柴油機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　學(xué) 士 學(xué) 位 論 文</p><p>　　THESIS OF BACHELOR</p><p>　　（2008—2012年）</p><p>　　題 目 JX493ZLQ3A柴油機(jī)概念設(shè)計(jì)及其仿真分析</p><p>　　學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 系 動(dòng)力系 </p>&

2、lt;p>　　專 業(yè)： 熱能與動(dòng)力工程 </p><p>　　班 級(jí)： 082班 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名：

3、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　起訖日期： 2012年2月13日至2012年5月15日 </p><p>　　JX493ZLQ3A柴油機(jī)概念設(shè)計(jì)及其仿真分析</p><p><b>　　摘要</b><

4、/p><p>　　眾所周知，相比汽油機(jī)，柴油機(jī)具有燃油消耗率低（平均比汽油機(jī)低30%），而且柴油價(jià)格較低，所以燃油經(jīng)濟(jì)性較好；同時(shí)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速一般比汽油機(jī)的低，扭矩要比汽油機(jī)大，但其質(zhì)量大、工作時(shí)噪音大，制造和維護(hù)費(fèi)用高，同時(shí)排放也比汽油機(jī)差。但隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，柴油機(jī)的這些缺點(diǎn)正逐漸的被克服，現(xiàn)在的部分高級(jí)轎車已經(jīng)開始使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)了。</p><p>　　本課題的研究?jī)?nèi)容主要是對(duì)JX49

5、3系列柴油機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，以便延續(xù)其生命力以及更好的為人們服務(wù)。在滿足一系列性能指標(biāo)的前提下進(jìn)行JX493ZLQ3A柴油機(jī)的概念設(shè)計(jì)。</p><p>　　在柴油機(jī)的概念設(shè)計(jì)中，首先通過復(fù)習(xí)自己在專業(yè)課程中學(xué)習(xí)的柴油機(jī)相關(guān)知識(shí)，再結(jié)合從網(wǎng)絡(luò)及圖書館查閱到的柴油機(jī)發(fā)展及研究的相關(guān)資料，對(duì)于柴油機(jī)有了充分的理解。然后在JX493縱橫剖面圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)JX493ZLQ3A柴油機(jī)所需滿足的性能要求確定出柴油機(jī)的總體布置

6、方案。</p><p>　　在用軟件CATIA進(jìn)行簡(jiǎn)要三維造型的過程中，其中的數(shù)據(jù)主要是通過查閱柴油機(jī)手冊(cè)和內(nèi)燃機(jī)學(xué)中的規(guī)定范圍進(jìn)行計(jì)算獲取。該柴油機(jī)的縱橫剖面圖由CAD繪制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：柴油機(jī)、設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)分析、CATIA</p><p>　　JX493ZLQ3A diesel engine conceptual design and simula

7、tion analysis</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　We all know, compared to the gasoline engine, diesel engine with low fuel consumption (30% lower on average than gasoline), and lower

8、the price of diesel, so fuel economy is good; engine speed is generally lower than gasoline.Torque than gasoline, but its quality, noise at work, manufacturing, and high maintenance costs, while emissions than gasoline.

9、 With the development of modern technology, these shortcomings of the diesel engine is gradually being overcome, now part of the limousine has alr</p><p>　　The contents of this subject is mainly JX493 series

10、 diesel engine to improve the design, in order to continue its vitality and better services for the people. Satisfy a set of performance indicators under the premise of the conceptual design of the JX493ZLQ3A Diesel.<

11、/p><p>　　The conceptual design of diesel engines, diesel-related knowledge through learning in professional courses before the review, combined with access to the diesel engine development and research informat

12、ion from the network and libraries, the diesel engine has been fully understood. And then on the basis of the JX493ZQ vertical and horizontal sections, the JX493ZLQ3A diesel engines required to meet the performance requi

13、rements to determine a diesel engine's overall layout scheme.</p><p>　　Which the data is calculated to obtain access to the scope of the provisions of the diesel manual and internal combustion engines, i

14、n a brief three-dimensional modeling software CATIA. Aspect of the diesel profile from the CAD drawing.</p><p>　　Keywords: Diesel、design、 motion analysis、CATIA </p><p><b>　　目錄</b><

15、;/p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)：1<

16、;/p><p>　　1.2.1國(guó)外柴油機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展1</p><p>　　1.2.2我國(guó)柴油機(jī)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展3</p><p>　　1.3本課題研究?jī)?nèi)容4</p><p>　　第二章 柴油機(jī)主要零件設(shè)計(jì)5</p><p><b>　　2.1活塞組5</b></p>&l

