、0 265.8204 1.30 0.193 0.193 285 246.2448 1.30 0.213 0.213 290 226.6773 1.30 0.236 0.236 295 207.3023 1.30 0.265 [0.265 300 188.3107 1.30 0.300 0.300 305 169.8976 1.30 0.342 0.342 310 152.2594 1.30 0.393 [0.393 315 135.5900 1.30 0.586 0.556 320 120.0782 1.30

48、 0.733 0.663 325 105.9038 1.30 0.826 :0.796 330 93.2349 1.30 0.997 0.937 335 82.2241 1.30 1.156 1.166 340 73.0065 1.30 1.288 r 1.308 345 65.6962 1.30 1.454 1.454 350 56.3849 1.30 1.585 1.585 355 46.1396 1.30 1.699 [1.699 360 45.0014 1.30 1.801 1.801 360 45.

49、0014 1.35 12.592 8.330 365 45.9848 1.35 12.294 7.987 370 55.0773 1.35 10.923 6.575 375 65.2396 1.35 9.910 5.988 380 72.4067 1.35 8.803 4.733 385 81.4887 1.35 7.918 3.694 390 92.3728 1.35 6.821 3.119 395 104.9256 1.35 5.938 2.626 400 118.9955 1.35 4.870 2.

50、216 405 134.4156 1.35 3.604 1.880 410 151.0067 1.35 2.725 1.606 415 168.5807 1.35 1.918 P 1.385 420 186.9438 1.35 1.668 1.204 425 205.8998 1.35 1.464 1.057 430 225.2534 1.35 1.297 P 0.936 435 244.8132 1.35 1.159 :0.837 440 264.3942 1.35 1.045 0.754 445 283.8

51、211 1.35 0.949 :0.685 450 302.9295 1.35 0.869 [0.628 455 321.5682 1.35 0.802 0.579 460 339.6004 1.35 0.745 :0.538 465 356.9047 1.35 0.697 0.503 470 373.3753 1.35 0.656 0.473 475 388.9222 1.35 0.621 0.448 480 403.4709 1.35 0.590 :0.426 485 406.9613 1.35 0.565

52、 0.408 490 409.3471 1.35 0.543 0.392 495 410.5939 1.35 0.524 0.378 500 420.6782 1.35 0.509 0.367 505 429.5854 1.35 0.495 0.358 510 437.3079 1.35 0.484 [0.350 515 443.8435 1.35 0.475 0.343 520 449.1940 1.35 0.468 0.338 525 453.3629 1.35 0.463 [0.334 530 456.

53、3547 1.35 0.459 0.331 535 458.1735 1.35 0.457 0.330 540 458.8221 1.35 0.456 :0.329 545 458.3016 0 0.090 0.090 550 456.6111 0 0.090 0.090 555 453.7480 0 0.090 :0.090 560 449.7083 0 0.090 0.090 565 444.4875 0 0.090 0.090 570 438.0818 0 0.090 :0.090 575 430.

54、4893 0 0.090 :0.090 580 421.7117 0 0.090 0.090 585 416.7558 0 0.090 0.090 590 411.6353 0 0.090 :0.090 595 408.3729 0 0.090 0.090 600 405.0014 0 0.090 0.090 605 390.5661 0 0.090 0.090 610 375.1251 0 0.090 0.090 615 358.7516 0 0.090 0.090 620 341.5338 0

55、 0.090 0.090 625 323.5757 0 0.090 0.090 630 304.9970 0 0.090 0.090 635 285.9330 0 0.090 :0.090 640 266.5332 0 0.090 0.090 645 246.9606 0 0.090 0.090 650 227.3897 0 0.090 P 0.090 655 208.0043 0 0.090 :0.090 660 188.9952 0 0.090 0.090 665 170.5576 0 0.090

56、:0.090 670 152.8876 0 0.090 [0.090 675 136.1795 0 0.090 0.090 680 120.6222 0 0.090 :0.090 685 106.3960 0 0.090 :0.090 690 93.6692 0 0.090 0.090 695 82.5954 0 0.090 0.090 700 73.3102 0 0.090 :0.090 705 65.9285 0 0.090 0.090 710 55.5429 0 0.090 0.090 715

