畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于ugautocad的摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)零部件的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要III</b></p><p>　　AbstractIV</p><p><b>　　目 錄V</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p

2、><p>　　1.1 本課題研究的科學(xué)意義1</p><p>　　1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展史及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況1</p><p>　　1.3 本課題的主要內(nèi)容2</p><p>　　2 氣缸體的設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 氣缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.2 氣缸體材料的選擇

3、3</p><p>　　2.3 氣缸體參數(shù)設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.3.1 氣缸直徑4</p><p>　　2.3.2 氣缸形狀的設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.3.3 氣缸工作容積、燃燒室容積和氣缸總?cè)莘e5</p><p>　　2.3.4 壓縮比6</p><p>　　2.3

4、.5 氣缸工作內(nèi)壓力與氣缸總推力7</p><p><b>　　2.4 氣缸蓋7</b></p><p><b>　　2.5 燃燒室9</b></p><p>　　3 連桿的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 連桿的組成11</p><p>　　3.1.1 小頭

5、12</p><p>　　3.1.2 桿身12</p><p>　　3.1.3 大頭12</p><p>　　3.2 曲柄連桿比12</p><p>　　3.3 連桿承受的載荷12</p><p>　　3.4 連桿的角位移、角速度、角加速度13</p><p>　　4 活塞的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)

6、分析15</p><p>　　4.1 活塞的功用及工作條件15</p><p>　　4.2 活塞的材料16</p><p>　　4.3 活塞的主要參數(shù)16</p><p>　　4.4 活塞的運(yùn)動(dòng)分析16</p><p>　　4.4.1 活塞位移16</p><p>　　4.4.2 活

7、塞的速度17</p><p>　　4.4.3 活塞的瞬時(shí)速度18</p><p>　　4.4.4 活塞的最高速度18</p><p>　　4.4.5 活塞的平均速度19</p><p>　　4.4.6 活塞的加速度、最大加速度19</p><p>　　5 基于UG軟件的三維建模21</p>&

8、lt;p>　　5.1 UG軟件介紹21</p><p>　　5.2 UG軟件的優(yōu)勢(shì)及主要功能21</p><p>　　5.3 三維建模23</p><p>　　5.3.1 缸體的三維建模23</p><p>　　5.3.2 活塞的三維建模25</p><p>　　5.4 零件的裝配26</p&g

9、t;<p>　　5.4.1 裝配的概述26</p><p>　　5.4.2 活塞與活塞銷的轉(zhuǎn)配26</p><p><b>　　6 運(yùn)動(dòng)仿真28</b></p><p>　　6.1 運(yùn)動(dòng)仿真的簡(jiǎn)介28</p><p>　　6.2 零件裝配圖的運(yùn)動(dòng)仿真28</p><p>　

10、　7 缸體的加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)31</p><p>　　7.1 確定毛坯的制造形式31</p><p>　　7.2 氣缸體的加工工藝特點(diǎn)31</p><p>　　7.3 基準(zhǔn)的選擇31</p><p>　　7.4 制定工藝路線31</p><p>　　7.5 加工余量及切削用量的確定32</p>

11、<p>　　8 結(jié)論與展望36</p><p><b>　　8.1 結(jié)論36</b></p><p>　　8.2 不足之處及展望36</p><p><b>　　致 謝37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p>

12、<p><b>　　附 錄38</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 本課題研究的科學(xué)意義</p><p>　　摩托車[1]誕生至今已有100多年的歷史，而發(fā)動(dòng)機(jī)已成為一種不可或缺的部分。發(fā)動(dòng)機(jī)是一切機(jī)器的“心臟”，它直接影響著摩托車的運(yùn)行狀況。發(fā)動(dòng)機(jī)是一種能夠把其

13、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)）。摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)要求高，維修相對(duì)復(fù)雜，且直接影響摩托車的耗油量、排放指標(biāo)、速度、安全性能等。所以，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)、品質(zhì)、成本以及可靠性等，都對(duì)摩托車的發(fā)展起著至關(guān)重要的影響。所以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的研究具有很大的科學(xué)意義，發(fā)動(dòng)機(jī)研究的成功將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。</p>

14、<p>　　1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展史及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況</p><p>　　回顧發(fā)動(dòng)機(jī)[1]產(chǎn)生和發(fā)展的歷史，它經(jīng)歷了蒸汽機(jī)、外燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī)三個(gè)發(fā)展階段。</p><p><b>　　外燃機(jī)</b></p><p>　　外燃機(jī)，就是說(shuō)它的燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)的外部燃燒，1816年由蘇格蘭的R.斯特林所發(fā)明，故又稱斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)將這種燃燒產(chǎn)

15、生的熱能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，瓦特改良的蒸汽機(jī)就是一種典型的外燃機(jī)，當(dāng)大量的煤燃燒產(chǎn)生熱能把水加熱成大量的水蒸汽時(shí)，高壓便產(chǎn)生了，然后這種高壓又推動(dòng)機(jī)械做功，從而完成了熱能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)變。</p><p><b>　　內(nèi)燃機(jī)</b></p><p>　　明白了什么是外燃機(jī)，也就知道了什么是內(nèi)燃機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)與外燃機(jī)的最大不同之處就是在于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部燃燒。一般情況在地

16、面上使用的多是外燃機(jī)，在空中使用的多是內(nèi)燃機(jī)。當(dāng)然有些汽車制造者出于創(chuàng)造世界汽車車速新紀(jì)錄的目的，也在汽車上裝用過(guò)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，但這總是很特殊的例子，并不存在批量生產(chǎn)的適用性。</p><p><b>　　燃?xì)廨啓C(jī)</b></p><p>　　此外還有燃?xì)廨啓C(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)：是燃燒產(chǎn)生高壓燃?xì)?，利用燃?xì)獾母邏和苿?dòng)燃?xì)廨啓C(jī)的葉片旋轉(zhuǎn)，從而輸出動(dòng)力。燃?xì)廨啓C(jī)使用范

17、圍很廣，但由于很難精細(xì)地調(diào)節(jié)輸出的功率，所以汽車和摩托車很少使用燃?xì)廨啓C(jī)，只有部分賽車裝用過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)。</p><p>　　自1885年德國(guó)戴姆勒發(fā)明制造出世界上第一輛以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的摩托車以來(lái)，摩托車的發(fā)展已經(jīng)歷了100多年的滄桑巨變，原始摩托車，現(xiàn)存于德國(guó)慕尼黑科學(xué)技術(shù)博物館的真實(shí)造型，是德國(guó)人戴姆勒于1885年8月29日獲得專利發(fā)明優(yōu)先權(quán)的世界上第一輛摩托車。1930年以后，隨著科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展，對(duì)于

18、摩托車的生產(chǎn)開始采用后懸掛避凝震系統(tǒng)、機(jī)械式點(diǎn)火系統(tǒng)、鼓式機(jī)械制動(dòng)裝置、鏈條傳動(dòng)等，使摩托車又攀上了新臺(tái)階。1936，美國(guó)美國(guó)哈利公司已經(jīng)能夠產(chǎn)生更高水平的摩托車，該車采用1000ml，OHV，27.93kw雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)，最大速度可以達(dá)到150公里/小時(shí)。大排量豪華摩托車擁有先進(jìn)的汽車技術(shù)轉(zhuǎn)移到摩托車，摩托車在一個(gè)研究達(dá)到完美的境界。摩托車的發(fā)展已進(jìn)入第四階段，高峰期。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在的摩托車的發(fā)展已進(jìn)入高峰期，特別是在國(guó)外[2]

