第1章 前言
1.1設(shè)計(jì)題目要求
了解目前常用發(fā)動(dòng)機(jī)的樣式，和國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)；確定雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案；對(duì)于該產(chǎn)品的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；用三維繪圖軟件進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真；編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，撰寫(xiě)畢業(yè)論文
1.2發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)背景
汽油發(fā)動(dòng)機(jī)將汽油的能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，最簡(jiǎn)單的辦法是通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒汽油來(lái)獲得動(dòng)能。因此，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)是內(nèi)燃機(jī)----燃燒在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)生。
發(fā)動(dòng)機(jī)是一種能夠把其它形式的能轉(zhuǎn)化為另一種能的機(jī)器，通常是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。發(fā)動(dòng)機(jī)既適用于動(dòng)力發(fā)生裝置，也可指包括動(dòng)力裝置的整個(gè)機(jī)器（如：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)）。發(fā)動(dòng)機(jī)最早誕生在英國(guó)，所以，發(fā)動(dòng)機(jī)的概念也源于英語(yǔ)，它的本義是指那種“產(chǎn)生動(dòng)力的機(jī)械裝置”。
發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的心臟，是由多個(gè)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜的機(jī)器?，F(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)形式有很多，即使是同一類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)，其具體的結(jié)構(gòu)也個(gè)不相同，但不論哪種類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)，其基本結(jié)構(gòu)是相似的。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)動(dòng)力之源。發(fā)動(dòng)機(jī)的好壞直接影響著汽車(chē)的性能。隨著科技發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)也在不斷的提高，如今，發(fā)動(dòng)機(jī)不僅在動(dòng)力性有很大的提升，更在環(huán)保性能上有了很大的改善。
現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)，按照使用燃料的不同分為：汽油機(jī)、柴油機(jī)、CNG發(fā)動(dòng)機(jī)、LPG發(fā)動(dòng)機(jī)、混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī);按照行程分類(lèi)分為：四行程發(fā)動(dòng)機(jī)和二行程發(fā)動(dòng)機(jī)；按照冷卻方式分類(lèi)：水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)；按照汽缸數(shù)分為：?jiǎn)胃装l(fā)動(dòng)機(jī)和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)；按照氣缸排列方式分為：直列式、斜置式、對(duì)置式、V形式、W形式；按照進(jìn)氣系統(tǒng)是否采用增壓方式分為：自然吸氣式和增壓式；按照活塞的工作方式分為：往復(fù)活塞式和轉(zhuǎn)子活塞式。
雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)是指有兩個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)，是由兩個(gè)相同的單缸排列在一個(gè)機(jī)體上共用一根曲軸輸出動(dòng)力所組成。通常是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，有時(shí)適用于動(dòng)力發(fā)生裝置，也可指包括動(dòng)力裝置的整個(gè)機(jī)器。主要用途為轎車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)、摩托車(chē)、油鋸和部分小功率機(jī)械中。
目前雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)分為四沖程和二沖程兩種，根據(jù)氣缸的排列方式還分為直列發(fā)動(dòng)機(jī)和V型發(fā)動(dòng)機(jī)。雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)多用于小型橋車(chē)與摩托車(chē)中，所以雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)必須具備的一個(gè)特性就是發(fā)動(dòng)機(jī)體積要小，節(jié)約空間，對(duì)于摩托車(chē)等運(yùn)用雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)備而言，雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)可以保證一個(gè)較高的排量和較為合適的功率。雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)零件的質(zhì)量小，因而運(yùn)動(dòng)慣量小，回轉(zhuǎn)時(shí)扭矩變動(dòng)幅度小，順暢平穩(wěn)，震動(dòng)及噪聲小。
1.3發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
內(nèi)燃機(jī)的種類(lèi)十分繁多，我們常見(jiàn)的汽油機(jī)、柴油機(jī)是典型的內(nèi)燃機(jī)。我們不常見(jiàn)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)上裝配的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)也屬于內(nèi)燃機(jī)。不過(guò)，由于動(dòng)力輸出方式不同，前兩者和后兩者又存在著巨大的差異。一般地，在地面上使用的多是前者，在空中使用的多是后者。
1.4本次設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容、目的
訓(xùn)練綜合運(yùn)用《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程和有關(guān)先修課程的理論及產(chǎn)生實(shí)際知識(shí)解決實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想，鞏固所學(xué)知識(shí)。學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法，了解和掌握機(jī)械零件、傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)方法和步驟，培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)能力和獨(dú)立解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。學(xué)會(huì)運(yùn)用設(shè)計(jì)資料及進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算，培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)的基本技能。
第2章 發(fā)動(dòng)機(jī)原理分析
1、 發(fā)動(dòng)機(jī)的部件組成
一部完整的發(fā)動(dòng)機(jī)是由缸體、缸蓋、曲軸箱、活塞、活塞環(huán)、活塞銷(xiāo)、連桿、曲軸、曲軸軸頸、連桿小頭、連桿大頭、主摩擦副、行程線(xiàn)、上止點(diǎn)和下止點(diǎn)、曲柄半徑、活塞行程等組成。
2、 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作行程
汽油機(jī)吸入可燃的空氣油混合氣，并將這種混合氣進(jìn)行壓縮后在精確的時(shí)刻由火花塞點(diǎn)燃。因此這類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)稱(chēng)為火花塞火式發(fā)動(dòng)機(jī)。這類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)需要四個(gè)活塞行程來(lái)完成一個(gè)工作循環(huán)：活塞朝遠(yuǎn)離缸蓋的方向移動(dòng)，吸入空氣燃油混合氣的行程：活塞朝缸蓋方向運(yùn)動(dòng)，壓縮空燃混合氣充量的行程；活塞朝遠(yuǎn)離缸蓋方向移動(dòng)的做工行程和活塞朝缸蓋方向運(yùn)動(dòng)的排氣行程。
⑴、進(jìn)氣行程。
進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟，排氣門(mén)關(guān)閉?；钊滦羞h(yuǎn)離缸蓋?；钊貧飧卓焖僖苿?dòng)產(chǎn)生壓力下降或真空，在距上止點(diǎn)三分之一行程處缸內(nèi)負(fù)壓達(dá)到最大值，約比大氣壓力低0.3.實(shí)際產(chǎn)生的真空度將取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的大小，典型的平均真空度比大氣壓低0.12,。缸內(nèi)產(chǎn)生的真空度可吸入由空氣和霧化汽油組成的重量比為10—17:1的新鮮充量和。利用缸內(nèi)真空吸入新鮮充量的發(fā)動(dòng)機(jī)叫做正常吸氣或自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
⑵、壓縮行程
進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)均關(guān)閉?；钊_(kāi)始上行，朝缸蓋方向移動(dòng)。吸入的空氣燃油混合氣被逐漸壓縮，在活塞處于上止點(diǎn)時(shí)被壓縮到氣缸原有容積的八分之一至十分之一。壓縮過(guò)程將空氣和霧化了的汽油分子緊緊的擠壓在一起。壓縮過(guò)程不僅提高了缸內(nèi)氣體的壓力，還升高了其溫度。在節(jié)氣門(mén)開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，缸內(nèi)氣體最大壓縮壓力一般可達(dá)到8—14。壓縮終了時(shí)，氣缸內(nèi)氣體的壓力約為0.8—1.5，溫度約為600—750K。
⑶、做功行程
進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)均關(guān)閉，且就在活塞接近壓縮上止點(diǎn)之時(shí)，火花塞點(diǎn)燃被壓縮后的高密度的可燃充量。當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，缸內(nèi)可燃混合氣開(kāi)始燃燒，產(chǎn)生熱量，促使缸內(nèi)氣體壓力迅速升高。當(dāng)作用在活塞上的氣體壓力超過(guò)作用在其上阻力時(shí)，燃燒氣體還是膨脹，改變活塞運(yùn)動(dòng)方向，并將活塞退至下止點(diǎn)。于是，缸內(nèi)壓力從滿(mǎn)負(fù)荷下大約60的峰值壓力降低到活塞接近下止點(diǎn)時(shí)的4左右。做功行程中，燃燒氣體的最大壓力可達(dá)到3.0—6.5，最高溫度可達(dá)到2200—2800K，隨著活塞向下止點(diǎn)移動(dòng)，氣缸容積不斷增大，氣體壓力和溫度逐漸降低。在做功行程結(jié)束時(shí)，壓力約為0.35—0.5，溫度約為1200—1500K。
