摩托车发动机设计及仿真建模设计 【汽车专业毕业论文】【答辩通过】

式中
活塞的平均速度
活塞的最大速度
3活塞的加速度
式中
当a=0°时，最大加速度为：
4.2
用双质量替代系统对连杆组的质量进行换算，即用两个假想的集中于连杆大小头中心的质量代替连杆组实际的分布质量，根据实测，可得出如下结果：
此外还有燃气轮机，这种发动机的工作特点是燃烧产生高压燃气，利用燃气的高压推动燃气轮机的叶片旋转，从而输出动力。燃气轮机使用范围很广，但由于很难精细地调节输出的功率，所以汽车和摩托车很少使用燃气轮机，只有部分赛车装用过燃气轮机。
人类的智慧是无穷无尽的，各种新型的发动机不断地被研制出来，但是，出于安全操控的需要，到目前为止，我们可爱的摩托车还只有一种选择——往复式发动机。
（式中 Ps= 98KPa，Ts=283K为进气管内充量压力及温度）
5 指示比油耗
6 平均有效压力
7 有效热率
8 有效功率
9 有效比油耗
可见，计算有效比油耗与计算过量空气系数时假设的比油耗值较为接近。
第
本章依据上一章节中的热计算的主要数据，首先对活塞的运动情况进行分析，对曲柄连杆机构的质量进行换算及其在运动过程中的惯性力进行分析，
用CATIA工具栏中的图像下拉菜单中的视频录录制器可以对发动机的运动仿真和装配过程进行录制（如图2-22）。录制完成后，可用视频制作软件对视频进行拼接和删减，以及一些文字的添加，最终达到视频的完美制作。建模完成之后，用keyshot软件做整体效果图的渲染，以达到更加逼真的效果美图（如图2-23）。
第
2.2.2
气门弹簧主要是在创成式外形设计这个模块进行，先作出弹簧的螺旋线（如图2-6），在螺旋线上创建点和面，在面上画草图和要求的弹簧的粗细，再在零件设计模块中用肋的命令生成（如图2-7），之后分割去除弹簧两端多余的部分（如图2-8）。
2.2.3
齿轮的设计主要是利用参数化建模，参数化建模更有利于齿轮的修改，改变一个参数后，零部件也会发生改变。使设计更加方便快捷，便于修改。首先定义参数（如图2-8），添加公式（如图2-9），定义参数之间的关系及关联性，进入创成式外形设计和零件设计两个模块配合使用，绘制草图时利用已经定义的参数绘制草图，通过提取、外插、结合，凸台生成一个齿（如图2-10），通过圆形阵列生成一个完整的齿轮（如图2-11）。
装配时，主要用到约束是相合约束、接触约束、偏移约束以及角度约束等，有需要的螺钉、螺母等标准件可以直接调用库文件（如图2-17），方便使用。每进行约束之后通过更新按钮，随时更新零部件的相对位置。
装配完成之后，可以通过应用材质按钮对零部件进行添加材质（如图2-18），最后也可以通过渲染按钮进行简单渲染。
2.4
分析发动机的工作过程后，进入数位模型机构运动分析（DMU）模块中，建立新机构后，通过运动接头来约束每处有相对运动的地方的接头，按照动力传动路线依次进行机构接头的建立。用到的接头有：齿轮接头、圆柱接头、点线接头、旋转接头、平面接头、球接头等，对于有一起运动相对静止的可用刚性接头（如图2-18）。最后，一定要有固定元件（壳体），驱动元件（活塞的运动）以及参数编辑驱动元件的运功公式（如图2-19），最终用laws来进行模拟仿真运动（如图2-20）。
气缸直：D=54.7mm 活塞行程：S= 47mm
气缸数: i=1 压缩比: = 9
曲柄半径与连杆长度比 :R/L=23.5/106 最大功率： = 19Kw
最大转速：n= 8500r／min
4.1
1活塞的位移：
如图4-1，设活塞处于上止点时，活塞销中心处于x坐标原点，则
式中
简化后可得：
式中
2活塞运动的速度
2.5
分析发动机零部件的装配顺序后，进入数位模型装配模拟模块中，点击跟踪按钮，点击所要移动的零件，移动到合适的位置后记录，在对话框中输入所需要的速度后确定（如图2-20）。把每个零部件的轨迹指定后，点击编辑序列按钮，编辑轨迹的运动顺序（如图2-21）。最后完成后可用模拟播放器播放顺序，来观察每个零部件的装配运动过程，以达到装配的目的。
本章首先对发动机换气过程的进气终点的压力和温度以及充气效率进行计算，再对发动机内部燃料的化学计算、以至对其压缩过程、燃烧过程、膨胀过程的压力、温度等进行计算。最后确定发动机的性能指标。
1 已知条件如下：
气缸直径：D=56.5mm 活塞行程：s=47mm
气缸数：i=1 排量：
压缩比: 曲轴半径与连杆长度比：R/L=23.5/106
摘
近10年来，我国摩托车工业发展速度更快，一跃成为了世界摩托车生产量最大的国家。而发动机是摩托车的心脏，发动机品质的好坏直接带动着摩托车市场的发展。目前的摩托车发动机为二冲程或四冲程汽油机，采用风冷冷却，有自然风冷与强制风冷两种。发动机的转速高，升功率大。气缸布置有卧式和立式两种，配气传动机构按凸轮所在位置又可分为上置式和下置式二种。
6 汽油机每小时吸气量
在标准大气状态下空气的比重为：
故吸气量为：
7 过量空气系数
设比油耗
则汽油机的耗油量为
故过量空气系数