19、。</p><p>　　1951年8月以后，中國(guó)開始正式自行試制、生產(chǎn)摩托車，中國(guó)人民解放軍北京汽車制配六廠在當(dāng)時(shí)成功的完成了幾輛重型軍用摩托車的試制任務(wù)，中央軍委把這種摩托車命名為井岡山牌摩托車。井岡山牌摩托車的問(wèn)世標(biāo)志著中國(guó)摩托車從此開辟了新紀(jì)元。近十年來(lái)，我國(guó)由于引進(jìn)了大量的生產(chǎn)設(shè)備和工藝技術(shù)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的工藝制造水平有了較大的提高，除此之外在測(cè)試設(shè)備方面也較多地使用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。</p>

20、;<p>　　我國(guó)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零部件如氣缸、氣缸頭、磁電機(jī)、起動(dòng)電機(jī)、離合器、空濾器、消聲器、機(jī)油泵、變速齒輪、進(jìn)排氣閥等，在近幾年來(lái)基本上實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化大批量生產(chǎn)，質(zhì)量相對(duì)較好。但技術(shù)含量高的零部件與進(jìn)口件相比，還有一定的差距。這些零部件，不但質(zhì)量不穩(wěn)定且可靠性差，嚴(yán)重制約了發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量指標(biāo)的提高。</p><p>　　1.3 本課題的主要內(nèi)容</p><p>　　本文

21、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有缸體、連桿、活塞的設(shè)計(jì)以及缸體的加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)。對(duì)于缸體的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料的選擇、參數(shù)設(shè)計(jì)來(lái)完成，連桿的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)連桿的位移、結(jié)構(gòu)來(lái)完成，活塞的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)活塞的參數(shù)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析來(lái)完成，缸體的加工工藝規(guī)程主要是通過(guò)制定工藝路線和切削用量來(lái)完成。此外，本文還基于UG軟件對(duì)缸體、活塞等零件進(jìn)行三維建模、裝配，并對(duì)裝配圖進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。</p><p><b>

22、　　2 氣缸體的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　氣缸體的作用除形成氣缸工作容積外，還具有作活塞運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，其圓柱形空腔稱為氣缸。</p><p>　　氣缸與氣缸蓋、活塞形成工作循環(huán)的空間。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，在氣體燃燒壓力和缸壁內(nèi)外溫</p><p>　　差的作用下，氣缸體受到相當(dāng)大的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。此外，活塞組對(duì)氣缸的側(cè)壓力和滑動(dòng)摩擦，使氣缸體發(fā)生磨損。&

23、lt;/p><p>　　氣缸體的設(shè)計(jì)要求有：</p><p>　　1）要有足夠的強(qiáng)度，以承受高溫下的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。并且要確保有足夠的剛度來(lái)保證氣缸體在任何情況下都盡可能的不發(fā)生變形。 </p><p>　　2）要有很好的抗耐磨性，可以在內(nèi)表面有一定的磨紋和貯油間隙，從而可以保證可靠的潤(rùn)滑性能。

24、 </p><p>　　3)要制造簡(jiǎn)單，維修方便，價(jià)格低廉。</p><p>　　2.1 氣缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　氣缸體[3]采用單體式，曲軸箱設(shè)計(jì)成隧道式，使曲軸箱保持有一定的剛度。氣缸體的結(jié)構(gòu)為壓入式氣缸體，氣缸套為合金鑄鐵制造，壓入到鋁合金氣缸中，鑄鐵氣缸套具有較高

25、的耐磨性，鋁合金散熱片有較好的散熱效果。</p><p>　　氣缸體壁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成凹形，頂部和下部較厚、中間較薄。因?yàn)闅飧咨w上的一部分熱量需要通過(guò)氣缸上部傳遞出去，為了更好地傳熱，將氣缸上部做得厚一些，同時(shí)，作支承也減少了此處的應(yīng)力集中。氣缸蓋與氣缸體的接觸面積約為活塞頂面積的35％～40％。在下部與曲軸箱支承的地方，為了提高強(qiáng)度，避免應(yīng)力集中，用大的圓弧逐漸加厚支承凸緣。</p><p>

26、;　　散熱片沿氣缸軸線方向的布置要從最佳散熱狀態(tài)出發(fā)，上端應(yīng)盡可能接近氣缸蓋底平面開始布置，這樣可使氣缸蓋的一部分熱量通過(guò)氣缸體上的散熱片傳向外界；而下端散熱片布置到活塞在下止點(diǎn)時(shí)活塞環(huán)所在的位置，以保證活塞環(huán)有效的冷卻。散熱片沿氣缸軸線布置的長(zhǎng)度約占?xì)飧组L(zhǎng)度的45％～55％。</p><p>　　氣缸體與氣缸蓋和曲軸箱之間采用長(zhǎng)螺栓直接連接。螺栓要用柔性螺栓，螺栓的布置應(yīng)盡可能均勻，每個(gè)螺栓所負(fù)擔(dān)的壓緊面積盡可

27、能相等，并靠近氣缸外壁。</p><p>　　2.2 氣缸體材料的選擇</p><p>　　由于氣缸壁表面經(jīng)常與高溫高壓燃?xì)饨佑|，活塞在氣缸內(nèi)作高速運(yùn)動(dòng)（最高速度可達(dá)100km/s）并施加側(cè)壓力，以及氣缸壁與活塞環(huán)外圓之間反復(fù)摩擦，而其潤(rùn)滑條件較差，所以氣缸體必須耐高溫、耐高壓、耐腐蝕，還應(yīng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度。</p><p>　　在現(xiàn)實(shí)生活中，一般老式的發(fā)動(dòng)機(jī)用

28、的材料為鑄鐵，新型發(fā)動(dòng)機(jī)用的是鋁合金，鋁合金在性能方面要比鑄鐵要好很多，所以本文設(shè)計(jì)的氣缸體采用的材料為鋁合金。鋁合金重量比較輕，并且能夠提高氣缸體散熱能力。如圖2.1所示為鋁合金和鑄鐵氣缸在輸出功率方面的比較。 </p><p>　　圖2.1 鋁合金與鑄鐵氣缸輸出功率</p><p>　　此外為提高其耐磨性，對(duì)氣缸體內(nèi)表面進(jìn)行一些處理。有很多種鋁合金都比較適合于氣缸體，含Si量

29、比較低的亞共晶鋁合金，其耐熱性，耐磨性，剛性及強(qiáng)度很不理想，但為了改善其性能，我們可以利用材料強(qiáng)化法及表面改性法進(jìn)行處理。</p><p>　　亞共晶[4]或共晶系的鋁合金為了提高其耐磨性要進(jìn)行電鍍、噴鍍等表面處理技術(shù)。我國(guó)鋁合金氣缸通過(guò)鍍硬鉻以提高耐磨性已有不短的歷史，一般鍍鉻層為30—80um,硬度800以上。有些國(guó)家通過(guò)復(fù)合鍍，在Ni基體分散上SiC(Ni--SiC)以提高其耐磨性。有的公司在化學(xué)沉積Ni—

30、P層上分散上SiC與BN以提高耐磨性與耐粘著性。</p><p>　　現(xiàn)在我國(guó)廣泛使用的是ADC12鋁合金，此種合金一般采用高壓鑄造法。而日本開發(fā)利用現(xiàn)有設(shè)備的高壓鑄造過(guò)共晶鋁合金法來(lái)鑄造氣缸體。</p><p>　　2.3 氣缸體參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1 氣缸直徑</p><p>　　氣缸直徑指的是氣缸的缸筒內(nèi)徑的值，一般有

