汽车四缸汽油机的曲柄连杆机构设计
曲柄连杆机构设计
活塞和连杆小头 ➢ 往复直线运动，速度高、不断变化 ➢ 上止点下止点，速度变化规律：
零增大最大(临近中间)减小零 活塞向下运动:
前半行程加速运动，惯性力向上，Fj； 后半行程减速运动，惯性力向下，F’j 活塞向上运动:
前半行程惯性力向下 后半行程惯性力向上
往复惯性力与离心力 Parts inertia and centrifugal force
设在前端。 2. 止推轴承设置在后端则可以避免曲轴各曲拐承受功率消耗者的轴向推
力的作用。 3. 从降低曲轴和机体加工尺寸链精度要求出发，也可设在曲轴中央。
11、曲轴的油封装置
发动机工作时，为了防止曲轴前后端沿着轴向漏油，曲轴应有油封装置。在高 速内燃机上采用的油封结构都是组合式的，常用的有： 1）甩油盘和反油螺纹； 2）甩油盘和填料（石棉绳）油封； 3）甩油盘和橡胶骨架式油封；
螺钉可能承受剪切力，要设计定位凸台或定位齿。
8、油孔的位置和尺寸
将润滑油输送到曲轴油道中去的供油方法有两种： ①集中供油 ②分路供油 ①润滑油一般从机体上的主轴油道通过主轴承的上轴瓦引入。因为上轴瓦仅承受惯性 力的作用，比下轴瓦受力要低一些。 ②从主轴颈向曲柄销供油一般采用斜油道。直的斜油道结构最简单，但有两个主要缺 点：一是油道位于曲拐平面内，油道出口处应力集中现象严重。二是斜油道相对轴承 摩擦面是倾斜的，润滑油中的杂质受离心力的作用总是冲向轴承的一边。
1.、曲轴的工作情况、设计要求 曲轴是内燃机中价格最贵的重要零件。曲轴的成本大致占整机成本的
1/10 。 曲轴承受着不断周期性变化的缸内气体作用力、往复惯性力和旋转惯性
力引起的周期性变化的弯曲和扭转负荷。 曲轴还可能承受扭转振动引起的附加扭转应力 。 曲轴最常见的损坏原因是弯曲疲劳。所以，保证曲轴有足够的疲劳强度
汽车四缸汽油机的曲柄连杆机构设计(有全套图纸)
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
汽车曲柄连杆机构毕业设计
汽车曲柄连杆机构毕业设计
本篇毕业设计旨在研究汽车曲柄连杆机构的设计与优化。
汽车曲柄连杆机构是汽车发动机的核心部件之一，对发动机的性能和寿命有着重要的影响。
本文将从曲柄连杆机构的构成、工作原理、动力学分析等方面展开研究，探讨如何对曲柄连杆机构进行优化设计，提高发动机的功率、效率和可靠性。
首先，本文将介绍曲柄连杆机构的基本结构和工作原理。
曲柄连杆机构由曲轴、连杆、活塞等几个部件组成，通过曲轴的旋转运动将活塞的往复运动转换成旋转运动，从而带动汽车轮胎转动。
同时，本文将分析曲柄连杆机构的动力学特性，包括振动、载荷传递、磨损等方面的问题，以及对性能的影响。
其次，本文将探讨曲柄连杆机构的优化设计。
通过对曲柄连杆机构的结构、材料、制造工艺等方面进行分析，从而找到优化的方向，提高发动机的功率、效率和可靠性。
本文将针对不同的优化目标，如降低曲柄连杆机构的重量、提高曲轴的刚度、减少磨损等方面进行深入探讨。
最后，本文将对曲柄连杆机构的实际应用进行分析。
通过对不同车型的曲柄连杆机构进行比较，得出不同设计方案的优缺点，为实际应用提供指导。
同时，本文还将讨论曲柄连杆机构在不同工况下的适应性，如高速、重载等情况下的应用。
综上所述，本文将对汽车曲柄连杆机构的设计和优化进行全面研究，为提高发动机性能、降低成本、提高可靠性等方面提供参考。
汽车构造(曲柄连杆机构)
裙部表面的保护
1）镀锡
油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。
2）涂石墨(柴油机） 易脆断可加速磨合，自润滑。 3）表面粗糙化 有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存
机油润滑。
（4）活塞裙部形状
销座方向
裙部受侧压力的作用， 导致活塞发生变形 工作时向里变形
工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多， 所以膨胀量较大。所以在生产时先将活塞制成椭圆形， 短轴在销座轴方向。
制造时 变形后
开槽活塞（汽油机）
二、活塞环
（一）气环
1.作用： （1）密封：防止气缸内的气体窜入油底壳； （2） 传热：将活塞头部的热量传给气缸壁； （3）辅助刮油、布油。
活塞环安装三隙
侧隙
背隙
端隙
气环的密封
气环的泵油作用
气环的泵油作用
气环断面形状：
（2）刮油油片环（轴普向通衬环环组径合向环衬）环
3、原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用 在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边，使 活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过 上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触 处为支点，顶部向左转（不是平移），完成换 向。
（四）连杆
功用： 将活塞的力传给曲轴，变活塞的往复运动
为曲轴的旋转运动。 组成：
二、气缸盖
功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。 工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷
很大。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。
气缸盖的分解图
捷达轿车气缸盖总成
二、燃烧室
（三）气缸垫