⑷、排氣過(guò)程
做功行程結(jié)束時(shí)，進(jìn)氣門(mén)仍保持關(guān)閉狀態(tài)，而排氣門(mén)開(kāi)啟?；钊淖冞\(yùn)動(dòng)方向，從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)位置移動(dòng)。大部分廢氣靠其自身的能量排出氣缸，而剩余的廢氣將在活塞上移的過(guò)程中被活塞強(qiáng)行推入排氣道排入大氣中。
排氣過(guò)程中，缸內(nèi)氣體的壓力將會(huì)從排氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)的壓力，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的不同可能為2—5范圍內(nèi)的某個(gè)值逐漸下降，到活塞缸蓋方向移動(dòng)接近上止點(diǎn)時(shí)缸內(nèi)氣體壓力為大氣壓力，或者更低。排氣終了時(shí)，在燃燒室內(nèi)尚殘留少量的廢氣，稱(chēng)其為殘余廢氣，因?yàn)榕艢庀到y(tǒng)有阻力，所以殘余廢氣的壓力比大氣壓力略高，約為0.105—0.12，溫度約為900—1100K。
第3章 發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的確定
設(shè)計(jì)一臺(tái)雙缸型發(fā)動(dòng)機(jī)，首先要確定它的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括平均有效壓力，活塞平均速度，氣缸數(shù)i，轉(zhuǎn)數(shù)n，氣缸直徑D，活塞行程S，壓縮比等。
1.1制定發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)要求
設(shè)計(jì)條件為：
⑴、制定雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)的排量為120mL四沖程汽油機(jī)
⑵、平均有效壓力：Pme=0.8～1.2MPa；
⑶、活塞的平均速度：Vm<18m/s。
⑷、體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
1.2發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
將本次設(shè)計(jì)對(duì)象定為一臺(tái)120mL四沖程汽油機(jī)，初步選擇采用雙缸風(fēng)冷形式，即確定氣缸數(shù)i=2，沖程數(shù)=4。
1.3發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)的確定
參考楊連生版《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的缸徑行程比S/D一般在0.8～1.2之間，取S/D=0.85。
內(nèi)燃機(jī)學(xué)基本公式：
VS=πD2S/4
其中—為發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率;—為發(fā)動(dòng)機(jī)的平均有效功率；—?dú)飧椎墓ぷ魅莘e；—發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)目；—發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；—活塞的平均速度；—發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的行程；—發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸直徑；—發(fā)動(dòng)機(jī)行程數(shù)。
氣缸的工作容積：上下止點(diǎn)間所包容的氣缸容積稱(chēng)為氣缸的工作容積，記為，根據(jù)公式：
VS=πD2S/4
代入計(jì)算得：
發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸直徑 D=56.4mm，
活塞行程S=47.9mm.
將其圓整可得：
D=56mm，S=48mm.
==118mL，
內(nèi)燃機(jī)的排量：
內(nèi)燃機(jī)所有氣缸工作容積的總和稱(chēng)為內(nèi)燃機(jī)的排量，記做，
燃燒室容積：
活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂面以上氣缸蓋底面一下所形成的空間叫做燃燒室，其容積稱(chēng)為燃燒室容積，也叫做壓縮容積，記做。
氣缸總?cè)莘e：
氣缸工作容積與燃燒室容積之和稱(chēng)為氣缸總?cè)莘e，記做，
壓縮比：
氣缸總?cè)莘e也燃燒室總?cè)莘e之比稱(chēng)為壓縮比，記做。對(duì)于汽油機(jī)壓縮比的范圍為：8～12，取=8，根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》公式，壓縮比為：
計(jì)算得：
壓縮容積 =16.86mL，
氣缸總?cè)莘e=134.86mL.
壓縮比的大小表示活塞由上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)氣體的壓力和問(wèn)題就越高。
工況：
內(nèi)燃機(jī)在某一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)情況叫做工況，以該時(shí)刻內(nèi)燃機(jī)輸出的有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速表示。曲軸轉(zhuǎn)速即為內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速。
負(fù)荷率：
內(nèi)燃機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)生的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)生的最大的有效功率的比值稱(chēng)為負(fù)荷率，負(fù)荷率通常稱(chēng)為負(fù)荷。
發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能指標(biāo)：
動(dòng)力性能指標(biāo)是指發(fā)動(dòng)機(jī)做功大小的指標(biāo)，一般用發(fā)動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、轉(zhuǎn)速和平均有效壓力等作為評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能好壞的的指標(biāo)。
發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：
發(fā)動(dòng)機(jī)每軸的曲軸每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，用表示，單位是r/min。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低，關(guān)系到單位時(shí)間內(nèi)做功次數(shù)的多少或發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的大小，即發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率隨轉(zhuǎn)速的不同而改變。因此。在說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的大小時(shí)，必須同時(shí)指明其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，在發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的標(biāo)明牌上規(guī)定的有效功率及相應(yīng)的轉(zhuǎn)速分別稱(chēng)作標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率和轉(zhuǎn)速小的工作狀況稱(chēng)作標(biāo)定工況。標(biāo)定功率不是發(fā)動(dòng)機(jī)所能發(fā)出的最大功率，它是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的用途而制定的有效功率最大的使用限度。同一型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)其用途不同時(shí)，其標(biāo)定功率值并不相同。
由初始條件，活塞的平均速度：
Vm<18m/s，取Vm=14m/s.
根據(jù)公式：
Vm=n
可得：
n=30/S=8750r/min.
角速度：
=n/30=3.148750/30=915.83rad/s.
發(fā)動(dòng)機(jī)平均有效壓力：
單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功。
Pme=0.8～1.2MPa，取Pme=0.9MPa.
則發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率：
發(fā)動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間對(duì)外輸出的有效功率。
Pe==7.6kw
升功率：
發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況下，單位發(fā)動(dòng)機(jī)排量輸出的有效熱功率稱(chēng)為升功率。升功率大表明每升氣缸工作容積發(fā)出的有效功率大，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷都高。
PL==65.625kw/h
曲柄連桿機(jī)構(gòu)：
作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)上的力有氣體力和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量慣性力。
氣體力作用于活塞頂上，在活塞的四個(gè)行程中始終存在，但只有作功行程中的氣體力是發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外作功的原動(dòng)力。氣體力通過(guò)連桿、曲柄銷(xiāo)傳到主軸承。氣體力同時(shí)也作用于氣缸蓋上，并通過(guò)氣缸蓋螺栓傳給機(jī)體。作用于活塞上和氣缸蓋上的氣體力大小相等、方向相反，在機(jī)體中相互抵消而不傳至機(jī)體外的支承上，但使機(jī)體受到拉伸。曲柄連桿機(jī)構(gòu)可視為由往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量組成的當(dāng)量系統(tǒng)。往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量包括活塞組零件質(zhì)量和連桿小頭集中質(zhì)量，它沿氣缸軸線(xiàn)作往復(fù)變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生往復(fù)慣性力；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量包括曲柄質(zhì)量和連桿大頭集中質(zhì)量，它繞曲軸軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)慣性力，也稱(chēng)離心力。往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力通過(guò)主軸承和機(jī)體傳給發(fā)動(dòng)機(jī)支承。
通過(guò)查《汽車(chē)設(shè)計(jì)手冊(cè)》和《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》確定：
曲柄半徑：
r=S/2=24mm.
曲柄連桿比：
λ=r/l的范圍在1/3～1/4之間，選取λ=1/4.
則連桿長(zhǎng)度：
l=r/λ=24/0.25=96mm.