31、兩個(gè)系列，正常的情況下，設(shè)計(jì)時(shí)選擇的是第一系列進(jìn)行的。其內(nèi)徑就是活塞的外徑相當(dāng)，但是較外徑大一些。氣缸的內(nèi)徑與活塞相配合，是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要參數(shù)，許多主要的尺寸如曲柄銷直徑、氣門直徑、活塞結(jié)構(gòu)參數(shù)等，都要根據(jù)氣缸直徑來(lái)選取。</p><p><b>　　參數(shù)設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　氣缸直徑已標(biāo)準(zhǔn)化，其直徑值按一個(gè)優(yōu)先系列合一個(gè)常用系列來(lái)選取。因此本文摩托車缸徑

32、為已知條件：D=56mm。</p><p>　　2.3.2 氣缸形狀的設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞會(huì)在氣缸內(nèi)做快速往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生動(dòng)力，此時(shí)活塞與氣缸套產(chǎn)生劇烈的摩擦，從而產(chǎn)生大量的熱能，所以在設(shè)計(jì)氣缸的形狀時(shí)要充分考慮到這一點(diǎn)，所以在設(shè)計(jì)氣缸的形狀時(shí)不能把氣缸設(shè)計(jì)成一個(gè)實(shí)體，這樣就不符合科學(xué)實(shí)際。本文設(shè)計(jì)中缸體的基本尺寸是長(zhǎng)，寬，高，拔模角。如圖2.3是本文所設(shè)計(jì)的

33、形狀。</p><p><b>　　圖2.3 缸體形狀</b></p><p>　　本文在氣缸的周圍設(shè)計(jì)了一些散熱片，并且散熱片之間有一定的距離，這樣就方面于散熱。在缸體周圍的散熱片厚度，散熱片間的間距。氣缸凸出來(lái)，氣缸壁厚。</p><p>　　同時(shí)為了便于氣缸與氣墊、氣缸蓋等零件的連接，在氣缸上有一定的螺栓孔，便于連接。</p>

34、<p>　　2.3.3 氣缸工作容積、燃燒室容積和氣缸總?cè)莘e</p><p>　　上止點(diǎn)和下止點(diǎn)之間的氣缸容積，稱為氣缸工作容積（也稱為總排量），如圖2.4所示。氣缸工作容積與氣缸直徑的平方、活塞沖程的大小成正比。氣缸直徑越大、工作容積越大、發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也就增大。</p><p>　　圖2.4 氣缸燃燒室容積與工作室容積</p><p>　?。╝）燃燒

35、室容積 （b）工作室容積</p><p>　　氣缸工作容積計(jì)算公式容積為：</p><p>　　(2.1) </p><p>　　式中： ——?dú)飧坠ぷ魅莘e(ml);</p><p>　　D —— 氣缸直徑（mm）; </

36、p><p>　　S —— 活塞行程（mm）； </p><p>　　N —— 氣缸數(shù)目。</p><p>　　這里所設(shè)計(jì)的氣缸為單氣缸，所以N=1。</p><p><b>　　參數(shù)設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求的是單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣量=150ml，那么活塞行程為：</p>

37、;<p><b>　　(2.2) </b></p><p>　　本文所設(shè)計(jì)的氣缸長(zhǎng)度為138mm，能夠滿足活塞的運(yùn)動(dòng)行程。</p><p>　　同時(shí)我們又知道活塞行程s=2r。其中r為曲軸半徑，所以：</p><p><b>　　2.3.4 壓縮比</b></p><p>　　氣缸總?cè)?/p>

38、積與燃燒室容積的比值，稱為壓縮比。壓縮比表示活塞由下止點(diǎn)到上止點(diǎn)時(shí)，可燃混合氣在氣缸內(nèi)被壓縮多少倍?；钊幱谙轮裹c(diǎn)時(shí)氣缸有最大容積，用Va表示；活塞處于上止點(diǎn)時(shí)氣缸內(nèi)的容積稱為燃燒室容積，用Vc表示。壓縮比為：</p><p><b>　　(2.3)</b></p><p>　　為幾何壓縮比，它表示活塞從下止點(diǎn)移動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度?；钊挥谙轮裹c(diǎn)時(shí)進(jìn)氣

39、門或進(jìn)、排氣口尚未關(guān)閉，故有時(shí)須用有效壓縮比的概念。指內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣門(口)開始全部關(guān)閉瞬時(shí)的氣缸容積與氣缸壓縮容積之比。凡未經(jīng)特別指明的壓縮比均指幾何壓縮比。壓縮比對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能有多方面的影響。壓縮比越高，熱效率越高，但隨壓縮比的增高，熱效率增長(zhǎng)幅度越來(lái)越小。壓縮比增高使壓縮壓力、最高燃燒壓力均升高，故使內(nèi)燃機(jī)機(jī)械效率下降。汽油機(jī)壓縮比過(guò)高容易產(chǎn)生爆震。發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比過(guò)低會(huì)使壓縮終點(diǎn)溫度變低，影響冷起動(dòng)性能。壓縮比能使內(nèi)燃機(jī)排氣中有害成分

40、（如NOX、烴類、CO等）的含量發(fā)生變化。</p><p>　　本文在此處設(shè)計(jì)的壓縮比為 。</p><p>　　2.3.5 氣缸工作內(nèi)壓力與氣缸總推力</p><p>　　氣缸工作內(nèi)壓力是一個(gè)變量，隨作功行程的開始，數(shù)值急劇下降。高質(zhì)量的氣缸在跳火燃燒的瞬間，內(nèi)壓力可達(dá)3～5MPa。一般情況下，壓縮比越大，氣缸的內(nèi)壓力就越大。</p><p&g

41、t;　　氣缸總推力是指一個(gè)周期內(nèi)氣缸對(duì)外實(shí)際作功量。氣缸總推力的計(jì)算分為兩種情況。</p><p>　　1、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸總推力等于氣壓乘以活塞面積，實(shí)際中還要考慮效率系數(shù)，一般是0.3。計(jì)算公式為：</p><p><b>　　(2.4)</b></p><p>　　式中：F——?dú)夤偼屏Γ∟）；</p><p>　

42、　——?dú)飧仔剩灰话悖?.3； </p><p>　　P——?dú)飧坠ぷ鲀?nèi)壓力（MPa）；</p><p>　　D ——?dú)飧字睆剑╩m）。 </p><p>　　由前面我們已經(jīng)知道，氣缸的內(nèi)壓力在3～5MPa，在這里我們?nèi)≈虚g值，所以P取4 MPa。因此：</p><p><b>　　(取=3.14)</b></p&g

43、t;<p><b>　　2.4 氣缸蓋</b></p><p>　　氣缸蓋用來(lái)封閉氣缸并構(gòu)成燃燒室。氣缸蓋用螺柱與氣缸體－曲軸箱或氣缸體固連在一起。為了增加密封性，氣缸體和氣缸蓋之間加有氣缸襯墊。氣缸蓋在內(nèi)燃機(jī)屬于配氣機(jī)構(gòu)，主要是用來(lái)封閉氣缸上部，構(gòu)成燃燒室，并做為凸輪軸和搖臂軸還有進(jìn)排氣管的支撐，主要是把空氣吸到氣缸內(nèi)部，火花塞把可燃混合氣體點(diǎn)燃帶動(dòng)活塞做功，廢氣從排氣管排出

