某轿车发动机曲柄连杆机构设计—以桑塔纳2000AJR发动机为例

第一章绪论1.1曲柄连杆机构研究现状汽车作为现代化的交通工具，现如今早就称为人们出行中不可或缺的一部分。从它被研究出开始到现在，已然有了多年的历史。汽车发动机是汽车整个运行中的核心，而曲柄连杆机构在发动机中具有重要作用，如果说发动机类似于人的心脏，那曲柄连杆机构就类似于心脏附近的供血血管。曲柄连杆机构是往复式内燃机的主要传动部件，也是汽车发动机实现功能转换的主要部件。曲柄连杆机构由三部分组成：(1)发动机缸体组(2)活塞连杆组(3)曲轴飞轮组。就目前而言，在汽车中应用最广得汽车发动机是水冷的四冲程往复式内燃机。在家用车中多数发动机用的是汽油机，在大客车和重型货车中应用的发动机多数为柴油机，小部分家用车也应用柴油机。在此之外，还有马自达自研的转子发动机。随着人类科技发展的迅速，汽车在日常生活中也越发重要，人们对发动机的要求也越发的高，这也导致了曲柄连杆机构的要求变得更高。因此对其进行分析、改进和设计就显得尤为重要。由于曲柄连杆机构的工作环境过于复杂，所以其承受多种载荷，所以我们既要保证其良好的机械性能，有要保证其满足一定的强度和刚度。在对汽车发动机曲柄连杆机构分析设计中，查阅相关资料，分析比对发动机曲柄连杆机构各个零件尺寸和构成，对其进行建模，使我们对其工作原理有更好的深入了解。本次设计主要目的为充分了解汽车内燃机曲柄连杆机构方面知识，理解其工作原理。曲柄连杆机构的工作机理：曲臂连杆机构是对内燃机进行工作循环并进行动能转化的传动机构，用来传递能量并转变为运动方式。在运行中，曲臂连杆机构把气缸在工作冲程中的往复运动转变为曲轴的回转运动方式，向外传递动能。在另外三个冲程中，即吸气、压力。在排气管中，曲轴的螺旋运动可以转化为活塞的往复线性运动。一般来说，曲臂式连杆机构是由发动机直接产生并输送动能的机构，把汽油燃烧产生的热量转变为机械能。功能：曲柄连杆机构的功能是提供一个燃烧场所，使燃料燃烧。燃烧后产生的气体在活塞顶部的膨胀压力转化为曲轴旋转的扭矩，持续输出动力。1.2曲柄连杆机构主要研究方法汽车发动机曲柄连杆机构的研究方法多种多样，需要对其进行运动学和动力学分析。其主要方法有图解法、解析法和复数向量法。(1)图解法图解法是指位移、速度和加速度，力的分析可以非常直观地进行比较。图解法通常用作分析法的补充技术，通常用于获得计算机结果后的判断和选择分析。然而，由于图解法是以分析法为基础的，分析法取的点值较少，曲线绘制的精度不高，需要进行任何计算。不用键入即可计算图表。(2)解析法分析方法是一种基本解，列出每个组件的应用方程，根据每个组件之间的关系构建线性方程，并使用它们来求解运动对的约束反作用力和平衡力矩。(3)复数向量法复向量法以每个构件为一个向量，以复杂的形式表达复杂平面上的连接过程。它使用数学微分等方法来获得机构的运动学性能，目前相对较好。1.3曲柄连杆机构主要研究内容本次设计发动机曲柄连杆机构主要内容以桑塔纳2000AJR为例，通过对上述研究方法的了解后，拟采用解析法来对各个机构分别进行方程计算，基于各个零件中，列出线性方程组，从而进行解答和设计。2第二章曲柄连杆机构设计方案2.1桑塔纳2000AJR原始参数此设计为针对轿车的曲柄连杆，用此桑塔纳2000AR作以参考，桑塔纳2000AR具体参数如表2.1和表2.2所示。表2.1桑塔纳2000AJR参数表气缸排列方式直列四缸供油方式电控燃油喷射排量L1.785缸径mm80.00冲程/mm86.40冲程/缸径1.067连杆长mm144.00曲轴半径/mm43.20转矩N·mr/min150/1300曲轴轴承座5压缩比9.3额定功率kW74最大扭矩/(N·m)155点火顺序1342表2.2桑塔纳2000AJR发动机工作表曲轴转角第一缸第二缸第三缸第四缸0-180做功排气压缩进气180-360排气进气做功压缩360-540进气压缩排气做功540-720压缩做功进气排气2.2曲柄连杆机构结构设计汽车上的曲柄机构有很多种，按运动学可分为偏心曲柄机构、中心曲柄机构和主、副连杆式曲柄机构。(1)中心曲柄连杆机构