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

...

Key words: Engine；Crankshaft-Connecting Rod Mechanism；Analysis of Force；Modeling

of Simulation；Movement Analysis；Pro/E

目　　录

摘要I

AbstractII

第1章 绪论1

1.1 选题的目的和意义1

1.2 国内外的研究现状1

1.3 设计研究的主要内容3

第2章 曲柄连杆机构受力分析4

2.1 曲柄连杆机构的类型及方案选择4

2.2 曲柄连杆机构运动学4

2.1.1 活塞位移5

2.1.2 活塞的速度6

2.1.3 活塞的加速度6

2.2 曲柄连杆机构中的作用力7

2.2.1 气缸内工质的作用力7

2.2.2 机构的惯性力7

2.3 本章小结14

第3章 活塞组的设计15

3.1 活塞的设计15

3.1.1 活塞的工作条件和设计要求15

3.1.2 活塞的材料16

3.1.3 活塞头部的设计16

3.1.4 活塞裙部的设计21

3.2 活塞销的设计23

3.2.1 活塞销的结构、材料23

3.2.2 活塞销强度和刚度计算23

3.3 活塞销座24

3.3.1 活塞销座结构设计24

3.3.2 验算比压力24

3.4 活塞环设计及计算25

3.4.1 活塞环形状及主要尺寸设计25

3.4.2 活塞环强度校核25

3.5 本章小结26

第4章 连杆组的设计27

4.1 连杆的设计27

4.1.1 连杆的工作情况、设计要求和材料选用27

4.1.2 连杆长度的确定27

4.1.3 连杆小头的结构设计与强度、刚度计算27

4.1.4 连杆杆身的结构设计与强度计算30

4.1.5 连杆大头的结构设计与强度、刚度计算33

4.2 连杆螺栓的设计35

4.2.1 连杆螺栓的工作负荷与预紧力35

4.2.2 连杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算35

4.3 本章小结36

第5章 曲轴的设计37

5.1 曲轴的结构型式和材料的选择37

5.1.1 曲轴的工作条件和设计要求37

5.1.2 曲轴的结构型式37

5.1.3 曲轴的材料37

5.2 曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计38

5.2.1 曲柄销的直径和长度38

5.2.2 主轴颈的直径和长度38

5.2.3 曲柄39

5.2.4 平衡重39

5.2.5 油孔的位置和尺寸40

5.2.6 曲轴两端的结构40

5.2.7 曲轴的止推40

5.3 曲轴的疲劳强度校核41

5.3.1 作用于单元曲拐上的力和力矩41

5.3.2 名义应力的计算45

5.4 本章小结47

第6章 曲柄连杆机构的创建48

6.1 对Pro/E软件基本功能的介绍48

6.2 活塞的创建48

6.2.1 活塞的特点分析48

6.2.2 活塞的建模思路48

6.2.3 活塞的建模步骤49

6.3 连杆的创建50

6.3.1 连杆的特点分析50

6.3.2 连杆的建模思路50

6.3.3 连杆体的建模步骤51

6.3.4 连杆盖的建模52

6.4 曲轴的创建52

6.4.1 曲轴的特点分析52

6.4.2 曲轴的建模思路52

6.4.3 曲轴的建模步骤53

6.5 曲柄连杆机构其它零件的创建55

6.5.1 活塞销的创建55

6.5.2 活塞销卡环的创建55

6.5.3 连杆小头衬套的创建55

6.5.4 大头轴瓦的创建55

6.5.5 连杆螺栓的创建56

6.6 本章小结56

第7章 曲柄连杆机构运动分析57

7.1 活塞及连杆的装配57

7.1.1 组件装配的分析与思路57

7.1.2 活塞组件装配步骤57

7.1.3 连杆组件的装配步骤58

7.2 定义曲轴连杆的连接59

7.3 定义伺服电动机60

7.4 建立运动分析60

7.5 进行干涉检验与视频制作61

7.6 获取分析结果62

7.7 对结果的分析64

7.8 本章小结64

结论65

参考文献66

致谢67

附录68