课程设计任务书 学 院
汽车与交通学院 专 业 热能与动力工程 学生姓名
班级学号 课程设计题目
汽油机曲柄连杆机构设计—连杆 实践教学要求与任务:
1. 设计参数求：Pe=33.5kW/5000rp ；D=65mm ；8.8=c
ε(参考)
2. 设计内容及要求：
1）选取基本参数、热计算、绘制示功图
（1）利用EXCEL 或其他程序语言进行近似热计算，得到理论的
示功图的数据。 （2）以该数据为依据，在坐标纸01上绘制理论的
示功图，并对其进行修正，得到实际的示功图。
（3）将图转换成图，绘制在坐标纸02上。
2）零部件设计
（1）独立设计该汽油机的连杆，用CATIA 软件绘出三维实体模型，求出其质心位置和当量质量。
（2）将三维图形转换成二维的工程图，并正确标注尺寸、粗糙度、公差等，并以A1的图纸打印。
3）动力计算
（1）计算活塞的位移、速度和加速度，并绘制曲线图附在设计说明书中。
（2）活塞连杆作用力分析，将往复运动惯性力P j 、侧压力P N 、切向力T 、法向力K 随曲轴转角的变化曲线附在设计说明书中。
（3）计算曲柄销载荷和连杆轴承载荷，并将图形附在设计说明书中。
4）设计说明书。其中包括：
（1）成绩评定表、课程设计任务书；（2）汽油机设计指标及其参数的选定；（2）热计算过程；（3）零部件设计过程；（4）动力计算过程；（5）附录（程序或用EXCEL 的计算表格） 工作计划与进度安排:
1. 选取基本参数、热计算、绘制示功图 5天
2. 零部件设计 6天
3. 3D 建模 2天
4. 动力计算 2天
5. 编写设计说明书 2天
6. 答辩 1天
指导教师：
专业负责人： 学院教学副院长：
目录
1 汽油机设计参数---------------------------------------------------------------------------2
2 汽油机基本结构参数选用---------------------------------------------------------------3
3 近似热计算---------------------------------------------------------------------------------
4 3.1燃料燃烧热学计算---------------------------------------------------------------------4
3.2换气过程计算---------------------------------------------------------------------------4
3.3压缩过程计算---------------------------------------------------------------------------5
3.4燃烧过程计算---------------------------------------------------------------------------6
3.5膨胀过程计算---------------------------------------------------------------------------8
3.6示功图绘制------------------------------------------------------------------------------9
3.7汽油机性能指标计算-----------------------------------------------------------------10
4 连杆三维建模
----------------------------------------------------------------------------11
4.1连杆基本尺寸
---------------------------------------------------------------------------11
4.2连杆的建模过程
------------------------------------------------------------------------11
4.3连杆大头盖的建模过程---------------------------------------------------------------14
5 动力计算------------------------------------------------------------------------------------1 7
5.1活塞位移、速度、加速度
------------------------------------------------------------17
5.2活塞连杆作用力分析------------------------------------------------------------------18
5.3曲柄销载荷和连杆轴承载荷---------------------------------------------------------20
6 参考文献------------------------------------------------------------------------------------2 2
附录
1 汽油机设计参数
1、功率Pe
有效功率是汽油机基本性能指标。Pe由汽油机的用途选定，任务书已经指定所需汽油机有效功率Pe=33.5 kw。
2、转速n
转速的选用既要考虑被汽油机驱动的工作机械的需要，也要考虑转速对汽油机自身工作的影响。任务书已经指定所需汽油机转速n=5000 r/min。
3、冲程数τ
本设计中的车用汽油机都采用四冲程，即τ=4。
4、平均有效压力p me
平均有效压力p me表示每一工作循环中单位气缸工作容积所做的有效功，是汽油机的强化指标之一，一般车用汽油机的平均有效压力为0.9MPa～1.2 MPa，这里取p me =0.93 MPa。
5、有效燃油消耗率be
这是汽油机最重要的经济性指标。四冲程车用汽油机250[g/(kw·h)]～380[g/(kw·h)]。
2 汽油机基本结构参数选用
有效功率计算公式：τ
30e n V i p P s me ???=
（2.1） 1、气缸直径D
气缸直径D 的选取影响汽油机的尺寸和重量，还影响汽油机的机械负荷和热负荷。本设计任务书规定了车用汽油机的气缸直径D=65 mm 。
2、活塞行程S
