汽车设计课程设计-曲柄连杆机构受力分析

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汽车设计课程设计说明书

题目：曲柄连杆机构受力分析

设计者：

学号:

指导教师：吴参

2015 年 1 月02 日

一、课程设计要求

根据转速、缸内压力、曲柄连杆机构结构参数，计算发动机运转过程中曲柄连杆机构受力，完成计算报告，绘制曲柄连杆机构零件图。

1.1 计算要求

掌握连杆往复惯性质量与旋转离心质量折算方法； 掌握曲轴旋转离心质量折算方法；

掌握活塞运动速度一阶、二阶分量计算方法； 分析活塞侧向受力与往复惯性力及相应设计方案； 分析连杆力及相应设计方案；

采用C 语言编写曲柄连杆机构受力分析计算程序； 完成曲柄连杆机构受力计算说明书。

1.2 画图要求

活塞侧向力随曲轴转角变化 连杆对曲轴推力随曲轴转角变化 连杆轴承受力随曲轴转角变化 主轴承受力随曲轴转角变化

活塞、连杆、曲轴零件图（任选其中一个）

二、计算参数

2.1 曲轴转角及缸内压力参数

曲轴转速为7000 r/min ，缸内压力曲线如图1所示。

0123456

7-200

-100

100

200300400500

600

700

曲轴转角 CA

缸内压力 M P a

750070006500600055005000

4500

4000

3500

3000

图1 缸内压力曲线

2.2发动机参数

本计算过程中，发动机结构及运动参数如表1所示。

参数

指标 发动机类型 汽油机 缸数 1 缸径D mm 91 冲程S mm 63 曲柄半径r mm 31.5 连杆长l mm 117 偏心距e mm 0 排量 mL 400 活塞组质量'm kg 0.425 连杆质量''m kg 0.46 曲轴旋转离心质量k m kg 0.231 标定功率及相应转速 kw/（r/min ）

17/7500 最高爆发压力 MPa

5.24MPa

表1 发动机主要参数

三、计算内容和分析图

3.1 运动分析 3.1.1曲轴运动

近似认为曲轴作匀速转动，其转角，t t t n 3

7006070002602π

ππα=⋅==

s rad s rad dt d /04.733/3700≈==

π

αω

3.1.2活塞运动规律

图2 中心曲轴连杆机构简图

1）活塞位移 111cos cos x r αβλλ⎡⎤

⎛⎫⎛⎫=+-+ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝

⎭⎣⎦，其中

()()⎥⎦

⎤⎢⎣⎡

-+-⋅=⎥

⎦

⎤

⎢⎣⎡-+-≈⎭⎬

⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣

⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-⎪⎭⎫ ⎝⎛+≈-=-≈-=-==⋅=≈=

=t t r r x l r l r 04.733cos 14685.3104.733cos 15.31)2cos 1(4)cos 1(sin 2111cos 11)2cos 1(21

sin sin 2

1

1)sin 1(sin 1cos sin sin /sin 27.0117

5

.31/222222

1

2

2

2

αλααλλαλααα

λαλββα

λαβλ又

2）活塞速度 ⎪⎭

⎫ ⎝⎛+==αλαω2sin 2sin r dt dx v

()αλαωα2cos cos +=r d dv

令0=α

d dv ， 有()

01cos 2cos 2cos cos 2=-+=+αλααλα，

︒

≈⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛==-+

84.6412141arccos 02

1cos 21cos 2max

2λλααλα曲轴转角解得最大活塞速度时的即

最大活塞速度 ⎪⎭

⎫

⎝⎛+=max max max 2sin 2sin αλαωr v

s

m s rad mm /86.2326.169sin 11725.3163.84sin /37005.31≈⎪⎭⎫ ⎝⎛︒⨯+︒⋅⨯=π

平均活塞速度 s m r mm n r Sn v m /7.1430

min

/70005.31230230=⋅⋅=⋅==

3）活塞加速度 ()αλαωαα2cos cos 2+=⋅==r dt

d d dv dt dv j

()αλαωα2sin 2sin 2+-=r d dj

令0=α

d dj ，有 ()0cos 41sin cos sin 4sin 2sin 2sin =+=+=+αλαααλααλα，

由0sin =α，即︒=0α或︒=180α时，得正、负最大加速度：

），得第二

＞时（仅当，得当由418.175)41

arccos(0cos 41/3.12356)1(,/6.21496)1(22180220λλ

ααλλωλωαα ≈-

='=+-≈--=≈+===s m r j s m r j 个负最大加速度，即

()αλαωα'+'='2cos cos 2

r j

()[]

2

2

22/4.12418811

cos 2cos s

m r r -≈⎪⎭⎫ ⎝

⎛+-=-'+'=λλωαλαω

3.1.3连杆运动规律 1）连杆摆动角

由αλβsin sin =，得()αλβsin arcsin =