57、49.2212 0 0.090 [0.090 720 45.0057 0 0.090 0.090 运动学计算 曲轴转 角 活塞位移 活塞速度 活塞加速 连杆摆角 汽缸容积 往复惯性 气体力 mm m/s 度 m/s2 L 力N N 5 0.197125 2.592944 16799.17 1.248514 0.046066 -8651.57 -61.1089 10 0.786106 5.154412 16493 「2.488121 :0.049251 -8493.9 -61.1089 : 15 1.7

58、59805 7.653523 15989.17 3.709942 0.054517 -8234.42 -61.1089 20 3.106477 10.06058 15297.16 4.905163 0.061799 -7878.04 -61.1089 25 4.809989 12.34759 14429.91 :6.065067 [0.071012 -7431.41 -61.1089 : 30 6.850122 14.48884 13403.5 7.181077 0.082045 -6902.8 -61.1089 35 9.202

59、946 16.46125 12236.69 8.244804 0.094768 -6301.9 -61.1089 40 11.84126 18.24484 10950.5 [9.248102 ：0.109036 -5639.51 -61.1089 : 45 14.73507 19.82299 9567.643 10.18313 0.124685 -4927.34 -61.1089 50 17.85214 21.18265 8111.984 11.04243 0.141542 -4177.67 -61.1089 55 21.1585

60、3 22.31451 6607.939 r 11.819 [0.159422 -3403.09 -61.1089 : 60 24.61916 23.21301 5079.888 12.50636 0.178137 -2616.14 -61.1089 65 28.19841 23.87629 3551.597 13.09869 0.197493 -1829.07 -61.1089 70 31.86062 24.30608 2045.67 [13.59086 p.217298 -1053.52 -61.1089 : 75 35.570

61、69 24.50745 583.0434 13.97854 0.237361 -300.267 -61.1089 80 39.29449 24.48852 -817.465 14.25828 0.257499 420.9942 -61.1089 85 42.99936 24.26015 -2139.53 14.42757 0.277535 1101.856 -61.1089 90 46.65445 23.83545 -3369.6 14.48485 0.297301 1735.346 -61.1089 95 50.23106

62、 23.22943 -4497.16 14.42962 0.316643 2316.035 -61.1089 100 ] 53.70288 22.45846 -5514.76 P 14.26237 0.335418 2840.099 -61.1089 : 105 57.04615 21.5398 -6418.11 13.98463 0.353498 3305.328 -61.1089 110 60.23979 20.49115 -7206 13.59889 0.370769 3711.09 -61.1089 115 63.2654

63、 19.33018 -7880.09 P 13.10859 0.387131 4058.246 -61.1089 : 120 ] 66.10722 18.07406 -8444.71 P 12.51804 0.402499 4349.028 -61.1089 : 125 68.75206 16.73915 -8906.54 11.83236 0.416802 4586.868 -61.1089 130 ] 71.18913 15.34061 -9274.19 P 11.05737 0.429981 4776.206 -61.1089

64、135 73.4098 13.89215 -9557.79 [10.19952 0.44199 4922.263 -61.1089 : 140 75.40746 12.40583 -9768.55 9.265811 0.452793 5030.803 -61.1089 145 ] 77.17713 10.89197 -9918.2 :8.26369 0.462364 5107.875 -61.1089 150 ] 78.71533 9.359043 -10018.6 :7.200994 0.470682 5159.563 -61.1

65、089 : 155 80.01966 7.81374 -10081 6.085864 0.477736 5191.736 -61.1089 160 81.08866 6.261065 -10116.1 4.926685 0.483517 5209.812 -61.1089 165 81.92149 4.704496 -10133.1 :3.732032 0.48802 5218.547 -61.1089 1 170 82.51774 3.146217 -10139.5 2.510617 0.491245 5221.848 -61.

66、1089 175 82.87724 1.587388 -10141 1.271256 0.493189 5222.626 -61.1089 180 82.99996 0.028466 -10141.1 0.022825 0.493853 5222.68 -61.1089 1 185 82.88589 -1.53046 -10141 〔1.22577 0.493236 5222.633 -114.101 190 82.53503 -3.08929 -10139.6 -2.46562 0.491338 5221.906 -111.923 195 81.94743 -4.64761 -10133.5 [-3.68784 0.488161 5218.742 -108.23 J 200 81.12323 -6.20427 -10117 [-4.88363 0.483703 5210.269 -102.957 205 80.06285 -7.75714 -10082.7 -6.04426 0