增大活塞行程S 使活塞平均速度30/n s v m ?=提高，机械负荷加大，一般车用汽油机s m v m /15~10=，同时S 也是汽油机基本结构指标S/D 的决定因素，车用汽油机的S/D=0.7～1.2，校核所设计的汽油机的v m 和S/D 的值。 即30/n s v m ?=30/5000065.0?==10.83 m/s 符合要求
S/D=65/65=1 符合要求
3、气缸数i 及气缸排列方式
由于设计任务书已指明D 的值，S 确定后，满足功率要求可通过改变气缸
数i 实现，所以采用4缸直列排布。
4、连杆长度L 与曲柄连杆比λ=r/L
连杆长度加大，会使汽油机总高度增加；虽然连杆摆角减小，侧压力减小，但效果不明显；而且连杆重量加大，往复运动质量惯性力加大。因而尽量采用短连杆，目前一般λ值在1/4～1/3.2之间，取λ=1/3.5。
则2r=65，r/L=1/3.5 即L=113.75 mm ，r=32.5 mm
5、气缸中心距l 0及其与气缸直径之比l 0/D
l 0/D 影响汽油机的长度尺寸和重量指标，设计时力求缩小l 0/D 的值。l 0/D 值的影响因素可从曲轴中心线方向的尺寸分配和气缸上部的尺寸分配两方面分析，一般其值为1.25～1.35，取l 0/D=1.3，则l 0 =1.3×65=84.5 mm
6、压缩比εc
选用压缩比εc 也就是选用燃烧室容积。选用压缩比时要考虑汽油机的经济性能、工作可靠性、爆燃等。任务书给定车用汽油机的εc =8.8
根据有效功率计算可得Vs=0.216 L
则1+Vs/Vc=8.8 得Vc=0.028 L
3 近似热计算
3.1 燃料燃烧热化学计算
1 理论空气量L 0
??
? ??-+=3241221.010O H c g g g L （3.1） ??? ??-+=
32000.04145.012855.021.01=0.512 (千摩尔/千克汽油) 燃料采用轻汽油855.0=c g ，145.0=H g ，000.0o =g
汽油低热值 H u =44100千焦/千克燃料
2 新鲜空气量M 1
r a m L M 101+=?114
1512.09.0+?==0.47（千摩尔/千克) 其中 a ? ——过量空气系数，96.0~85.0a =?，取a ?=0.9；114=r m
汽车发动机的曲柄连杆机构 【概述】 曲柄连杆机构是汽车发动机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在做功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。 发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。 【组成】 曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，即机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。 机体组 机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装 基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种 载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。发动机的机体组 主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。 气缸体 气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体，并由它来保持发动机各运动部件相互之间
的准确位置关系。气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。 一、气缸体的工作条件、要求及材料 （1）应具有足够的强度和刚度、耐磨损和耐腐蚀、适当冷却 ?发动机中最大的零件 ?承受拉、压、弯、扭等机械负荷 ?承受高温燃气很大的热负荷 ?发动机大部分零件安装在机体上 （2）力求结构紧凑、质量轻 ?尽量减小整机的重量（发动机最大的零件） ?加强肋（减小质量、保证刚度与强度） （3）机体材料 ?一般高强度灰铸铁或球墨铸铁、合金铸铁 ?为了减轻质量、加强散热采用铝合金 二、气缸体的分类 （一）按结构形式 根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为一般式、龙门式和隧道式三种形式。 （1）一般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差 （2）龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚
本科毕业设计（论文）通过答辩 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！摘要 本文以捷达EA113汽油机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。 首先，以运动学和动力学的理论知识为依据，对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析，并得到了精确的分析结果。其次分别对活塞组、连杆组以及曲轴进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。再次，应用三维CAD软件：Pro/Engineer建立了曲柄连杆机构各零部件的几何模型，在此工作的基础上，利用Pro/E软件的装配功能，将曲柄连杆机构的各组成零件装配成活塞组件、连杆组件和曲轴组件，然后利用Pro/E软件的机构分析模块(Pro/Mechanism)，建立曲柄连杆机构的多刚体动力学模型，进行运动学分析和动力学分析模拟，研究了在不考虑外力作用并使曲轴保持匀速转动的情况下，活塞和连杆的运动规律以及曲柄连杆机构的运动包络。仿真结果的分析表明，仿真结果与发动机的实际工作状况基本一致，文章介绍的仿真方法为曲柄连杆机构的选型、优化设计提供了一种新思路。 关键词：发动机；曲柄连杆机构；受力分析；仿真建模；运动分析；Pro/E