17、t;p>　　2.1.1 活塞設(shè)計(jì)要求5</p><p>　　2.1.2活塞主要設(shè)計(jì)尺寸5</p><p><b>　　2.2連桿組8</b></p><p>　　2.2.1連桿的設(shè)計(jì)要求8</p><p>　　2.2.2連桿的主要設(shè)計(jì)尺寸8</p><p><b>　　2

18、.3曲軸組10</b></p><p>　　2.3.1曲軸設(shè)計(jì)要求10</p><p>　　第三章JX493ZLQ3A型柴油機(jī)的總體布置12</p><p>　　3.1凸輪軸的布置12</p><p>　　3.2氣缸套的布置12</p><p>　　3.3噴油泵的布置13</p>

19、<p>　　3.4齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置13</p><p>　　3.5機(jī)油泵的布置13</p><p>　　3.6水泵（包括風(fēng)扇）的布置14</p><p>　　3.7進(jìn)排氣管的布置14</p><p>　　3.8渦輪增壓器及中冷器的布置15</p><p>　　第四章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)三維造型16&l

20、t;/p><p>　　4.1CATIA簡(jiǎn)介16</p><p>　　4.2利用CATIA進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法16</p><p>　　4.2.1草圖設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.2.2生成三維零件毛坯17</p><p>　　4.2.3完成三維造型17</p><p>　　4.3三維造型的簡(jiǎn)

21、要說明17</p><p>　　4.3.1活塞造型17</p><p>　　4.3.2連桿造型19</p><p>　　4.3.2曲軸造型21</p><p>　　第五章 裝配和運(yùn)動(dòng)干涉分析23</p><p>　　5.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)裝配情況的簡(jiǎn)要說明23</p><p>　　5.2

22、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的干涉分析24</p><p>　　5.2.1靜態(tài)分析24</p><p>　　5.2.2動(dòng)態(tài)分析28</p><p>　　5.3曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真31</p><p><b>　　結(jié)論35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b>

23、</p><p><b>　　致謝37</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)石油的需求量也不斷增加，畢竟石油資源有限，所以全世界的汽車受節(jié)能要求的推動(dòng)，日益向柴

24、油化發(fā)展。尤其在石油稀缺的西歐不僅是重型貨車。大型客車應(yīng)用柴油機(jī)，甚至小轎車上也越來越多的應(yīng)用柴油機(jī)。</p><p>　　JX493系列柴油機(jī)是江鈴汽車股份有限公司九十年代消化吸引日本五十鈴4J系列柴油機(jī)先進(jìn)技術(shù)，采用國(guó)際先進(jìn)的制造工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品，由于其可靠性和經(jīng)濟(jì)性突出，深受用戶歡迎。但隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，JX493系列柴油機(jī)已逐步顯現(xiàn)出其落后的態(tài)勢(shì)，因此，有必要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，以便延續(xù)其生命力。&

25、lt;/p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)：</p><p>　　1.2.1國(guó)外柴油機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展</p><p>　　現(xiàn)代的調(diào)整高性能柴油機(jī)由于熱效率比汽油機(jī)高、污染物排放比汽油機(jī)少， 作為汽車動(dòng)力應(yīng)用日益廣泛。西歐國(guó)家不但載貨汽車和客車使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)， 而且轎車采用柴油機(jī)的比例也相當(dāng)大。最近， 美國(guó)聯(lián)邦政府能源部和以美國(guó)三大汽車公司為代表的美國(guó)汽車研

26、究所理事會(huì)正在開發(fā)新一代經(jīng)濟(jì)型轎車同樣將柴油機(jī)作為動(dòng)力配置。 經(jīng)過多年的研究、大量新技術(shù)的應(yīng)用，柴油機(jī)最大的問題煙度和噪聲取得重大突破，達(dá)到了汽油機(jī)的水平。 下面是國(guó)外柴油機(jī)應(yīng)用的一些先進(jìn)技術(shù)：</p><p>　　（一）共軌與四氣門技術(shù)</p><p>　　國(guó)外柴油機(jī)目前一般采用共軌新技術(shù)、四氣門技術(shù)和渦輪增壓中冷技術(shù)相結(jié)合， 使發(fā)動(dòng)機(jī)在性能和排放限值方面取得較好的成效，能滿足歐3排放限