2、 熱力學(xué)計(jì)算
通常根據(jù)內(nèi)燃機(jī)所用的燃料，混合氣形成方式，缸內(nèi)燃燒過(guò)程（加熱方式）等特點(diǎn)，把汽油機(jī)實(shí)際循環(huán)近似看成等容加熱循環(huán)。四沖程汽油機(jī)的工作過(guò)程包括進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四沖程。在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，先確定熱力循環(huán)基本參數(shù)，然后重點(diǎn)針對(duì)壓縮和膨脹過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，繪制p-v圖并校核。
2.1參數(shù)的確定
根據(jù)參考文獻(xiàn)《工程熱力學(xué)》壓縮過(guò)程絕熱指數(shù)n1=1.32～1.35，初步取n1=1.34，膨脹過(guò)程絕熱指數(shù)n2=1.23～1.28，初步取n2=1.26。根據(jù)參考文獻(xiàn)《內(nèi)燃機(jī)原理》=6～9，初步取=8。
2.2壓縮過(guò)程
把壓縮過(guò)程簡(jiǎn)化為絕熱過(guò)程，多變指數(shù)n1=1.34，p-v滿(mǎn)足關(guān)系p=常數(shù)。
壓縮起點(diǎn)的氣體壓強(qiáng)=（0.8～0.9），其中為大氣的壓強(qiáng)，取=0.8=0.0808MPa，此時(shí)氣體體積Va=134.86mL，壓縮終點(diǎn)氣體積Vc=16.86mL。故=，此時(shí)的氣體壓強(qiáng)
PC=Pa=1.31MPa
2.3膨脹過(guò)程
把膨脹過(guò)程簡(jiǎn)化為絕熱過(guò)程，其多變指數(shù)為n2=1.26，p-v滿(mǎn)足關(guān)系
PVn2=常數(shù)
=10.48MPa
Vc=16.86mL，Va=134.86mL
PzVcn2=PbVan20.763MPa
2.4熱力學(xué)校核
由熱力學(xué)計(jì)算所繪制的示功圖為理論循環(huán)的示功圖，其圍成的面積表示的是汽油機(jī)所做的指示功，統(tǒng)計(jì)其共有78個(gè)單元格，每小格面積表示2J的有效功，計(jì)算得：Wi=156J，汽油機(jī)的機(jī)械效率，取=0.9，則
Pme =0.91.32=1.19MPa
滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求（Pme=0.8～1.2MPa），所以校核合格。
3. 動(dòng)力學(xué)計(jì)算
3.1氣體壓力
隨著曲軸轉(zhuǎn)角的變化，缸內(nèi)的氣體壓力也會(huì)隨之發(fā)生變化。將熱力學(xué)計(jì)算中的p-v圖轉(zhuǎn)化為p-圖，即氣缸氣體壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。為排氣行程， 氣缸內(nèi)的氣體壓力在理論循環(huán)下基本可認(rèn)為是一恒定值且小于大氣壓力；為壓縮行程，氣缸內(nèi)的氣體壓力可由絕熱方程求出；為膨脹過(guò)程，氣缸內(nèi)的氣體壓力可由絕熱方程求出；為排氣行程，可以認(rèn)為氣缸內(nèi)的氣體壓力是均勻下降至（0.8～1）P0。求出相應(yīng)轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)氣缸壓力p的數(shù)據(jù)，列入下表。
利用上面求解出的數(shù)據(jù)，作出p-圖，如下圖1。
圖3-1 p-圖
4. 活塞的設(shè)計(jì)
活塞的主要功用是承受燃燒氣體壓力，并將此力通過(guò)活塞銷(xiāo)傳給連桿以推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。此外活塞頂部與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室?；钊前l(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最嚴(yán)酷的零件。作用在活塞上的有氣體力和往復(fù)慣性力，這些力都是周期性變化的，且其最大值都很大。如增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的最高燃燒壓力可達(dá)這樣大的機(jī)械負(fù)荷作用在形狀復(fù)雜的活塞上，可能引起活塞變形，活塞銷(xiāo)座開(kāi)裂，第一道環(huán)岸折斷?；钊斉c高溫燃?xì)庵苯咏佑|，使活賽頂?shù)臏囟群芨?，活塞各部的溫差很大。溫度高使活塞材料的機(jī)械強(qiáng)度顯著下降，活塞的熱膨脹量增大，從而使活塞與其相關(guān)零件的正確配合遭到破壞。另外，由于冷熱不均所產(chǎn)生的熱應(yīng)力容易使活塞頂表面開(kāi)裂。柴油機(jī)活塞的熱負(fù)荷比汽油機(jī)活塞更為嚴(yán)重，這是因?yàn)椴裼蜋C(jī)活塞與燃燒氣體的對(duì)流換熱比較強(qiáng)烈，燃燒生成的炭煙使火焰的熱輻射能力增強(qiáng)，活塞頂上的燃燒室凹坑使活塞受熱面積增大等造成的?；钊趥?cè)壓力的作用下沿氣缸壁面高速滑動(dòng)，由于潤(rùn)滑條件差，因此摩擦損失大，磨損嚴(yán)重。
活塞在工作工程中主要沿汽缸壁做往復(fù)只想運(yùn)動(dòng)，由于要保持氣缸的密封性，對(duì)氣體與缸壁的配合精度要求較高，這就造成其磨損較為嚴(yán)重，潤(rùn)滑較為重要，由于運(yùn)動(dòng)的換向和氣體燃燒時(shí)的爆發(fā)壓力，導(dǎo)致氣缸所受的慣性沖擊較大，對(duì)其剛度要求較高，所以，氣缸的工作環(huán)境較為惡劣，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)它的尺寸選材及材料的熱處理都有較高的要求。活塞的磨損速度決定著發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。
圖4-1活塞結(jié)構(gòu)
4.1活塞的材料
活塞結(jié)構(gòu)及所用材料應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：
⑴、活塞應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和剛度，合理的形狀和壁厚。合理的活塞裙部形狀，可以獲得最佳的配合間隙?；钊|(zhì)量應(yīng)盡可能的小。
⑵、受熱面小、散熱好。高強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞應(yīng)進(jìn)行冷卻。
⑶、活塞材料應(yīng)該是熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性能好、比重小，具有較好的減摩性和熱強(qiáng)度。
活塞在工作工程中受到高的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，同時(shí)沿氣缸壁面高速滑動(dòng)，容易造成潤(rùn)滑不良，使它遭受到強(qiáng)烈的磨損，這就要求活塞的材料滿(mǎn)足一下的要求：熱強(qiáng)度高，熱導(dǎo)性好，吸熱性差，膨脹系數(shù)小，比重小，有良好的減磨性能，耐磨，耐腐蝕，工藝性好，經(jīng)濟(jì)性好。
在實(shí)際中，現(xiàn)在常采用的是鋁合金，共晶鋁合金，膨脹系數(shù)低，比重小，耐磨性，耐腐蝕性好，硬度、剛度、疲勞強(qiáng)度較高。鑄造流動(dòng)性好，而被廣泛采用，本次設(shè)計(jì)的活塞采用共晶合金材料，鑄造。
4.2活塞的主要尺寸的設(shè)計(jì)
活塞的主要結(jié)構(gòu)尺寸如下圖2所示：
圖4-2 活塞主要尺寸圖
根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》（楊連生）P289汽油機(jī)活塞主要尺寸比例如下表1所示：
表1 汽油機(jī)活塞主要尺寸比例范圍
主要參數(shù)
比例范圍
主要參數(shù)
比例范圍
H/D
0.9～1.1
h/D
0.06～0.08
H/D
0.45～0.6
H/D
0.45～0.55
H/H
0.6～0.65
δ/D
0.06～0.1
活塞直徑：D=56mm.
活塞高度：H=0.9D=50.4mm≈50mm.
壓縮高度：H2=0.5D=28mm.
火力岸高度：h=460.06≈3mm.
活塞頂部厚度：δ=0.0846≈4mm.
活塞銷(xiāo)孔離底端距離：H2=H-H1.