本科毕业设计（论文）通过答辩 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ABSTRACT This article refers to by the Jeeta EA113 gasoline engine’s related parameter achievement, it has carried on the structural design compution for main parts of the crank link mechanism in the gasoline engine with four cylinders, and has carried on theoretical analysis and simulation analysis in computer in kinematics and dynamics for the crank link mechanism. First, motion laws and stress in movement about the crank link mechanism are analyzed in detail and the precise analysis results are obtained. Next separately to the piston group, the linkage as well as the crank carries on the detailed structural design, and has carried on the structural strength and the rigidity examination. Once more, applys three-dimensional CAD software Pro/Engineer establishing the geometry models of all kinds of parts in the crank link mechanism, then useing the Pro/E software assembling function assembles the components of crank link into the piston module, the connecting rod module and the crank module, then using Pro/E software mechanism analysis module (Pro/Mechanism), establishes the multi-rigid dynamics model of the crank link, and carries on the kinematics analysis and the dynamics analysis simulation, and it studies the piston and the connecting rod movement rule as well as crank link motion gear movement envelopment. The analysis of simulation results shows that those simulation results are meet to true working state of engine. It also shows that the simulation method introduced here can offer a new efficient and convenient way for the mechanism choosing and optimized design of crank-connecting rod mechanism in engine. Key words: Engine；Crankshaft-Connecting Rod Mechanism；Analysis of Force；Modeling of Simulation；Movement Analysis；Pro/E
工程软件训练 目录 目录 (1) 第1章绪论 (3) 第2章活塞组的设计 (4) 2.1 活塞的设计 (4) 2.1.1 活塞的材料 (4) 2.1.2 活塞头部的设计 (4) 2.1.3 活塞裙部的设计 (5) 2.2 活塞销的设计 (5) 2.2.1 活塞销的结构 (5) 第3章连杆组的设计 (6) 3.1 连杆的设计 (6) 3.1.1 连杆材料的选用 (6) 3.1.2 连杆长度的确定 (6) 3.1.3 连杆小头的结构设计 (6) 3.1.4 连杆杆身的结构设计 (6) 3.1.5 连杆大头的结构设计 (6) 3.2 连杆螺栓的设计 (7) 第4章曲轴的设计 (8) 4.1 曲轴的结构型式和材料的选择 (8) 4.1.1 曲轴的结构型式 (8) 4.1.2 曲轴的材料 (8) 4.2 曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计 (8) 4.2.1 曲柄销的直径和长度 (8) 4.2.2 主轴颈的直径和长度 (9) 4.2.3 曲柄 (9) 4.2.4 平衡重 (9) 4.2.5 油孔的位置和尺寸 (10) 4.2.6 曲轴两端的结构 (10) 1
工程软件训练 第5章曲柄连杆机构的创建 (11) 5.1 活塞的创建 (11) 5.2 连杆的创建 (11) 5.3 曲轴的创建 (11) 第六章曲柄连杆机构静力学分析 (13) 6.1 活塞的静力分析 (13) 6.2 连杆的静力分析 (13) 2
工程软件训练 第1章绪论 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[1]。 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。 本文以捷达EA113汽油机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。 3