1、功用：安装在气缸盖 和气缸体之间，保证 气缸盖与气缸体接触 面的密封，防止漏气、 漏水和漏油。
Pc
汽油机曲柄连杆机构设计—连杆
4
沈阳理工大学课程设计说明书
4 理论分子变更系数μ0
0
M2 M1
0.506 =1.077 0.47
5 实际分子变更系数μ1
1
0 1r
r
1.077 0.06 =1.073 1 0.06
其中，γr——残余废气系数，γr = 0.04～0.10，取γr =0.06
3.2 换气过程计算
1 排气压力（气缸内废气压力）Pr
则 1+Vs/Vc=8.8
得 Vc=0.028 L
3 近似热计算
3.1 燃料燃烧热化学计算
1 理论空气量 L0
L0
1 gc 0.21 12
gH 4
gO 32
（3.1）
1 0.855 0.145 0.000 =0.512 (千摩尔/千克汽油)
0.21 12
4
32
燃料采用轻汽油 gc 0.855 ， g H 0.145 ， go 0.000
3.3 压缩过程计算
1 平均多变压缩指数 n1
n1=1.32～1.38
取 n1 =1.35
2 压缩过程中任意曲轴转角cx 时的压力 Pcx (画示功图时用)
Pcx
Pa
(Vca Vcx
)n1
（3.2）
（ MPa ）
5
沈阳理工大学课程设计说明书
其中：Vca——进气终点气缸容积。
Vca
Vs c c 1
D2S 4 c 1
指导教师：
专业负责人：
学院教学副院长：
2012 年 12 月 21 日 2012 年 12 月 21 日
2012 年 月 日
沈阳理工大学课程设计说明书
目录
1 汽油机设计参数---------------------------------------------------------------------------2 2 汽油机基本结构参数选用---------------------------------------------------------------3 3 近似热计算---------------------------------------------------------------------------------4 3.1 燃料燃烧热学计算---------------------------------------------------------------------4 3.2 换气过程计算---------------------------------------------------------------------------4 3.3 压缩过程计算---------------------------------------------------------------------------5 3.4 燃烧过程计算---------------------------------------------------------------------------6 3.5 膨胀过程计算---------------------------------------------------------------------------8 3.6 示功图绘制------------------------------------------------------------------------------9 3.7 汽油机性能指标计算-----------------------------------------------------------------10 4 连杆三维建模----------------------------------------------------------------------------11 4.1 连杆基本尺寸---------------------------------------------------------------------------11 4.2 连杆的建模过程------------------------------------------------------------------------11 4.3 连杆大头盖的建模过程---------------------------------------------------------------14 5 动力计算------------------------------------------------------------------------------------17 5.1 活塞位移、速度、加速度------------------------------------------------------------17 5.2 活塞连杆作用力分析------------------------------------------------------------------18 5.3 曲柄销载荷和连杆轴承载荷---------------------------------------------------------20 6 参考文献------------------------------------------------------------------------------------22 附录
四杆机构的设计步骤和方法