活塞裙部高度：H3=H2/0.65≈34mm
現(xiàn)代四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用二道氣環(huán)和一道油環(huán)。根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》（楊連生）P290，小型高速內(nèi)燃機(jī)上，一般氣環(huán)高度：b1=b2=2~3mm，油環(huán)高度：b3=4~6mm。
環(huán)岸要求有足夠的強(qiáng)度，使其在最大氣壓下不致被損壞，第一道環(huán)的環(huán)岸高度：c1=(1.5~2.0)b1，第二、三道環(huán)的環(huán)岸高度:c2=c3=(1~2)b1。
故設(shè)計(jì)尺寸為：b1=2mm b2=2mm b3=4mm，c1=3mm c2=3mm c3=3mm，則
環(huán)帶高度：h3=b1+b2+b3+c1+c2+c3=17mm
上裙部尺寸:h，
4.3活塞質(zhì)量計(jì)算
將活塞簡(jiǎn)化為薄壁圓筒，從而計(jì)算出其體積和質(zhì)量：
活塞體積：
式中：D-活塞直徑，D=56mm；
H-活塞高度，H=50mm；
-活塞厚度，=4mm；
活塞質(zhì)量： 所以=88.2g
4.4活塞的計(jì)算及校核
活塞上的壓力狀況比較復(fù)雜化，以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)算活塞時(shí)，一般只計(jì)算第一環(huán)岸的強(qiáng)度、裙部及銷(xiāo)座的單位壓力。
取工質(zhì)最高燃燒壓力=6.1MPa，大氣壓力=0.1MPa，所以工質(zhì)最高燃燒氣體壓力。
=
根據(jù)已知數(shù)據(jù)代入得=19595N。
第一環(huán)岸強(qiáng)度校核,第一環(huán)岸主要計(jì)算在最大氣體爆發(fā)壓力Pgmax時(shí)的剪切與彎曲強(qiáng)度。當(dāng)活塞頂受到最大氣體壓力Pgmax時(shí)，通常第一道環(huán)作用在第一環(huán)岸上面的氣體壓力可取為P1=0.9Pgmax=5.4MPa,環(huán)岸下面的氣體壓力可取為P2=0.22 Pgmax =1.32MPa。一般情況下，可取環(huán)槽深度t=0.05D，則D’=0.9D。
根據(jù)公式：
式中，Pgmax——最大氣體作用力
Pjmax——活塞與活塞環(huán)最大往復(fù)慣性力
帶入已知數(shù)據(jù)得，。
許用應(yīng)力的大小與活塞材料有關(guān)，一般范圍是：鋁合金30～40MPa；鑄鐵60～80MPa；鋼100～150MPa。本設(shè)計(jì)活塞缸采用的是鋁合金，所以計(jì)算的許用應(yīng)力沒(méi)有超過(guò)該材料的許用應(yīng)力。所以設(shè)計(jì)符合。
5. 活塞銷(xiāo)的設(shè)計(jì)
活塞工作時(shí)頂部承受很大的氣體壓力，它們?nèi)客ㄟ^(guò)銷(xiāo)座傳給活塞銷(xiāo)，再傳到連桿。因而，活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座必須有足夠的剛度，足夠的承載面積和耐磨性。其中活塞銷(xiāo)的剛度有著關(guān)鍵意義，如果縱向剛度不足，則引起負(fù)荷分布不均勻，使銷(xiāo)座疲勞破壞，導(dǎo)致活塞縱向開(kāi)裂；橫向剛度不足，使銷(xiāo)的失圓變形過(guò)大，潤(rùn)滑油膜遭受破壞，引起活塞銷(xiāo)咬作
5.1活塞銷(xiāo)的材料
活塞銷(xiāo)上作用著很大的氣體作用力和往復(fù)慣性力，這些載荷的大小及方向都呈現(xiàn)周期性變化，并帶有沖擊性。而且活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座之間擺動(dòng)角度小，難以得到完全的液體潤(rùn)滑，這使它磨損較大。
活塞銷(xiāo)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量滿(mǎn)足如下要求。
（1）在保證足夠的強(qiáng)度與剛度的條件下具有最小的質(zhì)量。
（2）外表面耐磨，而內(nèi)部沖擊韌性好。
（3）足夠的承壓面積。
活塞銷(xiāo)一般用低碳鋼或低碳合金鋼。本設(shè)計(jì)選用20Mn，經(jīng)外表面滲碳淬火至硬度HRC56～66，深度0.8～1.2mm，但滲碳淬火層中的殘余奧氏體必須切實(shí)消除，所以必須嚴(yán)格控制熱處理工藝質(zhì)量，盡量避免脫碳，表面也需要進(jìn)行精磨和拋光。
5.2活塞銷(xiāo)尺寸的計(jì)算
參考《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》（楊連生）P291，活塞銷(xiāo)的尺寸比例如下：
活塞銷(xiāo)外徑：
D為活塞直徑，D=56mm
活塞銷(xiāo)內(nèi)徑：
活塞銷(xiāo)長(zhǎng)度：
故根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)尺寸為：
d1=16mm ， d2=10mm，=54mm
5.3活塞銷(xiāo)的的計(jì)算及校核。
⑴、活塞銷(xiāo)表面比壓
活塞銷(xiāo)工作表面所受的單位壓力對(duì)潤(rùn)滑情況有影響，應(yīng)加以驗(yàn)算。對(duì)全浮式活塞銷(xiāo)而言，連桿小頭部分的活塞銷(xiāo)表面單位壓力為
式中，q2——活塞銷(xiāo)座表面單位壓力，MPa；
Pgmax——最大氣體作用力，MN；
Pjmax——活塞組最大往復(fù)慣性力，MN；
——考慮活塞銷(xiāo)質(zhì)量的系數(shù)，k=0.68～0.81，取k=0.81
代入已知數(shù)據(jù)得q2=58MPa。
⑵、活塞銷(xiāo)的彎曲應(yīng)力
沿活塞銷(xiāo)長(zhǎng)度方向的載荷分布與活塞銷(xiāo)及銷(xiāo)座的剛度之比有關(guān)，也與活塞銷(xiāo)與連桿小頭襯套間的間隙及活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座的間隙有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，在銷(xiāo)座部分，銷(xiāo)表面受到的壓力大致呈三角形規(guī)律分布，在銷(xiāo)與連桿小頭接觸部分，壓力分布可認(rèn)為相當(dāng)于均勻載荷。其彎曲應(yīng)力的計(jì)算公式為
代入已知數(shù)據(jù)得σ=199MPa。
本設(shè)計(jì)的活塞銷(xiāo)彎曲應(yīng)力的許用值為100～250MPa，故本設(shè)計(jì)故符合要求。
⑶、活塞銷(xiāo)的剪應(yīng)力
最大剪應(yīng)力τgmax作用在銷(xiāo)座和連桿小頭之間的截面上，發(fā)生的中性軸所在的直徑上，其值為
代入已知數(shù)據(jù)得τgmax=83MPa。
一般，汽車(chē)、工程機(jī)械用內(nèi)燃機(jī)的活塞銷(xiāo)最大剪應(yīng)力許用值為60～250MPa，本設(shè)計(jì)符合要求。
6、曲軸的設(shè)計(jì)
曲軸是在不斷周期性變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力以及它們的力矩（扭矩和彎矩）共同作用下工作的，使曲軸既扭轉(zhuǎn)又彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。曲軸形狀復(fù)雜，應(yīng)力集中現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，特別在曲軸至軸頸的圓角過(guò)渡區(qū)、潤(rùn)滑油孔附近以及加工粗糙的部位應(yīng)力集中現(xiàn)象尤為突出。
曲軸各軸頸在很高的比壓下，以很大的相當(dāng)速度在軸承中發(fā)生滑動(dòng)摩擦。這些軸承在實(shí)際變工況運(yùn)轉(zhuǎn)條件下并不總能保證液體摩擦，故設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，要使其各摩擦表面耐磨性，各軸頸應(yīng)具有足夠的承壓面積，同時(shí)給予盡可能好的工作條件。曲軸是曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的中心環(huán)節(jié)，其剛度亦很重要。由于內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速較高，同時(shí)要求其質(zhì)量較輕。故曲軸在強(qiáng)度、剛度、耐磨、輕巧上都有要求，但它們之間又存在相互矛盾。
6.1曲軸的材料及結(jié)構(gòu)
曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中承受沖擊載荷、傳遞動(dòng)力的重要零件，在發(fā)動(dòng)機(jī)五大件中最難以保證加工質(zhì)量。目前車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸材質(zhì)有球墨鑄鐵和鋼兩類(lèi)。由于球墨鑄鐵的切削性能良好，可獲得較理想的結(jié)構(gòu)形狀，并且和鋼質(zhì)曲軸一樣可以進(jìn)行各種熱處理和表面強(qiáng)化處理來(lái)提高曲軸的抗疲勞強(qiáng)度、硬度和耐磨性。球墨鑄鐵曲軸成本只有調(diào)質(zhì)鋼曲軸成本的1/3左右，所以球墨鑄鐵曲軸在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。
曲軸從整體結(jié)構(gòu)上看，可以分為整體式和組合式。隨著復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑄造技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)幾乎全部采用整體式曲軸。從支撐方式看，曲軸有全支持結(jié)構(gòu)和浮動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)。但本次設(shè)計(jì)為單缸高速發(fā)動(dòng)機(jī),用于大型雙缸車(chē)，故曲軸需采用組合式和全支撐結(jié)構(gòu)。
由于曲軸采用組合式，故選用鍛造制造。鋼制曲軸除少數(shù)應(yīng)用鑄鋼外，絕大多數(shù)采用鍛造。鍛造曲軸的材料有碳素鋼和合金鋼。本次設(shè)計(jì)曲軸采用鍛造制造，選用45號(hào)碳鋼模鍛曲軸，但曲軸在鍛造后應(yīng)進(jìn)行第一次熱處理（退火或正火），在精磨前應(yīng)進(jìn)行第二次熱處理（調(diào)質(zhì)）以改善鋼的機(jī)械性能并能提高周靜表面硬度。對(duì)軸頸表面、圓角和油孔邊緣應(yīng)拋光，以提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。
綜上所述，曲軸采用45號(hào)鋼模鍛，采用組合式結(jié)構(gòu)和全支撐式結(jié)構(gòu)。
6.2曲軸尺寸的設(shè)計(jì)
曲軸主要由曲軸前端（自由端）、曲拐（包括主軸頸、連桿軸頸和曲柄）和曲軸后端（功率輸出端）三個(gè)部分組成。其中曲拐的數(shù)目與氣缸數(shù)目及排列方式有關(guān)。直列式內(nèi)燃機(jī)曲軸的曲拐數(shù)與氣缸數(shù)相等。
曲軸主要尺寸如下圖6-1所示：
圖6-1 曲軸的主要尺寸圖
參考《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》（楊連生）可得到主要尺寸范圍如下表二：
表二 曲軸主要尺寸比例范圍
主要參數(shù)
比例范圍
主要參數(shù)
比例范圍
D2/D
0.60～0.65
D2/d2
0.40～0.60
L2/D
0.35～0.45
D1/D
0.65～0.75
L1/D1
0.40～0.60
b/D
0.75～1.20
h/D
0.18～0.25
曲柄銷(xiāo)直徑=33.636.4mm，取，D2=35mm采用滾針軸承，曲柄銷(xiāo)長(zhǎng)度L2與軸承寬度配合。
d2=(0.40～0.60)=14～21mm,取=16mm.