第八章平面连杆机构及其设计 一、填空题： 1.平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副连接组成的。 2.在铰链四杆机构中，运动副全部是低副。 3.在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 4.在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 5.在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 6.某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 7.对心曲柄滑块机构无急回特性。 8.平行四边形机构的极位夹角θ=00，行程速比系数K= 1 。 9.对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复直线运动的连杆机构，是否有急回 特性，取决于机构的极位夹角是否为零。 10.机构处于死点时，其传动角等于0?。 11.在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，该机构的压力角α=00。 12.曲柄滑块机构，当以滑块为原动件时，可能存在死点。 13.组成平面连杆机构至少需要 4 个构件。 二、判断题： 14.平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 15.在曲柄滑块机构中，只要以滑块为原动件，机构必然存在死点。（√） 16.平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 17.有死点的机构不能产生运动。（×） 18.曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 19.双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 20.平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 21.在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，则机构的极位夹角与导杆的最大摆角相等。 （√） 22.机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题：
23.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A ≤ B ≥ C > 24.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而 充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边 B 最长杆 C 最短杆的对边。 25.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时， 有两个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 26.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 A 为机架时， 有一个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 27.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 C 为机架时， 无曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 28.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和 B 其余两杆长度之和，就一定是双摇杆 机构。 A < B > C = 29.对曲柄摇杆机构，若曲柄与连杆处于共线位置，当 C 为原动件时，此时机构处在死点位 置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 30.对曲柄摇杆机构，若曲柄与连杆处于共线位置，当 A 为原动件时，此时为机构的极限 位置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 31.对曲柄摇杆机构，当以曲柄为原动件且极位夹角θ B 时，机构就具有急回特性。 A <0 B >0 C =0 32.对曲柄摇杆机构，当以曲柄为原动件且行程速度变化系数K B 时，机构就具有急 回特性。 A <1 B >1 C =1 33.在死点位置时，机构的压力角α= C 。 A 0 o B 45o C 90o 34.若以 B 为目的，死点位置是一个缺陷，应设法通过。 A 夹紧和增力B传动 35.若以 A 为目的，则机构的死点位置可以加以利用。 A 夹紧和增力；B传动。
. 摘要 以桑塔纳2000AJR型发动机为例，基于相关参数对发动机曲柄滑块机构主要零部件进行结构设计计算，同时进行强度、刚度等方面的校核，并进行相关力学分析和机构运动仿真分析，以达到良好的生产经济效益。 目前国外对发动机曲柄连杆机构的动力学分析的方法很多，而且已经完善和成熟，但仍缺乏一种基于良好生产效益、经济效益上的综合性分析，本次设计在清晰、全面剖析的基础上，有机地将各研究模块联系起来，达到既简便又清晰的设计目的，力求为发动机曲柄滑块机构的设计提供一种综合全面的思路。 分析研究的主要模块分为以下三个部分：第一，对发动机曲柄滑块机构进行力学分析，着重分析活塞的位移、速度、加速度以及工质的作用力和机构的惯性力；第二，进行曲柄滑块机构活塞组、连杆组以及曲轴的结构设计，并对其强度和刚度进行校核；第三，应用Pro∕Engineer 建立曲柄滑块机构主要零部件的几何模型，并利用Pro/Mechanism进行机构仿真。 关键词：发动机；曲柄滑块机构；力学分析；机构仿真
目录 第一章绪论 (1) 1.1国外发展现状 (1) 1.2研究的主要容 (1) 第二章总体方案的设计 (2) 2.1原始参数的选定 (2) 2.2原理性方案设计 (2) 2.3 结构的设计 (3) 2.4 确定设计方案 (3) 第三章中心曲柄连杆机构的设计 (5) 3.1 气缸的作用力分析 (5) 3.2 惯性力的计算 (5) 第四章活塞以及连杆组件的设计 (8) 4.1 设计活塞组件 (8) 4.2 设计活塞销 (9) 4.3 活塞销座 (9) 4.4 连杆的设计 (9) 第五章曲轴的设计 (11) 5.1 曲轴的材料的选择 (11) 5.2 确定曲轴的主要尺寸和结构细节 (11) 第六章曲柄连杆机构的创建 (13)
曲柄连杆机构课程 设计
目录 目录 (1) 第1章绪论 (3) 第2章活塞组的设计 (4) 2.1 活塞的设计 (4) 2.1.1 活塞的材料 (4) 2.1.2 活塞头部的设计 (4) 2.1.3 活塞裙部的设计 (5) 2.2 活塞销的设计 (5) 2.2.1 活塞销的结构 (5) 第3章连杆组的设计 (6) 3.1 连杆的设计 (6) 3.1.1 连杆材料的选用 (6) 3.1.2 连杆长度的确定 (6) 3.1.3 连杆小头的结构设计 (6) 3.1.4 连杆杆身的结构设计 (6) 3.1.5 连杆大头的结构设计 (6) 3.2 连杆螺栓的设计 (7) 第4章曲轴的设计 (8) 4.1 曲轴的结构型式和材料的选择 (8) 4.1.1 曲轴的结构型式 (8) 4.1.2 曲轴的材料 (8)
