单缸柴油机的主要零部件的结构设计和理论分析 机械制造及其自动化类毕业设计论文.doc

河北工业职业技术学院 毕 业 论 文 论文题目： 单缸油机的主要零部件结构设计理论分析系 别 机电工程系 专业年级 09机械制造与自动化（1）班 学生姓名 马国杰 学号 41号 指导教师 杨仙 职称 日 期 2012年 5 月 目录 一 引言 2 （一） 选题背景 2 （二） 研究目标和意义 2 （三） 研究主要内容 3 二 活塞运动规律的研究 4 （一） 4 （二） 6 （三） 6 三 活塞组的设计 7 （一） 7 1 、活塞的工作条件和设计要求 7 2、 活塞的材料 8 3、 活塞头部的设计 8 4 、活塞裙部的设计 13 （二） 16 1、 活塞销的结构、材料 16 2、 活塞销强度和刚度计算 16 （三） 17 1、 活塞销座结构设计 17 2 、验算比压力 18 （四） 18 1、 活塞环形状及主要尺寸设计 18 2 、活塞环强度校核 19 四 结论………………………………………………………………………. 21 参考文献 22 摘 要 本文对缸油机的主要零部件进行了结构设计计算，并对进行了运动学和动力学的理论分析与）。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。其次对活塞组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受力分析目前国内外对机的动力学分析的方法很多，而且已经完善和成熟。其中机构运动学分析是研究两个或两个以上物体间的相对运动，即位移、速度和加速度的变化关系动力学则是研究产生运动的力。机曲柄连杆机构的动力学分析主要包括气体力、惯性力、轴承力和曲轴转矩等的分析，传统的内燃机工作机构动力学、运动学分析方法主要有图解法和解析法。曲柄连杆机构是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，曲柄连杆机构是机中主要的受力部件其工作可靠性就决定了机工作的可靠性。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，要满足校核计算，要对曲柄连杆机构进行动力学分析。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，对进一步研究机的平衡与振动、机增压的改造等均有较为实用的应用价值对内燃机运行过程中曲柄连杆机构受力分析深入研究，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件进行强度、刚度等方面的计算和，以便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 活塞运动规律的研究 中心曲柄连杆机构简图如图（一）所示，图（一）中气缸中心线通过曲轴中心O，OB为曲柄，AB为连杆，B为曲柄销中心，A为连杆小头孔中心或活塞销中心。当曲柄按等角速度旋转时，曲柄OB上任意点都以O点为圆心做等速旋转运动，活塞A点沿气缸中心线做往复运动，连杆AB则做复合的平面运动，其大头B点与曲柄一端相连，做等速的旋转运动，而连杆小头与活塞相连，做往复运动。在实际分析中，为使问题简单化，一般将连杆简化为分别集中于连杆大头和小头的两个集中质量，认为它们分别做旋转和往复运动，这样就不需要对连杆的运动规律进行单独研究 图（一） 曲柄连杆机构运动简图 活塞做往复运动时，其速度和加速度是变化的。它的速度和加速度的数值以及变化规律对曲柄连杆机构以及发动机整体工作有很大影响，因此，研究曲柄连杆机构运动规律的主要任务就是研究活塞的运动规律。 活塞位移 假设在某一时刻，曲柄转角为，并按顺时针方向旋转，连杆轴线在其运动平面内偏离气缸轴线的角度为，如图（一） 所示当=时，活塞销中心A在最上面的位置A1，此位置称为上止点。当=180时，A点在最下面的位置A2，此位置称为下止点。 此时活塞的位移x为: x===(r+) = （（一）） 式中—连杆比。 式（）可进一步简化，由图（一）可以看出： 即 又由于 （（二）） 将式（（二））带入式（（一））得：