主軸頸直徑：d1=(0.65～0.75)D=36.4～42mm,取.D1=40mm
主軸頸長(zhǎng)度：L1=(0.40～0.60)D1=16～24mm,取.L1=17mm
曲柄銷(xiāo)厚度：h=(0.18～0.25)D=10.08～14mm,取h=12mm.
曲柄寬度：b=(0.75～1.20)D=42～67.2mm,取b=60mm.
由于曲軸轉(zhuǎn)速高，曲柄銷(xiāo)與連桿大頭處采用滾針軸承，選用型號(hào)為:K35,即L2=22mm.
由比例范圍可得：L2=（0.35～0.45）D=19.6～25.2mm，取L2=22mm，符合要求。此處的主要是指與連桿大頭的配合長(zhǎng)度，由于采用組合結(jié)構(gòu)，需要與曲柄臂連接，故兩端還需各加上曲柄臂的厚度。
主軸頸采用深溝球軸承，型號(hào)為6208，由于轉(zhuǎn)速較高，故采用油潤(rùn)滑。
7. 連桿的設(shè)計(jì)
連桿總成的作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把作用在活塞上的力傳給曲軸。
連桿主要承受氣體壓力和活塞組往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷。此外，由連桿變速擺動(dòng)而產(chǎn)生的慣性力矩，還使連桿承受數(shù)值較小的彎矩。如果連桿在交變載荷的作用下發(fā)生斷裂，則將招致惡性破壞事故，甚至整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢；如果連桿剛度不足，則會(huì)對(duì)曲軸連桿的工作帶來(lái)不好的影響。這就要求連桿在設(shè)計(jì)時(shí)，在盡可能輕巧的結(jié)構(gòu)下保證足夠的剛度和強(qiáng)度。為此，必須選用較強(qiáng)的材料和合理的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸，并采取表面強(qiáng)化措施。
7.1連桿的材料
為了保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強(qiáng)度，一般多用精選含碳量高的優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼45模鍛，只有在特別強(qiáng)化且產(chǎn)量不太大的柴油機(jī)中用40Cr等合金鋼。由于本次設(shè)計(jì)的單缸機(jī)轉(zhuǎn)速、升功率較高，故連桿選用40MnB合金鋼鍛造，在機(jī)械加工前應(yīng)經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，以得到較高的綜合機(jī)械性能，既強(qiáng)又韌。為了提高連桿的疲勞強(qiáng)度，不經(jīng)機(jī)械加工的表面應(yīng)經(jīng)過(guò)噴丸處理。連桿還必須經(jīng)過(guò)磁力探傷檢驗(yàn)，以求工作可靠。
對(duì)于連桿的形狀設(shè)計(jì)、過(guò)渡圓滑性、毛皮表面質(zhì)量等，必須給以更多的注意。連桿縱斷面內(nèi)宏觀(guān)金相組織要求金屬纖維方向與連桿外形相符合，纖維無(wú)環(huán)曲及中斷現(xiàn)象
7.2連桿的機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)
連桿由連桿小頭、桿身和連桿大頭組成，主要結(jié)構(gòu)尺寸如下圖7-1所示
圖7-1 連桿主要尺寸圖
7.3連桿小頭
7.3.1連桿小頭尺寸計(jì)算
連桿小頭用來(lái)安裝活塞銷(xiāo)，以連接活塞。在活塞銷(xiāo)與連桿小頭之間采用全浮式連接時(shí)，通常在連桿小頭孔內(nèi)以一定的過(guò)盈量壓入減磨青銅襯套或鐵基粉末冶金襯套，用以減小磨損和提高使用壽命。近年來(lái)，鐵基粉末冶金襯套以其自潤(rùn)滑性好、成本低的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。松花江微型連桿小頭與活塞銷(xiāo)采用全浮式連接。 連桿小頭采用薄壁圓環(huán)結(jié)構(gòu)，小頭孔內(nèi)壓有青銅襯套。參考《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》（楊連生），連桿小頭的尺寸比例如下：
襯套內(nèi)徑由活塞銷(xiāo)外徑?jīng)Q定,d1=16mm
襯套厚度:δ=2～3mm
連小頭內(nèi)徑/襯套外徑:D2=d1+δ
連桿小頭外徑:D1=(1.2～1.35)D2
連桿小頭寬度:B1=(1.2～1.4)d1
根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)連桿小頭尺寸如下:
d1=16mm;δ=2mm;D2=18mm;D1=24mm;B1=22mm
連桿的潤(rùn)滑方式:飛濺潤(rùn)滑,在連桿小頭開(kāi)設(shè)集油孔。
7.3.2連桿小頭計(jì)算及校核
連桿的受力情況，在其桿身的每一橫截面上都受到彎矩、剪力和法向力的作用，不過(guò)彎矩和剪力都不大，桿身的主要載荷還是是交變的拉壓載荷。當(dāng)曲拐轉(zhuǎn)角為時(shí)（進(jìn)、排氣上止點(diǎn)時(shí)），PA和PL均與連桿中心線(xiàn)重合，且PA達(dá)到其最大負(fù)值（向上），PL也達(dá)到其最大負(fù)值（向下），這時(shí)連桿桿身受到最大的拉伸載荷，可以忽略此時(shí)的氣體作用力而近似認(rèn)為
帶入數(shù)據(jù)得，
帶入數(shù)據(jù)得，
7.4連桿桿身設(shè)計(jì)
7.4.1連桿桿身尺寸計(jì)算
連桿桿身是連接連桿大頭和連桿小頭的部分。桿身一般采用工字形斷面，以使連桿能在較小的質(zhì)量下保證足夠的剛度和強(qiáng)度。某些連桿桿身上還鉆有油道，使連桿軸承的潤(rùn)滑油流向連桿小頭進(jìn)行潤(rùn)滑。
高速內(nèi)燃機(jī)連桿桿身斷面都是“I”字形的，而且其長(zhǎng)軸應(yīng)在連桿擺動(dòng)平面內(nèi)。從制造工藝方面看，“I”字形截面連桿桿身到小頭和大頭的過(guò)渡圓角處必須有足夠大的圓角半徑。
“I”字形斷面的平均相對(duì)高度H/D=0.2～0.3，高寬比H/B=1.4～1.8。一般把桿身斷面H從小到大逐漸加大，值最大到1.3左右。
連桿長(zhǎng)度由曲柄連桿比來(lái)確定，而，值越大，連桿越短，則發(fā)動(dòng)機(jī)高度越小。λ值的范圍1/3～1/4，取λ=0.25，則連桿長(zhǎng)度：l=24/0.25=96mm。
連桿桿身設(shè)計(jì)尺寸：H=14mm，B=9mm，l=96mm。
7.4.2連桿桿身應(yīng)力計(jì)算及校核
對(duì)連桿桿身的強(qiáng)度校核，應(yīng)考慮以下幾種工況
⑴、最大拉伸應(yīng)力
代入已知數(shù)據(jù)得σ1=101.4MPa。
式中，σ1——連桿桿身最大拉伸應(yīng)力，MPa；
fm——連桿桿身的斷面面積，m2
⑵、桿身的壓縮與縱向彎曲應(yīng)力
桿身承受的壓縮力最大值發(fā)生在做功行程中最大燃?xì)庾饔昧jmax時(shí)，并可認(rèn)為是在上止點(diǎn)。最大壓縮力的計(jì)算公式為
帶入數(shù)據(jù)得：
帶入數(shù)據(jù)得：
連桿承受最大壓縮力時(shí)，桿身中間斷面產(chǎn)生縱向彎曲。此時(shí)連桿在擺動(dòng)平面內(nèi)的彎曲，可認(rèn)為連桿兩端為鉸支，長(zhǎng)度為L(zhǎng)；在垂直擺動(dòng)平面內(nèi)的彎曲者可認(rèn)為桿身兩端為固定支點(diǎn)，長(zhǎng)度為L(zhǎng)’。因此，在擺動(dòng)平面內(nèi)的合成應(yīng)力為
代入已知數(shù)據(jù)得：σk=117MPa
代入已知數(shù)據(jù)得：σy=149MPa
查設(shè)計(jì)手冊(cè)得出σ1和σ2的許用值位250～400MPa，故符合要求。
7.5連桿大頭設(shè)計(jì)
7.5.1連桿大頭尺寸設(shè)計(jì)
連桿大頭是連桿與曲軸軸頸相連接的部分。連桿大頭是剖分形式的，被剖分開(kāi)的連桿蓋和連桿體之間用螺栓緊固。其中接合面與連桿軸線(xiàn)垂直的稱(chēng)為平切口連桿，接合面與連桿軸線(xiàn)成30°至60°夾角的稱(chēng)為斜切口連桿。
由于本次設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)是雙缸機(jī)，曲軸又采用組合式，故連桿大頭做成一體，不用切開(kāi)，不需使用連桿螺栓。連桿大頭的結(jié)構(gòu)與基本尺寸主要決定于曲柄銷(xiāo)直徑D2、長(zhǎng)度L2、所選軸承類(lèi)型。此處選用滾針軸承K35*42*20，故連桿大頭內(nèi)徑D2=42mm，連桿大頭寬度：B2=22mm。對(duì)于連桿大頭外徑，由于取出連桿必須從氣缸中取出，所以其外徑應(yīng)小于活塞直徑，先暫取連桿大頭外徑：D3=50mm。
7.5.2連桿大頭應(yīng)力計(jì)算和校核
目前還沒(méi)有比較合適的演算連桿強(qiáng)度的公式，一般采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。連桿蓋最大載荷是在進(jìn)氣沖程開(kāi)始時(shí)，用下式計(jì)算
