（答辩稿）捷达EA113汽车曲柄连杆机构设计（CAD图纸+DOC论文）

活塞销强度和刚度计算由运动学知，活塞销表面受到气体压力和往复惯性力的共同作用，总的作用力，活塞销长度，连杆小头高度，活塞销跨度。

最大弯曲应力计算活塞销中央截面的弯矩为.空心销的抗弯断面系数为，其中所以弯曲应力为即.最大剪切应力计算最大剪切应力出现在销座和连杆小头之间的截面上。

横断截面的最大剪切应力发生在中性层上，其值按下式计算.已知许用弯曲应力许用剪切应力，那么校核合格。

.活塞销座活塞销座结构设计活塞销座用以支承活塞，并由此传递功率。

销座应当有足够的强度和适当的刚度，使销座能够适应活塞销的变形，避免销座产生应力集中而导致疲劳断裂同时要有足够的承压表面和较高的耐磨性。

活塞销座的内径，活塞销座外径般等于内径的倍，取，活塞销的弯曲跨度越小，销的弯曲变形就越小，销销座系统的工作越可靠，所以，般设计成连杆小头与活塞销座开挡之间的间隙为，但当制造精度有保证时，两边共就足够了，取间隙为。

验算比压力销座比压力为.般。

.活塞环设计及计算活塞环形状及主要尺寸设计该发动机采用三道活塞环，第和第二环为气环，第三环为油环。

第道活塞环为桶形扭曲环，材料为球墨铸铁，表面镀铬。

桶形环与缸筒为圆弧接触，对活塞摆动适应性好，并容易形成楔形润滑油膜。

第二道活塞环为鼻形环，材料为铸铁，鼻形环可防止泵油现象，活塞向上运动时润滑效果好。

第三道是油环，是钢带组成环，重量轻，比压高，刮油能力强。

活塞环的主要尺寸为环的高度环的径向厚度。

气环，油环，取。

活塞环的径向厚度，般推荐值为当缸径为时取。

活塞环强度校核活塞环在工作时，因剪应力和轴向力影响较小，所以只计算弯矩。

活塞环的平均半径与径向厚度之比般都大于，所以可按直杆弯曲正应力公式计算。

工作状态下的弯曲应力活塞断面的最大弯矩为.由此可得最大弯曲应力为.对于断面均压环其开口间隙与活塞环平均接触压力之间有如下关系.将式.带入.并整理得.式中材料的弹性模量，对合金铸铁活塞环的开口间隙取为气缸直径，活塞环径向厚度，则活塞环工作时的许用弯曲应力为，则校核合格。

套装应力活塞环往活塞上套装时，要把切口扳得比自由状态的间隙还大，对于均压环，此时的正对切口处的最大套装弯曲应力为.式中与套装方法有关的系数，根据套装方法的不同，其值为，般取，则因环的套装时在常温下进行的，承受的应力时间甚短，所以套装应力的许用值大于工作应力的许用值，所以校核合格。

.本章小结在活塞的设计过程中，分别确定了活塞活塞销活塞销座和活塞环的主要的结构参数，分析了其工作条件，总结了设计要求，选择合适的材料，并分别进行了相关的强度和刚度校核，使其符合实际要求。

第章连杆组的设计.连杆的设计连杆的工作情况设计要求和材料选用工作情况连杆小头与活塞销相连接，与活塞起做往复运动，连杆大头与曲柄销相连和曲轴起做旋转运动。

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。

设计要求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。

所以设计连杆的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。

材料的选择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模锻，表面喷丸强化处理，提高强度。

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.，取则。

连杆小头的结构设计与强度刚度计算连杆小头的结构设计连杆小头主要结构尺寸如图.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，这种衬套的厚度般为，取，则小头孔直径，小头外径，取。

连杆小头的强度校核以过盈压入连杆小头的衬套，使小头断面承受拉伸压力。

若衬套材料的膨胀系数比连杆材料的大，则随工作时温度升高，过盈增大，小头断面中的应力也增大。

此外，连杆小头在工作中还承受活塞组惯性力的拉伸和扣除惯性力后气压力的压缩，可见工作载荷具有交变性。

上述载荷的联合作用可能使连杆小头及其杆身过渡处产生疲劳破坏，故必须进行疲劳强度计算。

图.连杆小头主要结果尺寸衬套过盈配合的预紧力及温度升高引起的应力计算时把连杆小头和衬套当作两个过盈配合的圆筒，则在两零件的配合表面，由于压入过盈及受热膨胀，小头所受的径向压力为.式中衬套压入时的过盈，般青铜衬套，取，其中工作后小头温升，约连杆材料的线膨胀系数，对于钢衬套材料的线膨胀系数，对于青铜连杆材料与衬套材料的伯桑系数，可取连杆材料的弹性模数，钢衬套材料的弹性模数，青铜计算小头承受的径向压力为由径向均布力引起小头外侧及内侧纤维上的应力，可按厚壁筒公式计算，外表面应力.内表面应力.的允许值般为，校核合格。

