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曲柄连杆机构设计课程设计说明书

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目 录 第 1 章 绪论 …………………………………………………………4 1.1 题目分析?????????????????????????4 1.2 设计研究的主要内容????????????????????4 第2章 连杆组的设计 ………………………………………………15 2.1 连杆的工作情况、设计要求和材料选用????????????15 2.2 连杆长度的确定??????????????????????16 2.3 连杆小头的设计??????????????????????16 2.4 连杆杆身的设计??????????????????????17 2.5 连杆大头的设计??????????????????????17 2.6 连杆强度计算???????????????????????18 2.7 连杆螺栓设计???????????????????????25 2.8 本章小结?????????????????????????27 第3章 活塞组的设计 ………………………………………………5 3.1 活塞的工作条件和设计要求?????????????????5 3.2 活塞的材料????????????????????????6 3.3 活塞的主要尺寸??????????????????????7 3.4 活塞的头部设计??????????????????????9 3.5 活塞的销座设计??????????????????????9 3.6 活塞的裙部设计??????????????????????10 3.7 活塞强度计算???????????????????????11 3.8 活塞销的设计???????????????????????12 3.9 活塞环的设计???????????????????????13 3.10 本章小结 ????????????????????????15 第4章 曲轴组的设计 ………………………………………………27 4.1 曲轴的结构型式和材料的选择????????????????27 4.2 曲轴的主要尺寸确定????????????????????28 4.3 曲轴油孔位置???????????????????????30 4.4 曲轴端部结构???????????????????????30 4.5 曲轴平衡块????????????????????????31 4.6 曲轴的轴向定位??????????????????????31 4.7 曲轴疲劳强度计算?????????????????????32 4.8 飞轮的设计????????????????????????41 4.9 本章小结?????????????????????????42 总结……………………………………………………………………43 参考文献………………………………………………………………44 致谢……………………………………………………………………45 第1章 绪论 1.1 题目分析 曲柄连杆机构是发动机的传递运动和动力的机构, 通过它把活塞的往复直线 运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。因此,曲柄连杆机构是发动机中主要的 受力部件, 其工作可靠性就决定了发动机工作的可靠性。随着发动机强化指标的 不断提高,机构的工作条件更加复杂。在多种周期性变化载荷的作用下,如何在 设计过程中保证机构具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为 曲柄连杆机构设计的关键性问题。 通过设计, 确定发动机曲柄连杆机构的总体结构和零部件结构,包括必要的 结构尺寸确定、运动学和动力学分析、材料的选取等,以满足实际生产的需要。 在传统的设计模式中, 为了满足设计的需要须进行大量的数值计算,同时为 了满足产品的使用性能,须进行强度、刚度、稳定性及可靠性等方面的设计和校 核计算,同时要满足校核计算,还需要对曲柄连杆机构进行动力学分析。 为了真实全面地了解机构在实际运行工况下的力学特性, 本文采用了多体动 力学仿真技术,针对机构进行了实时的,高精度的动力学响应分析与计算,因此 本研究所采用的高效、 实时分析技术对提高分析精度,提高设计水平具有重要意 义, 而且可以更直观清晰地了解曲柄连杆机构在运行过程中的受力状态,便于进 行精确计算, 对进一步研究发动机的平衡与振动、发动机增压的改造等均有较为 实用的应用价值。 本次设计柴油机型号为 4105 型柴油机,基本参数为: 缸径D ? 105m m 行程S ? 120mm 转速n ? 1500rpn 最高爆发压力 p z ? 70kgf/cm2 1.2 设计研究的主要内容 对内燃机运行过程中曲柄连杆机构受力分析进行深入研究, 其主要的研究内 容有: (1)对曲柄连杆机构进行运动学和动力学分析,分析曲柄连杆机构中各种 力的作用情况, 并根据这些力对曲柄连杆机构的主要零部件进行强度、刚度等方 面的计算和校核,以便达到设计要求; (2)分析曲柄连杆机构中主要零部件如活塞,曲轴,连杆等的工作条件和 设计要求, 进行合理选材, 确定出主要的结构尺寸, 并进行相应的尺寸检验校核, 以符合零件实际加工的要求。 第 2 章 连杆组的设计 2.1 连杆的工作情况、设计要求和材料选用 1、工作情况 连杆小头与活塞销相连接, 与活塞一起做往复运动,连杆大头与曲柄销相连 和曲轴一起做旋转运动。因此,连杆体除有上下运动外,还左右摆动,做复杂的 平面运动。 2、设计要求 (1)结构简单,尺寸紧凑,可靠耐用。 (2)在保证具有足够强度和刚度的前提下,尽可能减轻重量,以降低惯性力。 (3)尽量缩短长度,以降低发动机的总体尺寸和总重量。 (4)大小头轴承工作可靠,耐磨性好。 (5)连杆螺栓疲劳强度高,连接可靠。 (6)易于制造,成本低。 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 首先保证连杆具有在足够的疲劳强度和结构钢度。如果强度不足,就会



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