发动机结构及设计各类计算及校核.docVIP

第二篇 设计部分 一、摩托车发动机结构与设计 （一）、发动机机体 １．气缸体 气缸体的作用除形成气缸工作容积外，还用作活塞运动导向，其圆柱形空腔称为气缸。 由于气缸壁表面经常与高温高压燃气接触，活塞在汽缸内作高速运动（最高速度可达100km/s） 式中：——气缸工作容积(ml); D—— 气缸直径（mm）; S —— 活塞行程（mm;） N —— 气缸数目。 参数设计： 因设计要求的是单缸发动机的排气量为100ml，那么其活塞行程为： 同时活塞行程S =2r；r为曲轴半径 那么： 1.3压缩比 气缸总容积与燃烧室容积的比值，称为压缩比。压缩比表示活塞由下止点到上止点时，可燃混合气在气缸内被压缩多少倍。 1.4气缸工作内压力、气缸总推力 气缸工作内压力是一个变量，随作功行程的开始，数值急剧下降。高质量的气缸在跳火燃烧的瞬间，内压力可达3～5MPa。 气缸总推力是指一个周期内气缸对外实际作功量。其计算式为： 式中：F——气缸总推力（N）; ——气缸效率；一般＝30％ ——气缸工作内压力（MPa）； D ——气缸直径（mm）。 参数设计： 气缸工作内压力： 1.5气缸盖 气缸盖用螺柱与气缸体－曲轴箱或气缸体固连在一起。为了增加密封性，气缸体和气缸盖之间加有气缸衬垫。气缸盖的作用主要是封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁共同形成燃烧室。燃烧室有很多种形式，不同形式的燃烧室气缸盖的结构又有所不同。 四行程顶置气门发动机的气缸盖上有进、排气门座及气门导管，并设有进气道和排气道，装有进、排气管等。 对气缸盖螺栓联接静强度计算： 对螺栓的疲劳强度进行精确校核： 式中：――螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限，Mpa。值见附表。 ――试件的材料特性，即循环应力中平均应力的折算系数，对于碳素钢为0.1～0.2，合金钢为0.2～0.3 ――拉压疲劳强度综合影响系数. S――安全系数 1.6燃烧室 燃烧室的种类较多，有锲形、盆形、菱形、半球形等燃烧室。半球形燃烧室结构呈半球形，比起锲形、盆形燃烧室更为紧凑，面容比最小。因进、排气门分别置于气缸轴线的两侧，故其配气机构比较复杂。但有利于促进燃料的完全燃烧和减少排气中的有害成分，对提高经济性和排气净化有利。 有关计算结果： 名称 尺寸或数值 单位 气缸直径D mm 活塞行程S mm 燃烧室体积VC ml 曲轴半径r mm 气缸工作内压力F KN 气缸的材料：质灰铸铁 （二）、曲柄连杆机构的受力分析与平衡 2.1 曲柄连杆比 曲柄连杆臂时指曲柄半径与连杆长度之比，简称为连杆比，用表示。由下式定义 式中：——曲柄半径，即曲柄销中心到曲轴中心之间的距离； ——连杆长度，即连杆大小头轴线之间的距离。 连杆比不仅影响曲柄连杆机构的运动特性，而且影响发动机的外形尺寸。值越大，连杆越矩，发动机的总高度（立式发动机）或总宽度（卧式发动机）越小。对于V形发动机，其总高度和总宽度都会减少。连杆过矩时易导致活塞在运动过程中与曲柄相碰。因此一般情况下现代摩托车发动机的连杆比，尽可能地采用矩连杆。 参数设计：取λ 那么连杆长度：l＝ r/λ= 2.2 曲柄连杆机构运动学 曲柄连杆机构运动学是研究曲柄连杆机构各主要零件的运动规律，分析其作用力和力矩及发动机的平衡和曲轴的扭转振动的一门科学。 在计算时，曲轴的转动可以近似看成等速转动，这是因为高速发动机在稳定工况下工作时，由于扭转的不均匀性而引起的曲轴旋转角速度的变化不大。 曲轴的角速度可以写为 ω＝ 式中：n——曲轴转速，。 曲柄销中心的切向速度和向心加速度分别为： ＝ ＝ 式中：r——曲轴半径，m。 在讨论连杆、活塞的运动规律时，不用时间t表达，而是用曲轴转角，并且规定：将活塞处于上止点位置所对应的曲轴位置作为曲轴转角的起点（即＝0），因而，活塞的速度、加速度的方向朝着曲轴中心线方向为正，背离曲轴中心线方向为负。 参数设计： 曲柄的角速度： 曲柄销中心的切向速度和向心加速度分别为： ＝ ＝ 2.3 连杆的角位移、角速度、角加速度 对于活塞中心线通过曲轴中心线的曲柄连杆机构（图2） ＝sin 于是可得到连杆的角位移 ＝ 当＝90°和270°时连杆的角位移为最大，即 ＝arcsin（1/4） 当为0°和180°时，连杆角速度为最大值， 当为90°和