44、。氣缸蓋是一個(gè)負(fù)荷嚴(yán)重而結(jié)構(gòu)又十分復(fù)雜的重要機(jī)件。要求其有足夠的強(qiáng)度、良好的耐熱性；同時(shí)材料還應(yīng)具有良好的澆鑄工藝性。氣缸蓋的結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的剛性。觸火面形狀應(yīng)符合圖紙要求。有足夠圓弧過(guò)度且光潔完整。受壓面和各種道腔應(yīng)分別符合規(guī)定的壓力試驗(yàn)要求，各安裝座孔尺寸、形狀都應(yīng)符合精度要求。</p><p>　　氣缸蓋主要是通過(guò)螺栓與缸體連接，當(dāng)普通螺栓連接承受橫向載荷時(shí)，由于預(yù)緊力的作用，將在接合面間產(chǎn)生摩擦力來(lái)抵抗工作

45、載荷。這時(shí)，螺栓僅承受預(yù)緊力的作用，而且</p><p>　　預(yù)緊力不受工作載荷的影響，在連接承受工作載荷后仍保持不變。所以下面主要討論氣缸</p><p>　　蓋螺栓連接靜強(qiáng)度以及螺栓的疲勞強(qiáng)度。氣缸蓋螺栓連接靜強(qiáng)度計(jì)算公式如下[5]：</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　式中為螺栓所受

46、的預(yù)緊力，單位為N。</p><p>　　對(duì)螺栓的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核[5]：</p><p><b>　　（2.6）</b></p><p>　?。?.7） </p><p>　?。?.8） </p><p><b>　　（2.

47、9） </b></p><p>　　式中：――螺栓材料的對(duì)稱循環(huán)拉壓疲勞極限，Mpa；</p><p>　　――試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)，其值由試驗(yàn)及下式?jīng)Q定：</p><p>　?。?.10） </p><p>　　根據(jù)試驗(yàn)，對(duì)碳鋼0.1～0.2，對(duì)合金鋼0.2～0.3；&

48、lt;/p><p>　　――拉壓疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)；</p><p><b>　　S――安全系數(shù)；</b></p><p>　　――零件的疲勞極限；</p><p><b>　　――最大應(yīng)力；</b></p><p><b>　　――應(yīng)力幅。</b><

49、;/p><p><b>　　參數(shù)設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　由于有密封性，，根據(jù)去中間值法，在此處取。在前面已經(jīng)計(jì)算出,所以：</p><p>　　則 （2.11）</p><p>　　材料選用10.9級(jí)的合金鋼，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第

50、八版表5-8 螺栓、螺釘和螺柱的性能等級(jí)取，</p><p>　　靜載荷時(shí)，，所以： </p><p><b>　?。?.12） </b></p><p>　　由公式（2.5）得：</p><p>　　則 </p><p><b>　　變載

51、荷時(shí)：</b></p><p><b>　　對(duì)于合金鋼螺栓，～</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附表3-6得，,。本文取</p><p>　　由公式（2.6）得：</p><p>　　則

52、 </p><p><b>　　2.5 燃燒室</b></p><p>　　燃燒室[6]的作用在于：通過(guò)進(jìn)氣門吸入混合氣體加以壓縮、燃燒之后，再通過(guò)排氣門將燃燒過(guò)的氣體排出，燃燒室的形狀極其重要，是決定發(fā)動(dòng)機(jī)各種性能的重要因素之一。發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能，如動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排氣的成分等，都與燃燒室的形狀有關(guān)。</p>

53、<p>　　按照燃燒室的形狀，可以把燃燒室分成以下幾種類型。</p><p>　?、僭∨栊稳紵遥盒螤詈?jiǎn)單，容易布置火花塞。</p><p>　?、谛ㄐ稳紵遥簩?duì)汽油的辛烷值要求較低，容易實(shí)現(xiàn)高壓縮比。</p><p>　?、郯肭蛐稳紵遥哼M(jìn)排氣口的形狀平滑，但是火花塞的布置收到制約。</p><p>　?、芏嗲蛐稳紵遥汉桶肭?/p>

54、形燃燒室相比，火花塞的布置比較容易，而且可以布置多氣門。</p><p>　?、菸菁剐稳紵遥汉苋菀撞贾枚鄽忾T，適用于高性能發(fā)動(dòng)機(jī)。 </p><p>　　本章有關(guān)計(jì)算結(jié)果如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 氣缸相關(guān)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果</p><p><b>　　3 連桿的設(shè)計(jì)</b></p>&

55、lt;p>　　連桿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以輸出功率。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以</p><p>　　輸出功率。連桿一般情況下選用中碳合金鋼或中碳鋼，當(dāng)然除此之外也可采用低碳合金鋼模鍛成形，并且進(jìn)行機(jī)加工。</p><p>　　連桿大頭有剖分式和整體式兩種。整體式連桿倒頭相應(yīng)的曲軸采用組合式曲軸，用

56、軸承與曲柄銷相連。連桿大頭的內(nèi)孔表面有很高的關(guān)潔度，以便與連桿軸瓦（或滾針軸承）緊密結(jié)合。摩托車單缸汽油機(jī)一般采用整體式連桿，大、小頭內(nèi)分別裝有滾柱或滾針軸承。</p><p><b>　　3.1 連桿的組成</b></p><p>　　如圖3.1所示，連桿由小頭、大頭和桿身組成[6]，通常由非調(diào)質(zhì)碳素鋼、鉻鋼、鉻鉬鋼鍛造或粉末冶金鑄造而成。小頭分為兩種，一種是直接壓

57、入活塞銷：另一種是壓入襯套，且在小頭頂部或桿身上設(shè)有油孔。此外也可在大頭設(shè)有噴油孔，向缸套或活塞噴油，進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻。此時(shí)噴油孔口處要加厚或倒角，避免引起應(yīng)力集中。</p><p>　　圖3.1 連桿各部位名稱</p><p>　　大頭的尺寸取決于連桿軸頸的尺寸。通常大頭由孔中心線水平切開，裝入半圓形滑動(dòng)軸承，大頭內(nèi)攻有內(nèi)螺紋，用高強(qiáng)度螺釘連接。大頭為了準(zhǔn)確定位，通常在螺栓上設(shè)有定位銷或在

58、螺栓上增加定位結(jié)構(gòu)。最近，為了提高生產(chǎn)性和定位精度，也采用了斷口定位法，將大頭分割，取消定位銷。另外有的出于組裝需要，不分割大頭，采用滾針軸承。通常，由大頭的兩個(gè)側(cè)面和曲柄臂來(lái)確定連桿的推力方向。</p><p>　　設(shè)計(jì)連桿時(shí)，首先根據(jù)活塞、活塞銷、曲軸等確定小頭和大頭的孔徑、寬度和長(zhǎng)度。然后根據(jù)負(fù)荷分析各處強(qiáng)度，最后確定其他尺寸。</p><p><b>　　3.1.1 小頭

59、</b></p><p>　　活塞及活塞銷的慣性力、活塞銷及襯套等壓入時(shí)的圓周方向應(yīng)力等作用于小頭部位。爆發(fā)力作用于下部。先求出這些負(fù)荷，然后再確定形狀，以保證足夠強(qiáng)度。</p><p><b>　　3.1.2 桿身</b></p><p>　　爆發(fā)力引起的壓縮力、慣性力引起的拉伸力、擺動(dòng)引起中心周圍的彎矩等作用于連桿桿身。拉伸力和