连杆小头的疲劳安全系数连杆小头的应力变化为非对称循环，最小安全系数在杆身到连杆小头的过渡处的外表面上为.式中材料在对称循环下的拉压疲劳极限，合金钢，取材料对应力循环不对称的敏感系数，取.应力幅，平均应力，工艺系数取.则连杆小头的疲劳强度的安全系数，般约在范围之内。

连杆小头的刚度计算当采用浮动式活塞销时，必须计算连杆小头在水平方向由于往复惯性力而引起的直径变形，其经验公式为.式中连杆小头直径变形量，连杆小头的平均直径，连杆小头断面积的惯性矩，则对于般发动机，此变形量的许可值应小于直径方向间隙的半，标准间隙般为，则校核合格。

连杆杆身的结构设计与强度计算连杆杆身结构的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。

连杆杆身的强度校核连杆杆身在不对称的交变循环载荷下工作，它受到位于计算断面以上做往复运动的质量的惯性力的拉伸，在爆发行程，则受燃气压力和惯性力差值的压缩，为了计算疲劳强度安全系数，必须现求出计算断面的最大拉伸压缩应力。

最大拉伸应力由最大拉伸力引起的拉伸应力为.式中连杆杆身的断面面积，汽油机，为活塞投影面积，取。

则最大拉伸应力为杆身的压缩与纵向弯曲应力杆身承受的压缩力最大值发生在做功行程中最大燃气作用力时，并可认为是在上止点，最大压缩力为.连杆承受最大压缩力时，杆身中间断面产生纵向弯曲。

此时连杆在摆动平面内的弯曲，可认为连杆两端为铰支，长度为在垂直摆动平面内的弯曲可认为杆身两端为固定支点，长度为，因此在摆动平面内的合成应力为.式中系数，对于常用钢材取计算断面对垂直于摆动平面的轴线的惯性矩，。

将式.改为.式中连杆系数，则摆动平面内的合成应力为同理，在垂直于摆动平面内的合成应力为捷达汽车曲柄连杆机构设计摘要捷达汽车，曲柄，连杆机构，设计，毕业设计，全套，图纸摘要本文以捷达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，应用三维软件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，然后利用软件的机构分析模块，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摘要第章绪论.选题的目的和意义.国内外的研究现状.设计研究的主要内容第章曲柄连杆机构受力分析.曲柄连杆机构的类型及方案选择.曲柄连杆机构运动学活塞位移活塞的速度活塞的加速度.曲柄连杆机构中的作用力气缸内工质的作用力机构的惯性力.本章小结第章活塞组的设计.活塞的设计活塞的工作条件和设计要求活塞的材料活塞头部的设计活塞裙部的设计.活塞销的设计活塞销的结构材料活塞销强度和刚度计算.活塞销座活塞销座结构设计验算比压力.活塞环设计及计算活塞环形状及主要尺寸设计活塞环强度校核.本章小结第章连杆组的设计.连杆的设计连杆的工作情况设计要求和材料选用连杆长度的确定连杆小头的结构设计与强度刚度计算连杆杆身的结构设计与强度计算连杆大头的结构设计与强度刚度计算.连杆螺栓的设计连杆螺栓的工作负荷与预紧力连杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算.本章小结第章曲轴的设计.曲轴的结构型式和材料的选择曲轴的工作条件和设计要求曲轴的结构型式曲轴的材料.曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计曲柄销的直径和长度主轴颈的直径和长度曲柄平衡重油孔的位置和尺寸曲轴两端的结构曲轴的止推.曲轴的疲劳强度校核作用于单元曲拐上的力和力矩名义应力的计算.本章小结第章曲柄连杆机构的创建.对软件基本功能的介绍.活塞的创建活塞的特点分析活塞的建模思路活塞的建模步骤.连杆的创建连杆的特点分析连杆的建模思路连杆体的建模步骤连杆盖的建模.曲轴的创建曲轴的特点分析曲轴的建模思路曲轴的建模步骤.曲柄连杆机构其它零件的创建活塞销的创建活塞销卡环的创建连杆小头衬套的创建大头轴瓦的创建连杆螺栓的创建.本章小结第章曲柄连杆机构运动分析.活塞及连杆的装配组件装配的分析与思路活塞组件装配步骤连杆组件的装配步骤.定义曲轴连杆的连接.定义伺服电动机.建立运动分析.进行干涉检验与视频制作.获取分析结果.对结果的分析.本章小结结论参考文献致谢附录第章绪论.选题的目的和意义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