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四杆机构的设计步骤和方法（大纲）一、四杆机构概述1.1四杆机构简介1.2四杆机构的应用领域二、四杆机构设计步骤2.1确定设计目标2.2分析四杆机构类型2.3确定机构参数2.4选择合适的材料2.5计算运动与动力参数2.6进行仿真分析与优化三、四杆机构设计方法3.1几何法3.1.1尺度法3.1.2位置法3.2解析法3.2.1矩阵法3.2.2微分方程法3.3计算机辅助设计方法3.3.1CAD软件3.3.2仿真软件四、四杆机构设计实例4.1曲柄摇杆机构设计实例4.2双曲柄机构设计实例4.3双摇杆机构设计实例五、四杆机构设计注意事项5.1运动副间隙的考虑5.2刚度与强度的校核5.3疲劳寿命分析5.4安全系数的选择六、四杆机构设计总结与展望6.1设计成果总结6.2存在问题与改进方向6.3未来发展趋势与应用前景一、四杆机构概述以下是对四杆机构设计步骤和方法中的四杆机构概述部分的撰写：1.1 四杆机构简介四杆机构是由四个杆件组成的机械系统，它们通过关节连接在一起。
这四个杆件分别是：曲柄、连杆、摇杆和机架。
四杆机构根据其结构特点和运动特性，可以分为多种类型，如直动四杆机构、摆动四杆机构、转动四杆机构等。
四杆机构在工程应用中具有广泛的应用前景，其设计和研究在机械工程领域具有重要意义。
曲柄连杆机构的结构
曲柄连杆结构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。
它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。
在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。
而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。
发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。
无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。
要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备一些机构和系统。
曲柄连杆机构的结构组成包括：机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组。
1、工作原理：将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。
2、作用：提供燃烧场所，把燃料燃烧后产生的气体作用在活塞顶上的膨胀压力转变为曲轴旋转的转矩，不断输出动力。
3、组成：曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组成。
课程设计1.6L四冲程汽油机连杆组设计说明
XX大学机械工程学院本科生课程设计说明书课程设计名称： 1.6L四冲程汽油机连杆组设计姓名：盘明明专业班级：能源与动力工程卓越151学号：1501160117指导教师：XXXX考核成绩：二0一八年七月十日XX大学机械工程学院《1.6L四冲程汽油机连杆组设计》课程设计任务书一、课程设计的题目1.6L四冲程汽油机连杆组设计二、课程设计的内容设计1.6L排量的四冲程汽油机连杆组三、课程设计任务和要求1. 装配图设计2. 零件设计3. 说明书一份四、课程设计主要技术参数其初始条件为：1.平均有效压力0.7-1.3MP2.活塞速度小于18m/s目录导言 (5)1．汽油机结构参数 (5)1.1 初始条件 (5)1.2发动机类型 (5)1.3基本参数 (5)1.3.1行程缸径比S/D选择 (5)1.3.2气缸工作容积、缸径D的选择 (5)2．热力学计算 (6)2.1 热力循环基本参数确定 (6)2.2 P-V图的绘制 (6)2.3 P-V图的调整 (8)2.4 P-V图转换成P-图 (9)2.5 有效功及有效压力的求解 (10)3．运动学计算 (11)3.1 曲柄连杆机构的选型 (11)3.2 连杆比的选择 (11)3.3 活塞运动规律 (11)3.4连杆运动规律 (12)4．动力学计算 (13)4.1 质量转换 (13)4.2 作用在活塞上的力 (15)4.2.1 气体力 (15)4.2.2 往复惯性力 (15)4.2.3 旋转惯性力 (16)4.2.4 曲柄连杆机构中力的传递和相互关系 (16)4.3 输出合成转矩 (17)5．连杆零件结构设计 (17)5.1 材料选择 (18)5.2 连杆长度L (18)5.3 连杆小头孔径d1、外径D1、宽度B1和衬套外径d (18)5.4 连杆大头孔径2、外径2、连杆螺栓孔间距C、宽度2、高度H3和高度H4 (18)5.5 连杆杆身的结构设计 (19)5.6 连杆螺栓的设计 (19)5.7 连杆结构设计说明 (19)6．连杆强度公式校核 (20)6.1 连杆小头的强度校核 (20)6.1.1 衬套过盈配合及温升产生的小头应力 (20)6.1.2 由拉伸载荷引起的小头应力 (20)6.1.3 由压缩载荷引起的小头应力 (22)7. ANSYS压应力分析 (24)8. 主要参考文献资料 (30)9．附录 (30)附录 1.内燃机基本参数附录 2.运动学与动力学参数表附录3.装配图1.6L四冲程汽油机连杆组设计导言：连杆的作用是：连接活塞和曲轴，并将活塞所受作用力传给曲轴，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。