60、壓縮力的最大值發(fā)生在上死點(diǎn)附近，彎矩的最大值發(fā)生在擺角最大時(shí)。</p><p><b>　　3.1.3 大頭 </b></p><p>　　為了減少對(duì)軸承產(chǎn)生的不良影響，必須對(duì)殼體剛性、安裝螺釘用锪孔處的強(qiáng)度、分割位置的開口負(fù)荷和螺釘強(qiáng)度進(jìn)行仔細(xì)分析。要提高開口負(fù)荷，主要是提高螺釘分擔(dān)負(fù)荷，將螺栓做的盡量小，用盡可能大的軸向力連接。</p><p&

61、gt;<b>　　3.2 曲柄連桿比</b></p><p>　　曲柄連桿比是指曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度之比，簡(jiǎn)稱為連桿比，用表示。由下式定義：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中：――曲柄半徑，即曲柄銷中心到曲軸中心之間的距離；</p><p>　　――連桿長(zhǎng)度，即

62、連桿大小頭軸線之間的距離。</p><p>　　連桿比不僅影響曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，而且影響發(fā)動(dòng)機(jī)的外形尺寸。值越大，連桿越矩，發(fā)動(dòng)機(jī)的總高度（立式發(fā)動(dòng)機(jī)）或總寬度（臥式發(fā)動(dòng)機(jī)）越小。對(duì)于V形發(fā)動(dòng)機(jī)，其總高度和總寬度都會(huì)減少。連桿過(guò)矩時(shí)易導(dǎo)致活塞在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與曲柄相碰。因此一般情況下現(xiàn)代摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿比，盡可能地采用矩連桿。</p><p><b>　　參數(shù)設(shè)計(jì)：</

63、b></p><p><b>　　取，那么連桿長(zhǎng)度：</b></p><p>　　3.3 連桿承受的載荷</p><p>　　連桿承受的載荷主要是氣壓力和往復(fù)慣性力產(chǎn)生的交變載荷。其基本載荷是壓縮或拉伸。對(duì)于四行程發(fā)動(dòng)機(jī)，最大拉伸載荷出現(xiàn)在進(jìn)氣行程開始的上止點(diǎn)附近，其數(shù)值主要是活塞組和連桿計(jì)算斷面以上那部分連桿質(zhì)量的往復(fù)慣性力，即：<

64、;/p><p><b>　?。?.2） </b></p><p>　　式中： －－分別為活塞組和連桿計(jì)算斷面以上那部分的質(zhì)量。 </p><p>　　最大壓縮載荷出現(xiàn)在膨脹行程開始的上止點(diǎn)附近，其數(shù)值是最大爆發(fā)壓力產(chǎn)生的推力減上述的慣性力，即：</p><p><b>　?。?.3） </b><

65、;/p><p>　　式中：－－最大爆發(fā)壓力產(chǎn)生的推力。</p><p>　　3.4 連桿的角位移、角速度、角加速度</p><p>　　對(duì)于活塞[7]中心線通過(guò)曲軸中心線的如圖3.2所示的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，曲柄半徑r與連桿長(zhǎng)度的比值如前面公式（3.1）所示。</p><p>　　圖3.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　則

66、 （3.4）</p><p>　　于是可以得到連桿的角位移 </p><p>　　當(dāng) 時(shí)，連桿角位移有最大值（取絕對(duì)值），即：</p><p><b>　　連桿的角速度:</b></p><p>

67、;<b>　?。?.5）</b></p><p>　　當(dāng)時(shí)，連桿角速度為最大值：</p><p><b>　　因?yàn)?</b></p><p>　　所以 rad/s </p><p>　　當(dāng)為90°和270°時(shí)，連桿角速度為0。<

68、;/p><p><b>　　連桿的角加速度：</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　當(dāng)和時(shí)，159270.8rad/s。</p><p>　　當(dāng)和時(shí)，連桿的角加速度為0。</p><p>　　4 活塞的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析</p>&

69、lt;p>　　活塞構(gòu)成燃燒室的一部分?；钊ㄟ^(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)將燃燒壓力轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)能量。在摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)中，活塞是第一個(gè)將燃料爆發(fā)力向外傳遞的零件，所以它也是第一個(gè)承受燃燒室內(nèi)高壓高溫強(qiáng)烈沖擊的零件。然而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)限接近于滿負(fù)荷工作時(shí)，頭部中心溫度將超過(guò)300℃，裙部的工作溫度也有150℃-180℃。鑒于活塞工作的特殊性，要求活塞具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，能承受高溫高壓，同時(shí)有較高的耐磨性、抗腐蝕性，在高溫下膨脹系數(shù)小、重量輕等。因此，摩托

70、車發(fā)動(dòng)機(jī)上的活塞材料通常采用密度小、導(dǎo)熱性能好的高硅鋁合金鑄造。本文設(shè)計(jì)的活塞如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 活塞的剖視圖</p><p>　　4.1 活塞的功用及工作條件</p><p>　　活塞是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的重要零件媒介，主要作用是承受燃燒氣體壓力和慣性</p><p>　　力，并將燃燒氣體壓力通過(guò)活塞銷傳給連桿，推動(dòng)曲

71、軸旋轉(zhuǎn)對(duì)外做功。此外，活塞又是燃燒室的組成部分。</p><p>　　活塞是內(nèi)燃機(jī)中工作條件最嚴(yán)酷的零件。作用于活塞上的氣體壓力和慣性力都是周期變化的，燃燒瞬時(shí)作用于活塞上的氣體壓力很高，如增壓內(nèi)燃機(jī)的最高燃燒壓力可達(dá)14—16MPa。而且活塞還要承受在連桿傾斜位置時(shí)側(cè)壓力的周期性沖擊作用，在氣體壓力、往復(fù)慣性力和側(cè)壓力的共同作用下，可能引起活塞變形，活塞銷座開裂，活塞側(cè)部磨損等。由此可見(jiàn)，活塞應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛

72、度，而且質(zhì)量要輕。</p><p>　　此外，活塞的運(yùn)動(dòng)速度和工作溫度高，潤(rùn)滑條件差，因此摩擦損失大，磨損嚴(yán)重。要求應(yīng)具有良好的減摩性或采取特殊的表面處理。</p><p><b>　　4.2 活塞的材料</b></p><p>　　現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)廣泛使用鋁合金活塞。鋁合金導(dǎo)熱性好（比鑄鐵大3-4倍），密度?。s為鑄鐵的1/3）。因此鋁合金活塞慣性

73、力小，工作溫度低，溫度分布均勻，對(duì)改善工作條件減少熱應(yīng)力延緩機(jī)油變質(zhì)有利。目前所使用的鋁合金中都加入適當(dāng)?shù)墓瑁栽诒疚脑O(shè)計(jì)中活塞材料采用密度小、導(dǎo)熱性能好的高硅鋁合金鑄造。</p><p>　　此外，為了提高高硅鋁合金活塞的強(qiáng)度和硬度，并穩(wěn)定形狀尺寸，必須對(duì)活塞進(jìn)行淬火和時(shí)效處理。</p><p>　　4.3 活塞的主要參數(shù)</p><p><b>　　

74、活塞缸徑為。</b></p><p><b>　　壓縮高度為。</b></p><p>　　頂岸（第一環(huán)槽至活塞頂端距離）。</p><p>　　采用三道環(huán)(其中兩道氣環(huán)，一道油環(huán))。</p><p>　　根據(jù)表4-1金屬的線性膨脹系數(shù)可知鋁的線性膨脹系數(shù)為23.2，單位1/℃。</p><

75、;p>　　表4-1 金屬的線性膨脹系數(shù)</p><p>　　4.4 活塞的運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　4.4.1 活塞位移</p><p>　　對(duì)于活塞[7]中心線過(guò)曲軸中心線的曲柄連桿機(jī)構(gòu)（如前面圖3.2所示），活塞的行程，根據(jù)活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，計(jì)算出活塞的位置隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。 </p><p>　　活塞的位移為：