27、值法規(guī)的要求。</p><p>　　四氣門結(jié)構(gòu)（二進(jìn)氣二排氣）不僅可以提高充氣效率，更由于噴油嘴可以居中布置， 使多孔油束均勻分布，可為燃油和空氣的良好混合創(chuàng)造條件；同時(shí)， 可以在四氣門缸蓋上將進(jìn)氣道設(shè)計(jì)成兩個(gè)獨(dú)立的具有為同形狀的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)可變渦流。 這些因素的協(xié)調(diào)配合，可大大提高混合氣的形成質(zhì)量（品質(zhì)），有效降低碳煙顆粒、HC 和 NOX 排放并提高熱效率。</p><p>　?。ǘ?/p>

28、高壓噴射和電控噴射技術(shù)</p><p>　　高壓噴射和電控噴射技術(shù)是目前國(guó)外降低柴油機(jī)排放的重要措施之一， 高壓噴射和電控噴射技術(shù)的有效采用，可使燃油充分霧化，各缸的燃油和空氣混合達(dá)到最佳， 從而降低排放，提高整機(jī)（車）性能。</p><p><b>　　（三）增壓中冷技術(shù)</b></p><p>　　采用渦輪增壓增加柴油機(jī)的空氣量，提高燃燒的

29、過量空氣因數(shù)是降低大負(fù)荷工況排氣煙度、 PM 排放量以及燃油消耗的有效措施。有效的空——空中冷系統(tǒng)，可使增壓空氣溫度下降到50℃以下， 工作循環(huán)溫度的下降有助于NOX的低排放和PM的下降，故目前重型車用柴油機(jī)都普遍是增壓中冷型， 不僅有助于低排放而且燃油經(jīng)濟(jì)性良好。此外，渦輪前排氣旁通閥的應(yīng)用，不僅能降低PM和CO排放， 還可以改善渦輪增壓柴油機(jī)的瞬態(tài)性能和低速扭矩。</p><p>　　（四）排氣再循環(huán)（EGR

30、）技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　EGR 是目前發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)中普遍采用的技術(shù)，其工作原理是將少量廢氣引入氣缸內(nèi)， 這種不可再燃燒的 CO2 及水蒸汽廢氣的熱容量較大，能使燃燒過程的著火延遲期增加，燃燒速率變慢， 缸內(nèi)最高燃燒溫度下降，破壞 NOX 的生成條件。EGR技術(shù)可使機(jī)動(dòng)車NOX排放明顯降低， 但對(duì)重型車用柴油機(jī)而言，目前傾向于使用中冷EGR技術(shù)，因?yàn)槠洳粌H能明顯降低NOX， 還能保持其他污染物的低水

31、平。</p><p><b>　?。ㄎ澹┖筇幚砑夹g(shù)</b></p><p>　　柴油機(jī)后處理的目標(biāo)是進(jìn)一步改善PM和NOX的排放。 目前主要采用加裝氧化型催化轉(zhuǎn)化器和研究開發(fā) NOX 催化轉(zhuǎn)化器以及具有良好再生能力的微粒捕集器。</p><p><b>　?。┎裼?lt;/b></p><p>　　柴

32、油的生產(chǎn)和貯存條件，是保證柴油發(fā)動(dòng)機(jī)（車）正常運(yùn)轉(zhuǎn)延長(zhǎng)使用壽命和保持低排放的重要保證。 例如瑞典的一級(jí)柴油使用中可減少CO排放達(dá)54%，HC 和 NOX 排放達(dá)10%，PM 排放減少14%～47%。 發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍使用燃料清凈劑，既能節(jié)省燃料，又能清除積碳、降低排放。</p><p>　?。ㄆ撸┤榛裼偷膽?yīng)用</p><p>　　柴油加水摻合乳化劑，使其形成較為穩(wěn)定的含水乳化柴油， 這類改

33、進(jìn)型燃料的使用可明顯降低柴油機(jī)（車）的排放，尤其是NOX和PM。目前美國(guó)報(bào)道這方面進(jìn)展較多， 我國(guó)也在這方面進(jìn)行研究，且已取得可喜進(jìn)展。加水20%乳化柴油（70天不分層）， 在大型柴油機(jī)上100%負(fù)載工況下，功率不減，節(jié)油明顯，動(dòng)力輸出比柴油上升4.3%， 且煙度和NOX排放下降明顯。然而，盡管這項(xiàng)技術(shù)對(duì)低排放有好處，但其潛在的問題如水結(jié)冰、 水對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的腐蝕等問題尚待解決。</p><p><b>　

