.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。为提高曲柄的抗弯能力，适当增加曲柄的厚度，曲柄的形状采用椭圆形，为了能最大限度地减轻曲轴的重量，并减小曲柄相对于主轴颈中心的不平衡旋转质量，将曲柄上肩部多余的金属削去。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.，取。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.或.，取。平衡重对四拐曲轴来说，作用在第拐和第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。设计时，平衡重对主轴承工作情况的影响是利用主轴颈载荷图来进行估算的。没有平衡重时，由于离心惯性力的影响，主轴颈表面所受载荷的分布可能很不均匀，部分轴颈表面所受载荷很大，但另部分轴颈表面却完全不承受载荷。通过安装平衡重可以抵消部分离心惯性力，从而使轴颈表面的载荷分布比较均匀些，与此同时轴颈和轴承表面的平均载荷也可以相应下降。它意味着轴颈的磨损也可以比较均匀，而不是集中磨处，防止因偏磨而很决失圆损坏。设计平衡重时，应尽可能使平衡重的重心远离曲轴旋转中心，即用较轻的重量达到较好的效果，以便尽可能减轻曲轴重量。平衡重径向尺寸和厚度以不碰活塞裙底和连杆大头能通过为限度。将平衡重与曲轴铸成体，时加工较简单，并且工作可靠。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。润滑油般从机体上的主油道通过主轴承的上轴瓦引入。作用在活塞上的总作用力由前述可知，在活塞销中心处，同时作用着气体作用力和往复惯性力，由于作用力的方向都沿着中心线，故只需代数相加，即可求得合力.计算结果如表.所示。活塞上的总作用力分解与传递如图.所示，首先，将分解成两个分力沿连杆轴线作用的力，和把活塞压向气缸壁的侧向力，其中沿连杆的作用力为.而侧向力为.表.作用在活塞上的总作用力四个冲程气压力往复惯性力总作用力进气终点.压缩终点膨胀终点.排气终点图.作用在机构上的力和力矩连杆作用力的方向规定如下使连杆受压时为正号，使连杆受拉时为负号，缸壁的侧向力的符号规定为当侧向力所形成的反扭矩与曲轴旋转方向相反时，侧向力为正值，反之为负值。当时，根据正弦定理，可得求得将分别代入式.式.，计算结果如表.所示表.连杆力侧向力的计算结果四个冲程连杆力侧向力进气终点压缩终点膨胀终点排气终点力通过连杆作用在曲轴的曲柄臂上，此力也分解成两个力，即推动曲轴旋转的切向力，即.和压缩曲柄臂的径向力，即.规定力和曲轴旋转方向致为正，力指向曲轴为正。求得切向力径向力见如表.所示表.切向力径向力的计算结果四个冲程切向力径向力进气终点压缩终点膨胀终点排气终点表.发动机主要性能参数气缸排列方式直列四缸供油方式多点喷射排量.缸径冲程冲程缸径.连杆长曲轴轴承座压缩比.额定功率最大扭矩•点火顺序.本章小结本章首先分析了曲柄连杆机构的运动情况，重点分析了活塞的运动，在此基础上分析了每个工作过程的气体压力变化情况，进步推导出各过程气体力的理论计算公式，进行了机构中运动质量的换算，并根据型汽油机的具体结构参数计算出了各过程的气体力，为后面章节提供了理论数据的依据。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是在不断周期性变化的气体压力往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩作用下工作的，使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力状态。由于曲轴弯曲与扭转振动而产生附加应力，再加上曲轴形状复杂，结构变化急剧，产生的严重的应力集中。特别在曲柄至轴颈的圆角过渡区润滑油孔附近以及加工粗糙的部位应力集中现象尤为突出。所以在设计曲轴时，要使它具有足够的疲劳强度，尽量减小应力集中现象，克服薄弱环节，保证曲轴可靠工作。如果曲轴弯曲刚度不足，就会大大恶当时此时活塞得速度等于曲柄销中心的圆周速度。活塞的加速度将式.对时间微分，可求得活塞加速度的精确值为.将式.对时间为微分，可求得活塞加速度的近似值为.因此，活塞加速度也可以视为两个简谐运动加速度之和，即由与两部分组成。.曲柄连杆机构中的作用力作用于曲柄连杆机构的力分为缸内气压力运动质量的惯性力摩擦阻力和作用在发动机曲轴上的负载阻力。由于摩擦力的数值较小且变化规律很难掌握，受力分析时把摩擦阻力忽略不计。而负载阻力与主动力处于平衡状态，无需另外计算，因此主要研究气压力和运动质量惯性力变化规律对机构构件的作用。计算过程中所需的相关数据参照汽油机，表.所示。气缸内工质的作用力作用在活塞上的气体作用力等于活塞上下两面的空间内气体压力差与活塞顶面积的乘积，即.式中活塞上的气体作用力缸内绝对压力大气压力活塞直径，。由于活塞直径是定的，活塞上的气体作用力取决于活塞上下两面的空间内气体压力差，对于四冲程发动机来说，般取.对于缸内绝对压力，在发动机的四个冲程中，计算结果如表.