76、 </p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中：－－為曲柄半徑和連桿長(zhǎng)度比，前面已經(jīng)知道；</p><p><b>　?。瓰榍S半徑，。</b></p><p>　　最大位移量為： </p><p><b>

77、;　?。?.2）</b></p><p>　　由三角函數(shù)的性質(zhì)得 </p><p>　　由牛頓二項(xiàng)式，可將展開，則</p><p>　　圖4.2 活塞速度曲線</p><p>　　在實(shí)際計(jì)算中取前兩項(xiàng)已足夠精確。則活塞的位移可寫成：</p><p>　　位移X隨角度的變化關(guān)系可以用圖像表示如圖4.2所示。由

78、圖像和公式都可以看出，曲軸轉(zhuǎn)角從和時(shí)活塞的位移值，比從和時(shí)活塞的位移值大，而且值越大，其差值也越大。</p><p>　　4.4.2 活塞的速度</p><p>　　活塞速度的精確數(shù)值為：</p><p>　?。?.3） </p><p>　　對(duì)活塞的速度也可以進(jìn)行近似計(jì)算，其近似值由對(duì)位移的近似計(jì)算式微分得到：</p&

79、gt;<p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　因此，活塞速度是兩個(gè)速度分量之和，可以看成是由和兩個(gè)簡(jiǎn)諧部分組成。其圖像如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 活塞位移與曲線的轉(zhuǎn)角關(guān)系 </p><p>　　4.4.3 活塞的瞬時(shí)速度</p><p>　　根據(jù)活塞的位移規(guī)律，對(duì)曲

80、軸轉(zhuǎn)角求導(dǎo)得到活塞的瞬時(shí)速度V隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律：</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　4.4.4 活塞的最高速度</p><p>　　當(dāng)時(shí)，此時(shí)活塞速度等于曲柄銷中心的圓周速度。但是這并不是活塞的最高速度?；钊谧罡咚俣葧r(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角可以用v對(duì)微分求極值的方式求得：</p><p>&l

81、t;b>　　可以得到：</b></p><p><b>　　解此方程得：</b></p><p>　?。?.6） </p><p>　　因?yàn)闀r(shí)是不合理的，所以方程的合理根只能取 </p><p>　　

82、由式可以看出：活塞在最大速度式的小于90°或大于270°。即活塞的最大速度出現(xiàn)在偏向上止點(diǎn)一側(cè)。</p><p>　　不同的λ值其最大速度時(shí)的值也不同，λ值越大活塞速度的最大值也越大，相應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角也偏向上止點(diǎn)一側(cè)。</p><p>　　4.4.5 活塞的平均速度</p><p>　　活塞的平均速度是壓縮機(jī)的最重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)之一，它直接反應(yīng)了往復(fù)

83、運(yùn)動(dòng)零件的高速性。曲柄旋轉(zhuǎn)一周時(shí)活塞的速度不斷發(fā)生變化，時(shí)快時(shí)慢，時(shí)正時(shí)負(fù)。</p><p>　?。?°～180°時(shí)v為正值；＝180°～360°時(shí)v為負(fù)值；＝0°、180°、360°時(shí)v＝0； ＝90°、270°時(shí)?；钊骄俣鹊谋磉_(dá)式為：</p><p><b>　　（4.7）<

84、/b></p><p>　　式中：S－－活塞行程； </p><p>　　n－－發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，本文n=3000 r/min； </p><p>　　T－－曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需要的時(shí)間。</p><p>　　活塞的平均速度雖然只能粗略地估計(jì)活塞運(yùn)動(dòng)的快慢，但它是表征發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的重要參數(shù)。它從一個(gè)方面反映樂(lè)發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化程度，同時(shí)也在一定程度上

85、放映樂(lè)活塞和氣功之間相互摩擦的強(qiáng)烈程度。隨著活塞平均速度的提高，活塞和氣功磨損加劇。</p><p><b>　　參數(shù)設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　活塞平均速度有公式（4.7）得：</p><p>　　4.4.6 活塞的加速度、最大加速度</p><p>　　根據(jù)活塞的瞬時(shí)速度規(guī)律，對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角求導(dǎo)得到活塞的加速度j

86、隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律為：</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　從公式（4.8）和公式（4.9）中，我們可以得到活塞的加速度也可以看作是兩個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)之和，如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 活塞加速度曲線<

87、;/p><p><b>　　活塞的加速度極值：</b></p><p>　　活塞加速度的極值是指活塞的最大正加速度和最大負(fù)加速度，由下式求得：</p><p>　　由此公式可以知道 或 </p><p>　　若，則或，從而相應(yīng)的加速度為：</p><p><b>　　（4.10）</

88、b></p><p>　　若，則，相應(yīng)的加速度為：</p><p>　　所以活塞的最大加速度（取絕對(duì)值）為：</p><p>　　5 基于UG軟件的三維建模</p><p>　　5.1 UG軟件介紹</p><p>　　UG[10]（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品

89、的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過(guò)程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。Unigraphics NX針對(duì)用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的需求，提供了經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的方案形式。UG同時(shí)也是用戶指南（user guide）和普遍語(yǔ)法（Universal Grammer）的縮寫；在DOTA中也被稱為幽鬼。</p><p>　　如今制造業(yè)面臨諸多的挑戰(zhàn)，我們只有通過(guò)開發(fā)產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新，要完成成本的持續(xù)縮減以及收入和利潤(rùn)

90、的逐漸增加。</p><p>　　多年來(lái)，美國(guó)通用汽車公司實(shí)施目前全球最大的虛擬產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目一直都是UGS在支持，同時(shí)Unigraphics也是日本著名汽車零部件制造商的計(jì)算機(jī)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并在全球汽車行業(yè)得到了很大的應(yīng)用。另外，UGS公司在航空領(lǐng)域也有很好的的表現(xiàn)：在美國(guó)的航空業(yè)，安裝了超過(guò)一萬(wàn)套UG軟件，并且UG軟件的利用率也比較高；在北美汽輪機(jī)市場(chǎng)，UG軟件同樣占有80%之高的市場(chǎng)；除此之外在俄羅斯航空業(yè)，UG

91、軟件同樣具有很高的市場(chǎng)，市場(chǎng)占有率達(dá)到90%以上。在其他領(lǐng)域，比如說(shuō)在發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)，UGS也占有領(lǐng)先地位，擁有如Pratt & Whitney和GE 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)公司這樣的知名客戶。</p><p>　　5.2 UG軟件的優(yōu)勢(shì)及主要功能</p><p><b>　　優(yōu)勢(shì)：</b></p><p>　　UG軟件是當(dāng)今世界上在制造業(yè)上最先進(jìn)的、

92、最全面的高端軟件?，F(xiàn)在社會(huì)中UG軟件被很多世界領(lǐng)先的制造商用來(lái)從事各個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)然UG軟件更多的是用于汽車和航空方面。</p><p><b>　　主要功能：</b></p><p><b>　?、殴I(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　⑵產(chǎn)品設(shè)計(jì)</b></p><p>

93、<b>　?、欠抡?、確認(rèn)和優(yōu)化</b></p><p><b>　?、萅C加工</b></p><p><b>　?、赡＞咴O(shè)計(jì)</b></p><p>　?、书_發(fā)解決方案 [10]</p><p><b>　　5.3 三維建模</b></p>