4.2 曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计 (8) 4.2.1 曲柄销的直径和长度 (8) 4.2.2 主轴颈的直径和长度 (9) 4.2.3 曲柄 (9) 4.2.4 平衡重 (9) 4.2.5 油孔的位置和尺寸 (10) 4.2.6 曲轴两端的结构 (10) 第5章曲柄连杆机构的创立 (11) 5.1 活塞的创立 (11) 5.2 连杆的创立 (11) 5.3 曲轴的创立 (11) 第六章曲柄连杆机构静力学分析 (13) 6.1 活塞的静力分析 (13) 6.2 连杆的静力分析 (13)
第1章绪论 曲柄连杆机构是发动机的传递运动和动力的机构，经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[1]。 经过设计，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
摘要 本文以捷达EA113汽油机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。 首先，以运动学和动力学的理论知识为依据，对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析，并得到了精确的分析结果。其次分别对活塞组、连杆组以及曲轴进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。再次，应用三维CAD软件：Pro/Engineer建立了曲柄连杆机构各零部件的几何模型，在此工作的基础上，利用Pro/E软件的装配功能，将曲柄连杆机构的各组成零件装配成活塞组件、连杆组件和曲轴组件，然后利用Pro/E软件的机构分析模块(Pro/Mechanism)，建立曲柄连杆机构的多刚体动力学模型，进行运动学分析和动力学分析模拟，研究了在不考虑外力作用并使曲轴保持匀速转动的情况下，活塞和连杆的运动规律以及曲柄连杆机构的运动包络。仿真结果的分析表明，仿真结果与发动机的实际工作状况基本一致，文章介绍的仿真方法为曲柄连杆机构的选型、优化设计提供了一种新思路。 关键词：发动机；曲柄连杆机构；受力分析；仿真建模；运动分析；Pro/E
ABSTRACT This article refers to by the Jeeta EA113 gasoline engine’s related parameter achievement, it has carried on the structural design compution for main parts of the crank link mechanism in the gasoline engine with four cylinders, and has carried on theoretical analysis and simulation analysis in computer in kinematics and dynamics for the crank link mechanism. First, motion laws and stress in movement about the crank link mechanism are analyzed in detail and the precise analysis results are obtained. Next separately to the piston group, the linkage as well as the crank carries on the detailed structural design, and has carried on the structural strength and the rigidity examination. Once more, applys three-dimensional CAD software Pro/Engineer establishing the geometry models of all kinds of parts in the crank link mechanism, then useing the Pro/E software assembling function assembles the components of crank link into the piston module, the connecting rod module and the crank module, then using Pro/E software mechanism analysis module (Pro/Mechanism), establishes the multi-rigid dynamics model of the crank link, and carries on the kinematics analysis and the dynamics analysis simulation, and it studies the piston and the connecting rod movement rule as well as crank link motion gear movement envelopment. The analysis of simulation results shows that those simulation results are meet to true working state of engine. It also shows that the simulation method introduced here can offer a new efficient and convenient way for the mechanism choosing and optimized design of crank-connecting rod mechanism in engine. Key words: Engine；Crankshaft-Connecting Rod Mechanism；Analysis of Force； Modeling of Simulation；Movement Analysis；Pro/E