所示则由式.计算气压力如表.所示。机构的惯性力惯性力是由于运动不均匀而产生的，为了确定机构的惯性力，必须先知道其加速度和质量的分布。加速度从运动学中已经知道，现在需要知道质量分布。实际机构质量分布很复杂，必须加以简化。为此进行质量换算。机构运动件的质量换算质量换算的原则是保持系统的动力学等效性。质量换算的目的是计算零件的运动质量，以便进步计算它们在运动中所产生的惯性力。表.缸内绝对压力计算结果四个冲程终点压力计算公式计算结果进气终点压力.压缩终点压力.膨胀终点压力.排气终点压力.注平均压缩指数，压缩比平均膨胀指数，最大爆发压力，.此时压力角，取。表.气压力计算结果四个冲程进气终点.压缩终点.膨胀终点.排气终点.连杆质量的换算连杆是做复杂平面运动的零件。为了方便计算，将整个连杆包括有关附属零件的质量用两个换算质量和来代换，并假设是集中作用在连杆小头中心处，并只做往复运动的质量是集中作用在连杆大头中心处，并只沿着圆周做旋转运动的质量，如图.所示图.连杆质量的换算简图为了保证代换后的质量系有限元技术的出现，为工程设计领域提供了个强有力的计算工具，经过迄今约办半个世纪的发展，它已日趋成熟使用，在近乎所有的工程设计领域发挥着越来越重要的作用。而汽车发动机零部件的设计是有限元技术最早的应用领域之。有限元技术的应用提高了汽车发动机零部件设计的可靠性，缩短了设计周期，大大推动了汽车发动机工业的发展。现今，高性能的产品需要有高水品的设计，设计技术是决定产品性能的关进因素之。随着科技的进步和使用要求的不断提高，设计方法和设计手段也不断改善，以经验和试制实验为典型特征的传统设计方法已远不能满足现代产品对性能的需求，取而代之的是以计算机为基本工具，以数值仿真分析为主要手段的现代设计理论和方法的广泛应用。汽车发动机设计是典型的机械系统设计，针对汽车发动机的现代设计技术研究具有代表性意义。曲轴是汽车发动机至今为止关键的部件之，其性能优劣直接影响着汽车发动机的可靠性和寿命，所以利用计算机仿真技术对曲轴设计及生产有着积极的指导作用。实现了曲轴建模和分析计算的自动化智能化。.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，以便达到设计要求分析曲柄连杆机构中主要零部件曲轴，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应用软件对曲柄连杆机构的零件分别建立实体模型应用软件将零件模型图转化为相应的工程图，并结合使用软件，系统地反应工程图上的各类信息，以便实现对机构的进步精确设计和检验应用软件对模型进行有限元分析。第章曲柄连杆机构受力分析研究曲柄连杆机构的受力，关键在于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件进行强度刚度磨损等方面的分析计算和设计，以便达到发动机输出转矩及转速的要求。.曲柄连杆机构的类型及方案选择内燃机中采用曲柄连杆机构的型式很多，按运动学观点可分为三类，即中心曲柄连杆机构偏心曲柄连杆机构和主副连杆式曲柄连杆机构。中心曲柄连杆机构其特点是气缸中心线通过曲轴的旋转中心，并垂直于曲柄的回转轴线。这种型式的曲柄连杆机构在内燃机中应用最为广泛。般的单列式内燃机，采用并列连杆与叉形连杆的形内燃机，以及对置式活塞内燃机的曲柄连杆机构都属于这类。偏心曲柄连杆机构其特点是气缸中心线垂直于曲轴的回转中心线，但不通过曲轴的回转中心，气缸中心线距离曲轴的回转轴线具有偏移量。这种曲柄连杆机构可以减小膨胀行程中活塞与气缸壁间的最大侧压力，使活塞在膨胀行程与压缩行程时作用在气缸壁两侧的侧压力大小比较均匀。主副连杆式曲柄连杆机构其特点是内燃机的列气缸用主连杆，其它各列气缸则用副连杆，这些连杆的下端不是直接接在曲柄销上，而是通过副连杆销装在主连杆的大头上，形成了“关节式”运动，所以这种机构有时也称为“关节曲柄连杆机构”。,发动机,曲轴,设计,有限元分析,毕业设计,全套,图纸,下载第章绪论.选题的目的和意义曲轴是发动机中最重要载荷最大的零件之。曲轴承受着气缸内的气体压力及往复和旋转质量惯性力引起的周期性变化的杂合，并对外输出扭矩，理论和实践表明，发动机的曲轴的破坏形式主要是弯曲破坏。因此在曲轴内产生交变的弯曲应力，可以引起曲轴疲劳失效，而旦曲轴失效，就可能引起其他零件随之破坏。所以对于整体式多缸曲轴，如何比较准确地得到应力变形的大小及分布，对用于指导曲轴的设计和改进，具有重要意义。随着发动机的不断强化，曲轴的工作条件愈加苛刻，保证曲轴的工作可靠性至关重要，其设计是否可靠，对柴油机的使用寿命有很大影响，因此在研制过程中需要给予高度重视。由于曲轴的形状及其载荷比较复杂，对其采用经典力学的方法进行结构分析往往有局限性。有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的种数值计算方法，是分析各种结构问题的强有力的工具，使用有限元法可以方便地进行分析并为设计提供理论依据。曲轴连杆机构作为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