94、<p>　　5.3.1 缸體的三維建模</p><p>　　通過(guò)UG軟件的命令建立缸體的基本外形[11-12]，具體如圖5.1所示。</p><p><b>　　圖5.1 缸體外形</b></p><p>　　因?yàn)榛钊跉飧變?nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，所以缸體必須具有很好的散熱效果，所以缸體的散熱片的設(shè)計(jì)很重要。在UG軟件中，我們

95、可以先選擇或創(chuàng)立正確的基準(zhǔn)面。運(yùn)用命令創(chuàng)立基準(zhǔn)平面，然后再基準(zhǔn)平面上繪制草圖，繪制完草圖后退出草圖并進(jìn)行拉伸。最后結(jié)果如圖5.2所示。</p><p>　　圖5.2 散熱片的建模</p><p>　　缸體在工作時(shí)必須被固定，所以在設(shè)計(jì)缸體時(shí)要設(shè)計(jì)固定裝置。利用UG軟件的草圖、拉伸、鏡像等命令。結(jié)果如圖5.3所示。</p><p><b>　　圖5.3 固定

96、裝置</b></p><p>　　氣缸的建模，直徑，貫通于整個(gè)零件。以上所有步驟最終結(jié)果如</p><p><b>　　圖5.4所示。</b></p><p><b>　　圖5.4 缸體</b></p><p>　　5.3.2 活塞的三維建模</p><p>　　

97、活塞的作用就是在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而壓縮燃料提供動(dòng)力，所以活塞要能夠與氣缸緊密配合，在本文活塞的最大外徑D=56mm，如圖5.5所示。</p><p><b>　　圖5.5 活塞外形</b></p><p>　　活塞內(nèi)部要通過(guò)活塞銷與連桿相連接，從而連桿在曲軸的帶動(dòng)下使活塞作運(yùn)動(dòng)。所以在設(shè)計(jì)時(shí)要使活塞的內(nèi)部能夠與連桿相配合，并且要設(shè)計(jì)銷孔，以便于連接。如圖5.6所示

98、。</p><p><b>　　圖5.6 銷孔</b></p><p><b>　　5.4 零件的裝配</b></p><p>　　5.4.1 裝配的概述</p><p>　　裝配[13]是根據(jù)規(guī)定的技術(shù)要求將零件或部件進(jìn)行配合和連接，使之成為半成品或成品的工藝過(guò)程。裝配是機(jī)器制造的最后環(huán)節(jié)，直接影

99、響機(jī)器的總體性能。</p><p>　　裝配精度是產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)使用性能要求規(guī)定的、裝配時(shí)必須保證的質(zhì)量指標(biāo)。產(chǎn)品的裝配精度所包括的內(nèi)容可根據(jù)機(jī)械的工作性能來(lái)確定，一般包括：</p><p>　　⑴相互位置精度 相互位置精度是指產(chǎn)品中相關(guān)零部件間的距離精度和相互位置精度。</p><p>　?、葡鄬?duì)運(yùn)動(dòng)精度 相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度是指產(chǎn)品中有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件之間在運(yùn)動(dòng)方向

100、和相對(duì)速度上的精度。運(yùn)動(dòng)方向的精度常表現(xiàn)為部件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的平行度和垂直度。</p><p>　?、窍嗷ヅ浜暇?相互配合精度包括配合表面間的配合質(zhì)量和接觸質(zhì)量。配合質(zhì)量是零件配合表面之間達(dá)到規(guī)定的配合間隙或過(guò)盈的程度，它影響接觸強(qiáng)度，也影響配合質(zhì)量。</p><p>　　不難看出，各裝配精度間有密切的關(guān)系，相互位置精度是相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的基礎(chǔ)，相互配合精度對(duì)相對(duì)位置精度和相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的實(shí)現(xiàn)有

101、較大的影響。</p><p>　　保證裝配精度的工藝方法：</p><p>　　從保證機(jī)械產(chǎn)品精度的角度出發(fā)，常用的機(jī)械裝配方法有互換裝配法、分組裝配法、修配裝配法及調(diào)整裝配法。</p><p>　　裝配方法的具體選擇應(yīng)根據(jù)機(jī)器的使用性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和裝配精度要求，以及生產(chǎn)批量、現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)條件等因素綜合考慮。裝配尺寸鏈各環(huán)尺寸及公差需通過(guò)尺寸鏈的分析計(jì)算確定。<

102、;/p><p>　　5.4.2 活塞與活塞銷的轉(zhuǎn)配</p><p>　　活塞銷與活塞上的孔裝配時(shí)，要保證兩者之間的配合為過(guò)盈配合。本文設(shè)計(jì)的銷與孔的基本尺寸為，在冷態(tài)裝配時(shí)要求有的過(guò)盈量。所以裝配精度（過(guò)盈量）的公差。若按完全互換裝配法，將均等分配給活塞銷及銷孔，則尺寸分別為活塞銷和銷孔，精度等級(jí)相當(dāng)于級(jí)，顯然，制造很困難，也不經(jīng)濟(jì)。圖5.7為發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷與與活塞上的銷孔的裝配關(guān)系。</

103、p><p>　　圖5.7 活塞銷與活塞的裝配關(guān)系 </p><p>　　采用分組裝配法，將原來(lái)公差同方向放大4倍，銷的尺寸為，孔的尺寸為，精度等級(jí)相當(dāng)于級(jí)，制造比較容易，也比較經(jīng)濟(jì)；按實(shí)際加工尺寸分為4組,分別用不同顏色標(biāo)記。裝配時(shí)相同顏色標(biāo)記的活塞銷和銷孔相配。具體分組情況見(jiàn)表5-1。</p><p>　　表5-1 活塞銷與活塞銷孔直徑分組</p>

104、<p><b>　　6 運(yùn)動(dòng)仿真</b></p><p>　　6.1 運(yùn)動(dòng)仿真的簡(jiǎn)介</p><p>　　運(yùn)動(dòng)仿真模塊是CAE應(yīng)用軟件，用于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，分析其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。該模型可以實(shí)現(xiàn)任何二維和三維機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)于運(yùn)動(dòng)分析方案的管理及處理相關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p>　　運(yùn)動(dòng)仿真模塊可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的干涉分析，跟蹤零件

105、的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析機(jī)構(gòu)中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真功能的步驟：1、建立場(chǎng)景；2、進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模型的構(gòu)建，包括設(shè)置連桿特性，設(shè)置運(yùn)動(dòng)副；3、進(jìn)行運(yùn)動(dòng)參數(shù)的設(shè)置，同時(shí)電腦進(jìn)行解決方案的運(yùn)算并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫的輸出；4、結(jié)果的數(shù)據(jù)輸出和表格的輸出、變化曲線輸出，人為的進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的分析。</p><p>　　6.2 零件裝配圖的運(yùn)動(dòng)仿真<

106、/p><p><b>　　操作步驟如下：</b></p><p>　　單擊菜單欄【起始】→【運(yùn)動(dòng)仿真】按鈕，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)仿真模塊。</p><p>　　擊運(yùn)動(dòng)仿真工具欄區(qū)的連桿特性和運(yùn)動(dòng)副模塊中的圖標(biāo) (連桿)，系統(tǒng)將會(huì)打開【連桿特性創(chuàng)建】對(duì)話框，建立連桿特性。</p><p>　　接下來(lái)要?jiǎng)?chuàng)建運(yùn)動(dòng)副，點(diǎn)擊連桿特性和運(yùn)動(dòng)副模塊中