一、填空题： 1．平面连杆机构是由一些刚性构件用低副连接组成的。 2．由四个构件通过低副联接而成的机构成为四杆机构。 3．在铰链四杆机构中，运动副全部是转动副。 4．在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 5．在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 6．在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 7．某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 8．对心曲柄滑快机构无急回特性。9．偏置曲柄滑快机构有急回特性。 10．对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复运动的连杆机构，是否有急回特性，取决于机构的极位夹角是否大于零。 11．机构处于死点时，其传动角等于０。12．机构的压力角越小对传动越有利。 13．曲柄滑快机构，当取滑块为原动件时，可能有死点。 14．机构处在死点时，其压力角等于９０o。 15．平面连杆机构，至少需要４个构件。 二、判断题： 1．平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 2．平面连杆机构中，最少需要三个构件。（×） 3．平面连杆机构可利用急回特性，缩短非生产时间，提高生产率。（√） 4．平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 5．有死点的机构不能产生运动。（×） 6．机构的压力角越大，传力越费劲，传动效率越低。（√） 7．曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 8．双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 9．平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 10．平面连杆机构中，压力角的余角称为传动角。（√） 11．机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题： 1．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A <=； B >=； C > 。 2．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边； B 最长杆； C 最短杆的对边。3．铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时，有两
曲柄连杆机构得拆装 实训步骤及操作方法： 1、曲柄连杆机构得拆卸 拆卸曲柄连杆机构机件时，应先将发动机外部机件拆卸，如分电器,发电机及V带、水泵、化油器、汽油泵、起动机与机油滤清器等。对于ＡFE电控汽油喷射发动机应拆卸节气门体、怠速稳定阀及燃油分配器等。 然后分解正时齿形带机构.先拆下齿形带护罩,转动曲轴使第一缸活塞处于压缩行程上止点,检查正时记号,凸轮轴正时齿形皮带轮上标记须与气门罩盖平面对齐，最后拆下张紧装置，拆下齿形带。 （1)拆下气缸盖 ①旋出气门罩盖得螺栓取下气门罩盖与档油罩； ②松下张紧轮螺母，取下张紧轮; ③拆下进、排气歧管； ④按要求顺序旋松气缸盖螺栓,并取下气缸盖与气缸盖衬垫；
⑤拆下火花塞 （２)拆下并分解曲轴连杆机构 ①拆下油底壳、机油滤网、浮子与机油泵； ②拆下曲轴带轮； ③拧下曲轴正时齿带轮固定螺栓,取下曲轴正时齿带轮； ④拧下中间轴齿带轮得固定螺栓,取下中间齿带轮；拆卸密封凸缘，取出中间轴; ⑤拆卸前油封与前油封凸缘; ⑥拆卸离合器压盘总成及飞轮总成，为保证其动平衡，应在飞轮与离合器壳上作装配记号; ⑦拆下活塞连杆组件: 拆下活塞连杆组件前,应检查连杆大端得轴向间隙,该车极限间隙值为0、3７mm,大于此值应更换连杆。拆下连杆轴承盖，将活塞连杆组从气缸中抽出. 拆下活塞连杆组后,注意连杆与连杆大头盖与活塞上得记号应与气缸得序号一致,如无记号,则应重新打印. ⑧检查曲轴轴向间隙，极限轴向间隙为0、２5ｍm,超过此值,应更换止推垫圈； ⑨按规定顺序松开主轴承盖螺栓，拆下主轴承盖,取下曲轴; ⑩分解活塞连杆组件。 2、曲柄连杆机构得装配 曲柄连杆机构得装配质量直接关系到发动机得工作性能，因此，装合时须注意下列事项。 ①各零部件应彻底清洗，压缩空气吹干,油道孔保持畅通; ②对于一些配合工作面(如气缸壁、活塞、活塞环、轴颈与轴承、挺杆等），装合前要涂以润滑油； ③对于有位置、方向与平衡要求得机件，必须注意装配记号与平衡记号，确保安装关系正确与动平衡要求，如正时链条、链轮、活塞、飞轮与离合器总成等。 ④螺栓、螺母必须按规定得力矩分次按序拧紧。螺栓、螺母、垫片等应齐全,以满足其完整性与完好性； ⑤使用专用工具。 安装顺序一般与拆卸顺序相反. (1）活塞连杆组得装合 ①将同一缸号得活塞与连杆放在一起，如连杆无缸号标记,应在连杆杆身上打所属缸号标记； ②将活塞顶部得朝前“箭头”标记与连杆杆身上得朝前“浇铸”标记对准； ③将涂有机油得活塞销，用大拇指压入活塞销孔与连杆铜套中,如压不进去，可用热装合法装配； ④活塞销装上后，要保证其与铜套得配合间隙为0、003～0、008ｍm ,经验检验法就是用手晃动活塞销与销孔铜套无间隙感，活塞销垂直向下时又不会从销孔或铜套中滑出。(注意铜套与连杆油孔对正）; ⑤安装活塞销卡环； ⑥用活塞环专用工具安装活塞环，先装油环,再装第二道环，最后装第一道环，环得上下面不能装错，标记“ＴＯＰ”朝活塞顶； ⑦检查活塞环得侧隙、端隙。
曲柄连杆机构 一、曲柄连杆机构的功用及组成 曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。曲柄连杆机构由活塞组、连杆组和曲轴飞轮组的零件组成。 二、活塞组 (一)活塞 1．活塞的功用及工作条件 活塞的主要功用是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。此外活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。 活塞是发动机中工作条件最严酷的零件。作用在活塞上的有气体力和往复惯性力。活塞顶与高温燃气直接接触，使活塞顶的温度很高。活塞在侧压力的作用下沿气缸壁面高速滑动，由于润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。 2．活塞材料