帶入數(shù)據(jù)得：
式中 P2——連桿蓋所受最大載荷，
Pjmax——全部往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力，
m’2——除去大頭蓋后的連桿旋轉(zhuǎn)質(zhì)量。
在中間斷面應(yīng)力
內(nèi)燃機(jī)連桿大頭蓋的材料為45Mn鋼許用應(yīng)力值150～200MPa,故符合要求
8. 設(shè)計(jì)結(jié)果
經(jīng)校核合格，得到本次設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)如下表3.
表3 主要設(shè)計(jì)結(jié)果
活塞直徑D(mm)
56
活塞行程S(mm）
48
氣缸容積(L)
118
壓縮比
8
余隙容積(mL)
16.86
活塞平均速度(m/s)
14
轉(zhuǎn)速n(r/min)
8750
角速度(rad/s)
915.83
曲柄半徑r(mm)
24
曲柄連桿比λ
0.25
連桿長(zhǎng)度l(mm)
96
平均有效壓力（MPa）
1.19
升功率（KW/L）
62.625
進(jìn)氣壓力（MPa）
0.0808
大小齒輪計(jì)算
齒輪模數(shù)取4，大齒輪齒數(shù)取47 小齒輪齒數(shù)為23. 傳動(dòng)比1：2
1. 選擇齒輪精度等級(jí)、材料、齒數(shù)
1）屬于一般機(jī)械，且轉(zhuǎn)速不高，故選擇8級(jí)精度。
2）因載荷平穩(wěn)，傳遞功率較小，可采用軟齒面齒輪。參考表11-1，小齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度217~255HBS，σHLim1=595MPa，σFE1=460MPa；大齒輪選用45鋼正火處理，齒面硬度162~217HBS，σHLim2=390MPa，σFE2=320MPa。
對(duì)于齒面硬度小于350 HBS的閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)，應(yīng)按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲強(qiáng)度校核。
2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)公式11-3
1）查表11-3，原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，工作機(jī)械是輸送機(jī)，且工作平穩(wěn)，取載荷系數(shù)K=1.2。
2）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
3）查表11-6，齒輪為軟齒面，對(duì)稱(chēng)布置，取齒寬系數(shù)φd=1。
4）查表11-4，兩齒輪材料都是鍛鋼，故取彈性系數(shù)ZE=189.8 MPa1/2。
5）兩齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，且正確安裝，故節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH=2.5。
6）計(jì)算許用接觸應(yīng)力
①應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
小齒輪N1=60n1jLh=60×350×1×(2×8×300×10)=10.08×108
大齒輪N2= N1/i=10.08×108/3.58=2.82×108
②據(jù)齒輪材料、熱處理以及N1、N2，查接觸疲勞壽命系數(shù)圖表，不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕，得接觸疲勞壽命系數(shù)ZN1=1，ZN2=1。
③查表11-5，取安全系數(shù)SH=1.1。
④計(jì)算許用接觸應(yīng)力
取小值[σH2]代入計(jì)算。
7）計(jì)算
3. 驗(yàn)算輪齒彎曲強(qiáng)度
按公式11-5校核
1）由z1=23，z2=47查圖11-8，得齒型系數(shù)YFa1=2.77，YFa2=2.23。
2）由z1=23，z2=47查圖11-9，得應(yīng)力集中系數(shù)YSa1=1.58，YSa2=1.77
3）計(jì)算許用彎曲應(yīng)力
①據(jù)齒輪材料、熱處理以及N1、N2，查彎曲疲勞壽命系數(shù)圖表，得彎曲疲勞壽命系數(shù)YN1=1，YN2=1。
②查表11-5，取安全系數(shù)SF=1.25。
③計(jì)算許用彎曲應(yīng)力
4）校核計(jì)算
彎曲強(qiáng)度足夠。
4. 驗(yàn)算齒輪的圓周速度
對(duì)照表11-2可知，選用9級(jí)精度較為合宜。
1. 作用在齒輪上的力
齒輪節(jié)圓直徑
圓周力N
徑向力
2. 初定軸的最小直徑
（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P370式（15-2） ）
軸材料選45鋼，調(diào)質(zhì)處理
查表確定 （ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P370表15-3 ）
則
單鍵槽軸徑應(yīng)增大即增大至
所以
3. 選擇低速軸的聯(lián)軸器
計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩
查表得工作情況系數(shù)（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P351表14-1）
選擇彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，按，,
查表GB/T5014-1985（《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)》P133表15-5）
選用HL4型彈性聯(lián)軸器，。
半聯(lián)軸器長(zhǎng)度
與軸配合轂孔長(zhǎng)度
半聯(lián)軸器孔徑
4. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1） 設(shè)計(jì)I段軸的結(jié)構(gòu)
I段軸直徑應(yīng)與聯(lián)軸器孔徑相同，所以I段軸直徑選取
因?yàn)槁?lián)軸器左端由軸端擋圈固定，為保證擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸上，所以使I段軸長(zhǎng)度略小于聯(lián)軸器與軸配合轂孔長(zhǎng)度，則選
（2） 設(shè)計(jì)II段軸的結(jié)構(gòu)
因?yàn)樾℃溳営叶送ㄟ^(guò)軸肩固定，而軸肩的高度應(yīng)滿(mǎn)足（《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》 P17 表1-31）所以，則,所以II軸直徑應(yīng)選
（3） 初選滾動(dòng)軸承
因?yàn)辇X輪無(wú)軸向力，所以軸承不受軸向力，可選深溝球軸承。查表得（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P321表13-6）取
代入式子（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P320式（13-9a） ）
得當(dāng)量動(dòng)載荷
基本額定動(dòng)載荷（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P319式（13-6））
查書(shū)得球軸承（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P319），
查表得（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P318表13-3）
則
參照工作要求并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取61911
查手冊(cè)知軸承可選
（4） 軸承的校核
因?yàn)檩S承不受軸向力，所以仍成立，則
驗(yàn)算61911軸承的壽命
所以61911軸承滿(mǎn)足要求
61911軸承尺寸
查表知該軸承應(yīng)選擇脂潤(rùn)滑。
（5） II段軸的長(zhǎng)度
為便于軸承蓋的拆卸及對(duì)軸承加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外斷面與聯(lián)軸器右端面距離為30mm
軸承蓋寬度為20mm所以
考慮箱體的鑄造誤差，使軸承與箱體內(nèi)表面距離為8mm
箱體內(nèi)表面與齒輪間距為16mm,為使套筒端面可靠的壓緊軸承，使IV軸略短于齒輪4mm
所以
箱體壁厚為29mm (8+13+8)
（6） IV軸尺寸
IV軸長(zhǎng)度短于齒輪齒寬4mm，則
取齒輪安裝直徑為
（7） V段軸尺寸
因?yàn)辇X輪右端通過(guò)軸肩固定