107、的鉸鏈連接（運(yùn)動(dòng)副）按鈕后，將彈出一個(gè)對(duì)話框要求用戶選擇鉸鏈連接的類型，如圖6.1所示。</p><p>　　圖6.1 運(yùn)動(dòng)副的建立</p><p>　　進(jìn)行運(yùn)動(dòng)參數(shù)的設(shè)置，提交運(yùn)動(dòng)仿真模型數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫的輸出和運(yùn)動(dòng)過(guò)程的控制，UG的運(yùn)動(dòng)分析類型有兩類：靜態(tài)分析和動(dòng)力學(xué)分析。在這個(gè)設(shè)計(jì)里，選用動(dòng)力學(xué)分析，如圖6.2所示，設(shè)置時(shí)間與步數(shù)。</p><p>

108、　　圖6.2 參數(shù)設(shè)置 圖6.3 動(dòng)畫示意圖</p><p>　　點(diǎn)擊命令，即可進(jìn)入動(dòng)畫演示，如圖6.3所示。</p><p>　　運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果的圖表輸出，點(diǎn)擊功能菜單區(qū)運(yùn)動(dòng)分析模塊中的生成圖表按鈕，將會(huì)生成圖表，如圖6.4所示。</p><p><b>　　圖6.4 時(shí)間表格</b>&l

109、t;/p><p>　　由圖6.4可以分析出，隨著零件的運(yùn)動(dòng)位移與時(shí)間成二次函數(shù)關(guān)系，隨著時(shí)間的增加，位移成拋物線式增長(zhǎng)。</p><p>　　點(diǎn)擊列出運(yùn)動(dòng)連接命令，可以導(dǎo)出連接信息，如圖6.5所示。</p><p><b>　　圖6.5 連接信息</b></p><p>　　7 缸體的加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)</p>

110、<p>　　7.1 確定毛坯的制造形式</p><p>　　摩托車氣缸采用單體式，要求材料能夠耐高溫、質(zhì)量輕。故缸體的材料為鋁合金，毛坯為鑄造，生產(chǎn)類型為大批量。</p><p>　　7.2 氣缸體的加工工藝特點(diǎn)</p><p>　　氣缸的主要特點(diǎn)是尺寸較大，形狀較復(fù)雜，壁薄，有若干精度要求較高的平面和孔，還有許多連接其它零件的小孔。氣缸機(jī)械加工主要的特點(diǎn)

111、是加工平面主要用銑、磨等，孔加工主要用擴(kuò)、鉸、磨等。</p><p>　　由于缸體的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此在加工過(guò)程中如何去保證各表面間的相互位置精度是重要問(wèn)題，所以在加工中通常要考慮一下問(wèn)題：</p><p>　?、倬庸さ膭澐?當(dāng)剛性好內(nèi)應(yīng)力小毛坯精度較高時(shí)，這時(shí)我們可以不劃分加工階段，可以先粗、精加工基準(zhǔn)面，然后再粗、精加工孔。但是當(dāng)粗加工能夠引起非常顯著的變形時(shí)，通常是交替進(jìn)行平面和

112、孔的加工，即先粗加工后精加工以后。一個(gè)零件雖然有很多平面要進(jìn)行加工但是面與面之間的加工精度是不同的。當(dāng)表面加工精度較高時(shí)，往往要經(jīng)過(guò)很多次的加工；當(dāng)表面加工精度低時(shí)，只需要經(jīng)過(guò)一兩次的加工就可以了。所以在制定工藝順序時(shí)，往往要抓住表面加工精度較高的這個(gè)問(wèn)題。一個(gè)零件的工藝過(guò)程通常是以某些表面的加工為中心反復(fù)進(jìn)行的，對(duì)于安排工藝順序的原則就是:基面先行，先主后次，先粗后精，先面后孔。</p><p>　?、诙ㄎ换鶞?zhǔn)

113、的選擇 選一個(gè)支撐面和兩個(gè)盡可能遠(yuǎn)的孔。</p><p><b>　　7.3 基準(zhǔn)的選擇</b></p><p>　　粗基準(zhǔn)的選擇原則[15]：</p><p>　?、偃绻仨毷紫缺ＷC工件上加工表面與不加工表面之間的位置要求，則應(yīng)以不加工表面作為基準(zhǔn)。</p><p>　　②如果必須首先保證某重要表面的加工余量均勻，

114、則應(yīng)該選擇該表面作為粗基準(zhǔn)。</p><p>　?、哿慵嫌休^多地加工表面時(shí)，為使各加工表面得到足夠的加工余量，應(yīng)選擇毛坯上加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。</p><p>　　精基準(zhǔn)的選擇原則[15]：</p><p>　?、倩鶞?zhǔn)重合原則；②基準(zhǔn)統(tǒng)一原則；③互為基準(zhǔn)原則；④自為基準(zhǔn)原則。</p><p>　　7.4 制定工藝路線</p&

115、gt;<p>　　因?yàn)楦左w的精度要求較高，所以加工階段分為：粗加工階段，精加工階段。加工中包括銑、磨、擴(kuò)、鉸等。</p><p><b>　　加工工藝路線如下：</b></p><p>　　工序1：備料、鑄造 鑄造、清理</p><p>　　工序2：熱處理

116、 時(shí)效處理</p><p>　　工序3：粗、半精銑外圓</p><p>　　工序4：粗、精銑上頂面</p><p>　　工序5：粗、精磨上頂面</p><p>　　工序6：粗、精銑下底面</p><p>　　工序7：粗、精磨下底面</p><p>　　工序8：粗、精鏜的孔

117、 </p><p><b>　　工序9：擴(kuò)的孔</b></p><p><b>　　工序10：鉸的孔</b></p><p><b>　　工序11：擴(kuò)的孔</b></p><p><b>　　工序12：鉸的孔</b></p><

118、;p><b>　　工序13：去毛刺</b></p><p>　　工序14：檢測(cè)入庫(kù) 入庫(kù)時(shí)涂上一層油</p><p>　　7.5 加工余量及切削用量的確定</p><p>　　機(jī)械加工余量[17]對(duì)工藝過(guò)程有一定的影響，余量不夠，不能保證零件的加工質(zhì)量，余量過(guò)大，不但增加機(jī)械加工勞動(dòng)量，而且增加了

119、材料、刀具、能源的消耗，從而增加了成本，所以必須合理地安排加工余量。</p><p>　　綜合考慮書《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》關(guān)于加工余量的確定方面的知識(shí)，本文設(shè)定上頂面與下底面的加工余量為4mm，的孔的余量為5.5mm，的孔的加工余量為2mm，的孔的加工余量為2mm，外圓的加工余量為3mm。</p><p>　　切削用量是指切削速度、進(jìn)給量(或進(jìn)給速度)和背吃刀量(切削深度)，三者又稱為

120、切削用量三要素。</p><p>　　基本工時(shí)是機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間的和。其中，機(jī)動(dòng)時(shí)間為切削工件的時(shí)間，而輔助工時(shí)是為保證基本工藝過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，必須進(jìn)行的各種輔助性操作所消耗的時(shí)間，如機(jī)械加工工序中裝卸工件、進(jìn)退刀、測(cè)量、自檢、轉(zhuǎn)換刀架、開停車等。</p><p>　　由于現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的性能也越來(lái)越優(yōu)異，為了節(jié)約時(shí)間，上述加工工序可以在盡可能少的機(jī)床上完成。</p>&

121、lt;p>　　工序3 ：在粗銑、半精銑外圓時(shí)，銑床選用X5012銑床，刀具為的硬質(zhì)合金銑刀。</p><p><b>　?、糯帚娡鈭A時(shí)</b></p><p>　　根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表4-58確定進(jìn)給量，，，，則轉(zhuǎn)速為：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p&g