现代汽车发动机不论是汽油机还是柴油机广泛采用铝合金活塞，只在极少数汽车发动机上采用铸铁或耐热钢活塞。 3．活塞构造 活塞可视为由顶部、头部和裙部等3部分构成。 1)活塞顶部。汽油机活塞顶部的形状与燃烧室形状和压缩比大小有关。大多数汽油机采用平顶活塞，其优点是受热面积小，加工简单。采用凹顶活塞，可以通过改变活塞顶上凹坑的尺寸来调节发动机的压缩比。 柴油机活塞顶部形状取决于混合气形成方式和燃烧室形状。在分隔式燃烧室 柴油机的活塞顶部设有形状不同的浅凹坑，以便在主燃烧室内形成二次涡流，增进混合气形成与燃烧。 柴油机还有另一类燃烧室，称为直喷式燃烧室。其全部容积都集中在气缸内，且在活塞顶部设有深浅不一、形状各异的燃烧室凹坑。在直喷式燃烧室的柴油机
中，喷油器将燃油直接喷入燃烧室凹坑内，使其与运动气流相混合，形成可燃混合气并燃烧。 2)活塞头部。由活塞顶至油环槽下端面之间的部分称为活塞头部。在活塞头部加工有用来安装气环和油环的气环槽和油环槽。在油环槽底部还加工有回油孔或横向切槽，油环从气缸壁上刮下来的多余机油，经回油孔或横向切槽流回油底壳。 活塞头部应该足够厚，从活塞顶到环槽区的断面变化要尽可能圆滑，过渡圆角R应足够大，以减小热流阻力，便于热量从活塞顶经活塞环传给气缸壁，使活塞顶部的温度不致过高。 在第一道气环槽上方设置一道较窄的隔热槽的作用是隔断由活塞顶传向第一道活塞环的热流，使部分热量由第二、三道活塞环传出，从而可以减轻第一道活塞环的热负荷，改善其工作条件，防止活塞环粘结。
第4章平面连杆机构及其设计 教学目标： 平面连杆机构是由一些简称“杆”的构件通过平面低副相互连接而成，故又称平面低副机构。平面连杆机构被广泛地应用，近年来，随着电子计算机应用的普及，设计方法的不断改进，平面连杆机构的应用范围还在进一步扩大。本章的教学将使读者了解平面连杆机构的基本形式及其演化过程；对平面四杆机构的一些基本知识(包括曲柄存在的条件、急回运动及行程速比系数、传动角及死点、运动的连续性等)有明确的概念；能按已知连杆三位置、两连架杆三对应位置、行程速比系数等要求设计平面四杆机构。 教学重点和难点： ●平面四杆机构的一些基本知识； ●按已知连杆三位置、两连架杆三对应位置、行程速比系数等要求设计平面四杆 机构。 案例导入： 我们知道，用三根木条钉成的木框是稳定的，即使把钉子换成转动副(铰链)，三角形也不会运动。而用四根木条钉成的木框是不稳固的，如果把钉子换成铰链，四边形即可以运动了。依此类推，五边形等也都是可以运动的(图4-1)。因此我们说：三角形是不能运动的最基本图形，而四边形是能运动的最基本图形。把四边形各顶点装上铰链，把一边作为机架，即构成平面四杆机构。因此，四杆机构是最基本的连杆机构。复杂的多杆机构(多边形)也可由其组成。通过本章的学习，读者将了解这种最基本机构的特性，认识这类机构千变万化的应用并掌握其设计方法。 图4-1 三角形和四杆机构 4.1铰链四杆机构的基本形式及应用 连杆机构的优点是运动副为面接触，压强较小、磨损较轻、便于润滑，故可承受较大载荷；低副几何形状简单，加工方便；能实现轨迹较复杂的运动，因此，平面连杆机构在各种机器及仪器中得到广泛应用。其缺点是运动副的制造误差会使误差累积较大，致使惯
课程设计说明书 题目：曲柄连杆机构设计 姓名： 班级： 学号： 指导老师： 完成时间： 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： 2 z kgf/cm 70p rpn 1500n mm 120105====最高爆发压力转速行程缸径S mm D 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：
曲柄连杆机构的拆装 实训步骤及操作方法： 1、曲柄连杆机构的拆卸 拆卸曲柄连杆机构机件时，应先将发动机外部机件拆卸，如分电器，发电机
及V带、水泵、化油器、汽油泵、起动机和机油滤清器等。对于AFE电控汽油喷射发动机应拆卸节气门体、怠速稳定阀及燃油分配器等。 然后分解正时齿形带机构。先拆下齿形带护罩，转动曲轴使第一缸活塞处于压缩行程上止点，检查正时记号，凸轮轴正时齿形皮带轮上标记须与气门罩盖平面对齐，最后拆下张紧装置，拆下齿形带。 （1）拆下气缸盖 ①旋出气门罩盖的螺栓取下气门罩盖和档油罩； ②松下张紧轮螺母，取下张紧轮； ③拆下进、排气歧管； ④按要求顺序旋松气缸盖螺栓，并取下气缸盖和气缸盖衬垫； ⑤拆下火花塞 （2）拆下并分解曲轴连杆机构 ①拆下油底壳、机油滤网、浮子和机油泵； ②拆下曲轴带轮； ③拧下曲轴正时齿带轮固定螺栓，取下曲轴正时齿带轮； ④拧下中间轴齿带轮的固定螺栓，取下中间齿带轮；拆卸密封凸缘，取出中间轴； ⑤拆卸前油封和前油封凸缘； ⑥拆卸离合器压盘总成及飞轮总成，为保证其动平衡，应在飞轮与离合器壳上作装配记号； ⑦拆下活塞连杆组件： 拆下活塞连杆组件前，应检查连杆大端的轴向间隙，该车极限间隙值为0.37mm，大于此值应更换连杆。拆下连杆轴承盖，将活塞连杆组从气缸中抽出。 拆下活塞连杆组后，注意连杆与连杆大头盖和活塞上的记号应与气缸的序号一致，如无记号，则应重新打印。 ⑧检查曲轴轴向间隙，极限轴向间隙为0.25mm，超过此值，应更换止推垫圈； ⑨按规定顺序松开主轴承盖螺栓，拆下主轴承盖，取下曲轴； ⑩分解活塞连杆组件。 2、曲柄连杆机构的装配 曲柄连杆机构的装配质量直接关系到发动机的工作性能，因此，装合时须注意下列事项。 ①各零部件应彻底清洗，压缩空气吹干，油道孔保持畅通； ②对于一些配合工作面（如气缸壁、活塞、活塞环、轴颈和轴承、挺杆等），装合前要涂以润滑油； ③对于有位置、方向和平衡要求的机件，必须注意装配记号和平衡记号，确保安装关系正确和动平衡要求，如正时链条、链轮、活塞、飞轮和离合器总成等。 ④螺栓、螺母必须按规定的力矩分次按序拧紧。螺栓、螺母、垫片等应齐全，以满足其完整性和完好性； ⑤使用专用工具。 安装顺序一般和拆卸顺序相反。 （1）活塞连杆组的装合 ①将同一缸号的活塞和连杆放在一起，如连杆无缸号标记，应在连杆杆身上