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本科毕业设计（论文）通过答辩I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本科毕业设计（论文）通过答辩ABSTRACTThis article refers to by the Jeeta EA113 gasoline engine’s related parameter achievement, it has carried on the structural design compution for main parts of the crank link mechanism in the gasoline engine with four cylinders, and has carried on theoretical analysis and simulation analysis in computer in kinematics and dynamics for the crank link mechanism.First, motion laws and stress in movement about the crank link mechanism are analyzed in detail and the precise analysis results are obtained. Next separately to the piston group, the linkage as well as the crank carries on the detailed structural design, and has carried on the structural strength and the rigidity examination. Once more, applys three-dimensional CAD software Pro/Engineer establishing the geometry models of all kinds of parts in the crank link mechanism, then useing the Pro/E software assembling function assembles the components of crank link into the piston module, the connecting rod module and the crank module, then using Pro/E software mechanism analysis module (Pro/Mechanism), establishes the multi-rigid dynamics model of the crank link, and carries on the kinematics analysis and the dynamics analysis simulation, and it studies the piston and the connecting rod movement rule as well as crank link motion gear movement envelopment. The analysis of simulation results shows that those simulation results are meet to true working state of engine. It also shows that the simulation method introduced here can offer a new efficient and convenient way for the mechanism choosing and optimized design of crank-connecting rod mechanism in engine.Key words: Engine；Crankshaft-Connecting Rod Mechanism；Analysis of Force；Modeling of Simulation；Movement Analysis；Pro/EII本科毕业设计（论文）通过答辩目录摘要 (I)Abstract (II)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)本科毕业设计（论文）通过答辩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)本科毕业设计（论文）通过答辩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)本科毕业设计（论文）通过答辩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)本科毕业设计（论文）通过答辩第1章绪论1.1 选题的目的和意义曲柄连杆机构是发动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，曲柄连杆机构是发动机中主要的受力部件，其工作可靠性就决定了发动机工作的可靠性。
随着发动机强化指标的不断提高，机构的工作条件更加复杂。
在多种周期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证机构具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为曲柄连杆机构设计的关键性问题[1]。
通过设计，确定发动机曲柄连杆机构的总体结构和零部件结构，包括必要的结构尺寸确定、运动学和动力学分析、材料的选取等，以满足实际生产的需要。
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，同时要满足校核计算，还需要对曲柄连杆机构进行动力学分析。