基于内燃机气门机构及SolidWorks运动仿真

重庆理工大学机械设计专业课程设计

设计题目：内燃机配气门设计与仿真

指导老师：贾秋红

姓名：舒浩于

专业：机械设计制造及其自动化

学号：11104020617

学院：机械工程学院

中国 重庆

2014年6月

摘要

内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。内燃机的工作循环由进气、压缩、燃烧和膨胀、排气等过程组成。这些过程中只有膨胀过程是对外作功的过程，其他过程都是为更好地实现作功过程而需要的过程。四冲程是指在进气、压缩、膨胀和排气四个行程内完成一个工作循环，此间曲轴旋转两圈。进气行程时，此时进气门开启，排气门关闭；压缩行程时，气缸内气体受到压缩，压力增高，温度上升；膨胀行程是在压缩上止点前喷油或点火，使混合气燃烧，产生高温、高压，推动活塞下行并作功；排气行程时，活塞推挤气缸内废气经排气门排出。此后再由进气行程开始，进行下一个工作循环.

关键词：构建模型零件装配运动仿真

目录

第一章设计要求 (1)

1.1 设计任务 (1)

1.2 设计思路 (1)

第二章内燃机各零件建模 (1)

2.1 内燃机的工作原理 (1)

2.2 内燃机运动循环图 (1)

2.3 内燃机各个零件的建模 (2)

2.3.1活塞的建模 (2)

2.3.2 汽缸的建模 (4)

2.3.3 曲轴建模 (5)

2.3.4 小带轮建模 (7)

2.3.5 大带轮建模 (8)

2.3.6 凸轮轴建模 (8)

2.3.7 凸轮建模 (9)

2.3.8 摆臂建模 (10)

2.3.9 弹簧座建模 (11)

2.3.10 气门头部建模 (11)

2.3.11 气缸盖建模 (11)

2.3.12 活塞销建模 (15)

2.3.13 连杆建模 (15)

第三章内燃机各零件的装配 (15)

第四章内燃机的运动仿真 (17)

第五章内燃机的有限元分析 (18)

第六章心得体会 (20)

参考文献 (20)

第一章设计要求

1.1 设计任务

完成四冲程内燃机配气机构各个零件建模及动画仿真。内燃机的要求：须完成的动作为：活塞的吸气，压缩，做功，排气4个过程，进，排气门的开关与关闭。

1.2 设计思路

四冲程内燃机的关键点在于活塞的吸气，压缩，做功，排气以及气门的开闭几个动作的完成。参考内燃机的结构图绘制草图，完成内燃机零件建模及内燃机的装配工作。最后完成内燃机的运动仿真。

第二章内燃机各零件建模

2.1 内燃机的工作原理

内燃机的工作是由进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程来完成的，这四个过程构成了一个工作循环。活塞走过四个过程才能完成一个工作循环的内燃机成为4冲程内燃机。

2.1.1 吸气冲程

此时，活塞被曲轴带动由上止点向下止点移动，同时，进气门开启，排起门关闭。当活塞由上止点向下止点移动时，活塞上方的容积增大，气缸内气体压力下降，形成一定的真空度。由于进气门开启，气缸与进气管相通，混合气被吸入汽缸。当活塞移动到下止点时，汽缸内充满了新鲜混合气以及上一个工作循环未排出的废气。空气由空气滤清器经进气道上的化油器，将汽油吸入并雾化成细小的油粒与空气混合，即形成可燃混合气，而后进入汽缸。

2.1.2 压缩冲程

活塞由下止点移动到上止点，进排气门关闭。曲轴在飞轮惯性力的作用下带动旋转，通过连杆推动活塞向上移动，汽缸内的气体容积逐渐减小，气体被压缩，汽缸内的混合压力与温度随着升高。

作用:

1.提高空气的温度,为燃料的自行发火作准备.

2.为气体膨胀作功创造条件

2.1.3做功冲程

此时，进排气门同时关闭，火花塞点火，混合气剧烈燃烧，汽缸内的温度、压力急剧上升，高温、高压气体推动活塞向下移动，通过连杆带动曲轴旋转。在发动机工作的四个过程中，只有这个在行程才实现热能转化为机械能，所以，这个行程又称为作工行程。

2.1.4 排气冲程.

排气时，排气门打开，活塞从下止点移动到上止点，废气随着活塞的上行，被排出气缸。由于排气系统的阻力，且燃烧室也有一定的容积，所以在排气终了，不可能将废气排净，这部分留下来的废气称为残余废气。残余废气不仅影响充气，对燃烧也有不良影响。

2.2内燃机的运动循环图

进气门打开，气缸开始进气，当进气结束后，进气门关闭，活塞开始压缩，当压缩到一定程度后，喷油嘴喷出雾化的燃料，火花塞放电点火，此时燃料燃烧迅速膨胀对活塞做功，做功完成后，活塞再一次压缩，排气门打开，废气排出，废气排出后，排气门关闭，进入下一次循

环。

内燃机的运动循环图

图2-1 内燃机的圆形运动循环

内燃机的活塞、进气门、排气门、喷油嘴和火花塞必须按照圆形运动循环图所示协调运动，才能完成内燃机的功能。而怎样才能使机构按照运动循环图的分配完成，则是我们在本次设计中需要攻克的一个难点。

2.3 内燃机各个零件的建模

内燃机主要由活塞，活塞销，气缸，曲轴，带轮，凸轮，两个气门组成。

2.3.1 活塞的建模

活塞可以说是内燃机中最主要的一个零件，它主要完成对气体的压缩，吸气，排气也是又活塞的开闭所带动的，做功也是燃气膨胀对活塞做功。活塞组由活塞、活塞环、活塞销等组成。活塞呈圆柱形，上面装有活塞环，借以在活塞往复运动时密闭气缸。上面的几道活塞环称为气环，用来封闭气缸，防止气缸内的气体漏泄，下面的环称为油环，用来将气缸壁上的多余的润