________班发动机考试题 一、 填空题 每空1分 共20分 1.曲柄连杆机构分为三个组：（ ）、（ ）、（ ）。 2.连杆的结构主要由（ ）、（ ）、（ ）组成。 3.缸套分为 （ ）和（ ）两种。 4.活塞由（ ）、（ ）和（ ）三部分组成。 5.活塞环气环的主要作用有（ ）和（ ）、活塞环油环的主要作用有 （ ）和（ ）。 6.气缸的排列方式一般有（ ）、（ ）、（ ）。 7.活塞与（ ）共同形成燃烧室，承受（ ）压力，并将此力通过活塞销传给 （ ）推动曲轴旋转。 8.活塞顶部分为：（ ）、（ ）、（ ）。 9.活塞环有哪三隙（ ）、（ ）、（ ）。 10.活塞销与活塞销孔及连杆小头孔的装配方式有（ ）和（ ）两种形式。 11.连杆是连接（ ）与（ ），并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的（ ）运动变成曲轴的（ ）运动。 12.曲轴的结构主要由（ ）（ ）（ ）（ ）等组成。 13.安装组合油环时，应首先将（ ）装入槽内，然后安装上、下两道刮片，并将两刮片的开口错开（ ）度。 14.一般曲轴的轴向间隙为（ ）磨损极限（ ）。 二、选择 每题3分 共30分 1、标准气缸压力一般为多少？ （ ） A 、6bar —9bar B 、7 bar —10bar C 、10 bar —13bar 2、测得气缸磨损量为0.15mm ，则缸体可加大到 ( ) A 、0.25mm B 、0.15mm C 、1mm 总分 一 二 三 四 学校 班级 姓名 --------------------装 -------------------〇---------------------- 订 -------------------〇----------------------- 线 -------------------〇 -----------------------------------
毕业设计 125cc 摩托车风冷发动 机曲柄连杆机构设计 学生姓名： 学号： 系 部： 专 业： 指导教师： 二〇一四年六月六日 颜人帅 102012237 机械工程系 机械电子工程 刘嘉
诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名：年月日
毕业设计任务书 设计题目：125cc摩托车风冷发动机的曲柄连杆机构设计 系部：机械工程系专业：机械电子工程学号：102012237 学生：颜人帅指导教师（含职称）：刘嘉（讲师）专业负责人：张焕梅1．设计的主要任务及目标 （1）根据某款125cc摩托车的技术指标完成对相应发动机曲柄连杆机构的设计；（2）完成零部件的建模及运动仿真。 2．设计的基本要求和内容 （1）完成对摩托车发动机曲柄连杆机构的设计并撰写设计说明书一份； （2）完成仿真模型一份； （3）完成零件图及装配图一份。 3．主要参考文献 《机械设计》高等教育出版社 《发动机设计》机械工业出版社 《汽车设计》清华大学出版社 4．进度安排 设计（论文）各阶段名称起止日期 1 开题准备2013.12.15-2014.3.01 2 完成曲柄连杆机构的设计2014.3.01-2014.4.15 3 完成软件建模仿真2014.4.16-2014.5.30 4 完成说明书撰写2014.6.01-2014.6.10 5 提交设计，答辩2014.6.11-2014.6.20
125cc摩托车风冷发动机曲柄连杆机构设计 摘要：本文以铃木GP125摩托车发动机的相关参数作为参考，对125cc摩托车风冷发动机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论校核分析与计算机仿真分析。 本文分别对活塞组、连杆组以及曲轴进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。再次，应用三维CAD软件：Pro/Engineer建立了曲柄连杆机构各零部件零件图与几何模型，装配成功后进行运动仿真。 通过设计建模，校核以及运动仿真，得出的结论基本符合设计思路与理论值。完成了设计方案上的要求。 关键词：曲柄连杆机构，受力分析，仿真建模，运动分析 Design of air engine crank connecting rod mechanism of motorcycle Abstract：Based on the related parameters Suzuki GP 125 motorcycle engin as a reference, The main components of air-cooled engine 125cc motorcycle crank linkage structural design calculations carried out, and carried out on the crank linkage theory about kinematics and dynamics analysis and computer simulation analysis check. This paper analysis the structural design on piston, connecting rod and crankshaft group, and the structural strength and rigidity check. Application of 3D CAD software: Pro/Engineer established the spare parts diagram and geometric model of the crank and connecting rod mechanism again, After the success of the assembly motion simulation and finite element simulation model. Through the design modeling，Check and movement simulation，Conclusion basic conform to the design thought and the theoretical https://www.doczj.com/doc/a47631219.html,pleted the design requirements. Through the design modeling, check and motion simulation, conclusion basic conform to the design thought and the theoretical value. Completed the design requirements. Key word: Crank Mechanism，Stress Analysis，Simulation Modeling，Motion Analysis