軸肩的高度應(yīng)滿(mǎn)足（《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》 P17 表1-31）
所以，則取
則
軸環(huán)長(zhǎng)度，取
（8） VII段軸尺寸
軸承固定在VII軸上
所以取
（9） VI段軸的尺寸
箱體內(nèi)表面與齒輪間距為16mm,考慮箱體的鑄造誤差，使軸承與箱體內(nèi)表面距離為8mm
所以
因?yàn)橛疫呡S承的左端通過(guò)軸肩固定，軸肩的高度應(yīng)滿(mǎn)足 所以，軸肩應(yīng)小于軸承內(nèi)圈外徑，則取則
軸上零件的軸向定位
齒輪、聯(lián)軸器與軸的軸向定位均采用平鍵連接。
查表6-1得兩鍵尺寸如下
聯(lián)軸器選用鍵型號(hào)為選用配合為
齒輪選用鍵型號(hào)為選用配合為
滾動(dòng)軸承與軸的軸向定位由過(guò)渡配合保證，故選軸的直徑尺寸公差為
確定軸上圓角與倒角尺寸
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》 P16 表1-27取軸兩端倒角為C2圓角均為R2
軸的校核
求軸上的載荷
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖，各部分長(zhǎng)度如圖所示
由上面計(jì)算知圓周力，徑向力，齒輪節(jié)圓直徑
軸BD端扭矩為
支座反力，
C節(jié)面處
所以C節(jié)面為彎矩最大截面
彎矩合成強(qiáng)度校核
通常只校核軸上受最大彎矩和最大扭矩的截面強(qiáng)度，即C截面強(qiáng)度。
考慮啟動(dòng)，停機(jī)影響，單向循環(huán)，扭矩為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》P373式（15-5）
取，
45鋼調(diào)質(zhì)處理，由表查得（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 P362表15-1）
，所以軸彎矩合成強(qiáng)度滿(mǎn)足要求
疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核
判斷危險(xiǎn)截面
截面a b 只受扭矩作用，e f 面只受彎矩作用，所以均不是最大危險(xiǎn)截面，而e 截面比c截面直徑大，所以最大危險(xiǎn)截面只可能在c 截面或齒輪中間對(duì)稱(chēng)面 g ，雖然g 面所受的彎矩最大，但應(yīng)力集中不大（過(guò)盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端）且該處軸直徑較大，故最大危險(xiǎn)截面為 c 截面。所以只需校核 c 截面兩側(cè)即可。
2)截面左側(cè)截面校核
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
截面左側(cè)彎矩
截面左側(cè)彎曲應(yīng)力
截面左側(cè)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
平均應(yīng)力 ，
應(yīng)力幅
查材料的力學(xué)性能 45鋼調(diào)質(zhì)查表（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P362表15-1 ）
，，
軸肩理論應(yīng)力集中系數(shù) ，查表（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P40附表3-2 ）并經(jīng)插值計(jì)算
材料的敏感系數(shù) 由，查圖（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P41附圖3-1 ）
并經(jīng)插值得，
有效應(yīng)力集中系數(shù)
尺寸及截面形狀系數(shù) 查圖（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P42附圖3-2 ）得
扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù) 查圖（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P43附圖3-3 ）得
表面質(zhì)量系數(shù) 軸按磨削加工，由查圖（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P44附圖3-4 ）得
表面強(qiáng)化系數(shù) 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理
疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)
等效系數(shù) 45鋼： 取
取
僅有彎曲正應(yīng)力時(shí)計(jì)算安全系數(shù)
僅有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時(shí)計(jì)算安全系數(shù)
彎扭聯(lián)合作用下的計(jì)算安全系數(shù)
設(shè)計(jì)安全系數(shù) 材料均勻，載荷與應(yīng)力計(jì)算精確時(shí)：取
疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核 所以左側(cè)疲勞強(qiáng)度合格
3） 截面右側(cè)疲勞強(qiáng)度校核
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
截面左側(cè)彎矩
截面左側(cè)彎曲應(yīng)力
截面左側(cè)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
平均應(yīng)力 ，
應(yīng)力幅
查材料的力學(xué)性能 45鋼調(diào)質(zhì)查表（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P362表15-1 ）
，，
過(guò)盈配合處的 查表（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P43附表3-8 ）并經(jīng)插值得
， 并取
表面質(zhì)量系數(shù) 軸按磨削加工，由查圖（ 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P44附圖3-4 ）得
表面強(qiáng)化系數(shù) 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理
疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)
等效系數(shù) 45鋼： 取
取
僅有彎曲正應(yīng)力時(shí)計(jì)算安全系數(shù)
僅有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時(shí)計(jì)算安全系數(shù)
彎扭聯(lián)合作用下的計(jì)算安全系數(shù)
疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核 右側(cè)疲勞強(qiáng)度合格
1. 故軸在c 截面兩側(cè)均滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，即整根軸均滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
6.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的簡(jiǎn)介
機(jī)構(gòu)是由構(gòu)建組合而成的，而每個(gè)構(gòu)件都以一定的方式至少與另一個(gè)構(gòu)件相連接。這種連接，既使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸，又使兩個(gè)構(gòu)件能產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的前提就是要?jiǎng)?chuàng)建機(jī)構(gòu)。創(chuàng)建機(jī)構(gòu)與零件裝配都是將單個(gè)零部件組裝成一個(gè)完整的機(jī)構(gòu)模型。因此兩者有很多相似之處。、
機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真與零件裝配，兩者都在組建模式下進(jìn)行。創(chuàng)建機(jī)構(gòu)是利用操控板中的“預(yù)定義連接集”列表選擇預(yù)定義的連接集，而零件裝配是利用操控板中的“用戶(hù)定義飛連接集”來(lái)安裝各個(gè)零部件。由零件裝配得到的裝配體，其內(nèi)部的零部件之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而由連接得到的機(jī)構(gòu)，其內(nèi)部的構(gòu)件之間家可以產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