3.3
1 压缩过程中任意点x的压力为:
2 压缩终点压力
3 压缩终点温度：
3.4
1 因不完全燃烧而损失的热量为：
△Hu= 58000(1- a)=58000×0.10=5800KJ/Kg燃料
1.2
1.以太子125发动机为模型，制定总体设计方案，用CATIA软件建模，包括曲轴连杆机构的主要组成部分：活塞、活塞环、活塞销、连杆和曲柄；配气机构的主要组成部分：凸轮轴、气门、气门弹簧、正时齿轮、气门顶杆、摇臂、摇臂轴等等；以及最后发动机总体壳体的设计，做运动仿真以及装配过程的视频展示(见附件光盘)。
2.2
2.2.1
活塞的形状大体上是圆形，形状规则，可先通过旋转体命令（如图2-2），旋转草图生成，再通过凹槽命令去掉多余的部分生成大概形状。难度较大的是活塞顶端两个不规则凹坑，通过创成式外形设计模块中，创建凹坑的曲面外形（如图2-3），再通过分割命令来去除活塞顶端多余的部分，形成一个凹坑后，另一个可通过对称曲面外形（如图2-4），继续分割而成。生成实体后，倒角（如图2-5）。
2 汽油机的燃烧方程为：
式中 tc=385.9℃
故
根据燃烧产物平均定压摩尔比热表，可得
=23240℃ Tz=2097K
3 压力升高比
4 最高爆发压力
3.5
1 膨胀过程中任意点x的压力为：
式中 —X点的气缸容积
2 膨胀终点压力
3 膨胀终点温度
3.6
1 理论平均指示压力
2 实际平均指示压力
3 指示功率
4 指示热效率
2.2.3
发动机的下壳体的形状复杂，简单的零部件设计模块是满足不了的，所以要运用创成式外形设计和自由曲面模块结合使用（如图2-12），做出壳体的外形曲面之后，通过加厚命令来生成实体（如图2-13）。最后，还要对实体进行修剪和倒角，让它看起来更加美观。
2.3
完成全部零部件后对其进行装配，在装配模块中对于活塞、活塞环活塞销等进行装配成活塞组（如图2-14），保存为活塞组产品；同理可把两个曲柄装配成为曲轴组产品（如图2-15）。再在装配模块中，导入活塞组和曲轴产品进行装配，再导入剩下的那些需要装配的零部件（如图2-16）。
所谓外燃机，就是说它的燃料在发动机的外部燃烧，发动机将这种燃烧产生的热能转化成动能，瓦特改良的蒸汽机就是一种典型的外燃机，当大量的煤燃烧产生热能把水加热成大量的水蒸汽时，高压便产生了，然后这种高压又推动机械做功，从而完成了热能向动能的转变。
明白了什么是外燃机，也就知道了什么是内燃机。这一类型的发动机与外燃机的最大不同在于它的燃料在其内部燃烧。内燃机的种类十分繁多，我们常见的汽油机、柴油机是典型的内燃机。我们不常见的火箭发动机和飞机上装配的喷气式发动机也属于内燃机。不过，由于动力输出方式不同，前两者和后两者又存在着巨大的差异。一般地，在地面上使用的多是前者，在空中使用的多是后者。当然有些汽车制造者出于创造世界汽车车速新纪录的目的，也在汽车上装用过喷气式发动机，但这总是很特殊的例子，并不存在批量生产的适用性。
示功图丰满系数： =0.94 热量利用系: z=0.90
传动效率: =0.92 机械效率： =0.80
3.1
1 进气终点压力
2 进气终点温度
3 充气效率
3.2
1 燃烧lKg燃料所需的理论空气量
式中28.96为空气的平均分子量
2 燃烧前工质的摩尔数
3 燃烧后工质的摩尔数
4 理论分子变更系数
5 实际分子变更系数
综上，我以宝雕太子125摩托车发动机为模型设计一款单缸四冲程摩托车的发动机，采用自然风冷的冷却方式，配气机构采用摇臂加顶杆的凸轮轴下置式的摩托车发动机，用CATIA软件建模做装配和运动仿真。
关键词：发动机建模、热计算、动力分析、强度校核
A
Come nearly 10 years, development of industry of our countryautocycle faster, to become the world 's largest national motorcycle production. Engine is the heart of motorcycle, engine quality directly drives a motorcycle market development. The motorcycle engine is two stroke or four stroke gasoline engine, adopting air cooling, natural air cooling and forced air cooling two. Engine high speed, high power per liter. Cylinder arrangement has two kinds of horizontal and vertical, with gas transmission mechanism by the cam location can be divided into upper and lower set two.