以下就簡(jiǎn)單介紹一下機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的基本術(shù)語(yǔ)：
UCS：用戶(hù)坐標(biāo)系
WCS：全局坐標(biāo)系。組件的全局坐標(biāo)系，它包括用于組件及該組件內(nèi)所有主體的全局坐標(biāo)系。
放置約束：組建中放置元件并限制該元件在組件中運(yùn)動(dòng)的圖元。
環(huán)連接：添加后使連接主體鏈中形成環(huán)的連接。
自由度：確定一個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)（或狀態(tài)）所必須的獨(dú)立參變量。連接的作用是約束主體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，減少系統(tǒng)可能的總自由度。
主體：機(jī)構(gòu)模型的基本元件。主體是受?chē)?yán)格控制的一組零件，在組內(nèi)沒(méi)有自由度。
基礎(chǔ)：不運(yùn)動(dòng)的主體，即大地或者機(jī)架。其他主體相對(duì)于基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)。在仿真
時(shí)，可以定義多個(gè)基礎(chǔ)。
預(yù)定義的連接集：預(yù)定義的連接集可以定義實(shí)用哪些放置約束在模型中放置元件、限制主體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、減少系統(tǒng)可能的總自由度及定義元件在機(jī)構(gòu)中可能具有的運(yùn)動(dòng)類(lèi)型。
拖動(dòng)：在圖形窗口上，用鼠標(biāo)拾取并移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
回放：記錄并重放分析運(yùn)動(dòng)的操作技能。
伺服電動(dòng)機(jī)：定義一個(gè)主體相對(duì)于另一個(gè)主體運(yùn)動(dòng)的方式。
執(zhí)行電動(dòng)機(jī)：作用于旋轉(zhuǎn)或平移運(yùn)動(dòng)軸上而引起運(yùn)動(dòng)的力。
在機(jī)械設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)研究中，用戶(hù)可以通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)添加運(yùn)動(dòng)，使其隨伺服電動(dòng)機(jī)一起移動(dòng)，并且在不考慮作用于系統(tǒng)上的力的情況下分析其運(yùn)動(dòng)。使用運(yùn)動(dòng)分析可以觀(guān)察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，并測(cè)量主體位置、速度和加速度的改變。然后用圖標(biāo)表達(dá)這些測(cè)量，或者創(chuàng)建軌跡曲線(xiàn)和運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。
根據(jù)以上分析，機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真總體上可以分為六個(gè)部分：創(chuàng)建圖元、檢測(cè)模型、添加建模圖元、準(zhǔn)備分析、分析模型和獲取結(jié)果[9]。
運(yùn)動(dòng)仿真分析
（1）選取主菜單上的【應(yīng)用程序】/【機(jī)構(gòu)】命令，進(jìn)入機(jī)構(gòu)仿真分析環(huán)境。
（2）定義伺服電動(dòng)機(jī)。該機(jī)構(gòu)共需要設(shè)置3個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)，其中伺服電動(dòng)機(jī)1位于搖臂與連接桿的連接軸上，用以控制搖臂的周期性擺動(dòng)；伺服電動(dòng)機(jī)3位于曲軸與電動(dòng)機(jī)中心軸上，再以驅(qū)動(dòng)曲軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生風(fēng)源。
1）定義伺服電動(dòng)機(jī)1。單擊右工具條上的 按鈕，打開(kāi)如圖3-1所示的“伺服電動(dòng)機(jī)定義”對(duì)話(huà)框，接受“類(lèi)型”選項(xiàng)卡上默認(rèn)的“運(yùn)動(dòng)軸”類(lèi)型選項(xiàng)，在圖形區(qū)內(nèi)點(diǎn)選搖臂與連接桿的連接軸，打開(kāi)對(duì)話(huà)框上的“輪廓”選項(xiàng)卡，接受“規(guī)范”欄內(nèi)默認(rèn)的“位置”選項(xiàng)（因?yàn)閾u臂為左右擺動(dòng)，需限定其左右極端位置），在“?！睓谀?jī)?nèi)選擇“余弦”（搖臂的擺動(dòng)為周期性變化），參照表中關(guān)于“余弦”運(yùn)動(dòng)規(guī)律公式中A、B、C及T各參數(shù)的意義，分別設(shè)定A=75、B=30、C=0、T=1.如圖4-8全部設(shè)置完畢后單擊對(duì)話(huà)框上的“應(yīng)用”按鈕，然后單擊“圖形”欄內(nèi)的 按鈕，彈出伺服電動(dòng)機(jī)1按照余弦規(guī)律旋轉(zhuǎn)的曲線(xiàn)如圖4-9。點(diǎn)擊“確定”按鈕予以確認(rèn)，完成伺服電動(dòng)機(jī)1的定義。
圖4-8
2）定義伺服電動(dòng)機(jī)2。電動(dòng)機(jī)自身也需要繞搖臂的銷(xiāo)軸做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以伺服電動(dòng)機(jī)2與伺服電動(dòng)機(jī)1的定義相類(lèi)似，點(diǎn)選電動(dòng)機(jī)與搖臂銷(xiāo)軸的連接軸為“運(yùn)動(dòng)軸”，如圖4-10，運(yùn)動(dòng)“規(guī)范”為“位置”，在 “模”為“余弦”，設(shè)定A=180、B=20、C=0、T=2，如圖4-11。完成伺服電動(dòng)機(jī)2的定義。
如圖4-11
3）定義伺服電動(dòng)機(jī)3。單擊右工具條上的按鈕，打開(kāi)如圖4-12所示的“伺服電動(dòng)機(jī)定義”對(duì)話(huà)框，接受“類(lèi)型”選項(xiàng)卡上默認(rèn)的“運(yùn)動(dòng)軸”類(lèi)型選項(xiàng)，在圖形區(qū)內(nèi)點(diǎn)選曲軸與電動(dòng)機(jī)軸的連接軸，（見(jiàn)圖4-13中鼠標(biāo)箭頭所指的運(yùn)動(dòng)軸標(biāo)識(shí)）；打開(kāi)對(duì)話(huà)框上的“輪廓”選項(xiàng)卡，選取“規(guī)范”為“速度”，在“模”欄目?jī)?nèi)選擇“常數(shù)”，設(shè)定A=2000。全部設(shè)置完畢后，點(diǎn)擊“確定”按鈕予以確認(rèn)，完成伺服電動(dòng)機(jī)3的定義。
圖4-12
（3）設(shè)置運(yùn)動(dòng)參數(shù)和控制參數(shù)。
1）單擊右工具欄上的按鈕，彈出如圖4-14所示的“分析定義”對(duì)話(huà)框。在“類(lèi)型”選項(xiàng)中選擇“運(yùn)動(dòng)學(xué)”，接受“首選項(xiàng)”選項(xiàng)卡上“長(zhǎng)度和幀頻”方式，設(shè)定終止時(shí)間為60s，幀頻為30。
圖4-14
2）單擊“電動(dòng)機(jī)”選項(xiàng)卡，設(shè)置伺服電動(dòng)機(jī)1（ServoMotor1）的開(kāi)始時(shí)間為5s，如圖4-15，此舉可令搖臂在開(kāi)始5s前為靜止，使風(fēng)扇從零位開(kāi)始送風(fēng)，5s后實(shí)現(xiàn)萬(wàn)向搖頭。
圖4-15
完成以上設(shè)置后，單擊“運(yùn)行”按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)動(dòng)分析解算過(guò)程。如果所有的裝配連接關(guān)系、運(yùn)動(dòng)副設(shè)置及伺服電動(dòng)機(jī)定義都是正確的，經(jīng)過(guò)解算之后，將會(huì)動(dòng)態(tài)地、完全逼真地顯示出萬(wàn)向搖頭風(fēng)扇在60s內(nèi)的整體運(yùn)動(dòng)狀況。但此時(shí)尚未進(jìn)行動(dòng)態(tài)干涉或碰撞檢查。
如果整體運(yùn)動(dòng)狀況與設(shè)計(jì)方案預(yù)期的效果一致（若不一致，則必定存在這樣或那樣的問(wèn)題，需要返回到裝配環(huán)境甚至建模環(huán)境中進(jìn)行仔細(xì)修改），單擊確定按鈕，系統(tǒng)將把解算結(jié)果記錄下來(lái)，可供“回放”之用。
（4）回放和導(dǎo)出視頻文件。
1）單擊右工具欄上的按鈕，彈出如圖4-16所示的“回放”對(duì)話(huà)框。系統(tǒng)自動(dòng)導(dǎo)入AnalysisDefinition1結(jié)果集，接受“影片進(jìn)度表”中系統(tǒng)默