34、?。ò耍┙档蜋C(jī)油消耗</b></p><p>　　柴油機(jī)排放的顆粒物中，有相當(dāng)一部分來自餾分較重的機(jī)油的燃燒。 為了滿足日益嚴(yán)格的柴油機(jī)（車）排放限值標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須把來自機(jī)油的燃燒降至最低限度， 即在保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，最大限度地減少機(jī)油的消耗。為了降低柴油機(jī)的機(jī)油消耗， 活塞環(huán)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造及缸套間的科學(xué)配置非常重要。</p><p>　　1.2.2我國(guó)柴油機(jī)產(chǎn)業(yè)

35、的現(xiàn)狀與發(fā)展</p><p>　　我國(guó)柴油機(jī)產(chǎn)業(yè)自20世紀(jì)80年代以來有了較快的發(fā)展， 隨著一批先進(jìn)機(jī)型和技術(shù)的引進(jìn)，我國(guó)柴油機(jī)總體技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到國(guó)外80年代末90年代初水平， 一些國(guó)外柴油機(jī)近幾年開始采用的排放控制技術(shù)在少數(shù)國(guó)產(chǎn)柴油機(jī)上也有應(yīng)用。 最新開發(fā)投產(chǎn)的柴油機(jī)產(chǎn)品的排放水平已經(jīng)達(dá)到歐1排放限值要求，一些甚至可以達(dá)到歐2排放限值要求。 但我國(guó)柴油機(jī)產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展仍然面臨著許多問題。</p>

36、<p>　?。ㄒ唬┪覈?guó)重型柴油車的產(chǎn)量在逐年增加，中型、輕型車柴油化步伐也在加快，但在微型汽車、 轎車領(lǐng)域，柴油車所占比例仍為零。而另一方面，我國(guó)中型柴油機(jī)市場(chǎng)已呈現(xiàn)供大于求， 輕型柴油機(jī)市場(chǎng)也趨向飽和，但骨干企業(yè)正在生產(chǎn)的多數(shù)產(chǎn)品從技術(shù)角度已應(yīng)是淘汰產(chǎn)品，發(fā)展?jié)摿Σ淮蟆?lt;/p><p>　?。ǘ┎裼蜋C(jī)行業(yè)投入不足，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)工藝水平、規(guī)模發(fā)展和自主開發(fā)能力的提高。 現(xiàn)在，我國(guó)柴油機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)薄弱

37、，整體技術(shù)水平落后于國(guó)際先進(jìn)水平10至20年， 也落后于國(guó)內(nèi)車用汽油機(jī)的發(fā)展，還不具備完整的全新柴油機(jī)產(chǎn)品和關(guān)鍵零部件開發(fā)能力。 許多國(guó)外已經(jīng)普遍采用的技術(shù)在我國(guó)仍處于研究階段，有些甚至仍是空白。</p><p>　?。ㄈ┪覈?guó)柴油機(jī)技術(shù)的落后、產(chǎn)品質(zhì)量差以及車輛使用中維修保養(yǎng)措施不力，導(dǎo)致低性能、 高排放柴油車在使用中對(duì)城市環(huán)境和大氣質(zhì)量造成不良影響，使社會(huì)產(chǎn)生"厭柴"心理。</p&g

38、t;<p>　　（四）柴油品質(zhì)差、柴油標(biāo)準(zhǔn)的制修訂嚴(yán)重滯后于汽車工業(yè)發(fā)展的需要，對(duì)柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及各種新技術(shù)、 改善柴油機(jī)排放措施的應(yīng)用造成障礙</p><p>　　1.3本課題研究?jī)?nèi)容</p><p>　　在進(jìn)行柴油機(jī)的概念設(shè)計(jì)時(shí)，首先要充分掌握三維設(shè)計(jì)軟件的一些必要的制圖操作以及規(guī)則；其次要理解柴油機(jī)的整體結(jié)構(gòu)以及曲軸、連桿、活塞等重要部件，準(zhǔn)確把握各部分之間的關(guān)系，

39、然后對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要三維造型，并進(jìn)行裝配和運(yùn)動(dòng)干涉分析。</p><p>　　在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)，JX493ZLQ3A柴油機(jī)應(yīng)滿足的性能要求有：</p><p><b>　　進(jìn)氣方式:增壓 ；</b></p><p>　　柴油機(jī)類型:水冷四沖程直列式頂置式氣門 ；</p><p>　　氣缸數(shù)－缸徑×沖程:4-93mm

40、×102mm ；排氣量:2.771cc ；</p><p>　　壓縮比:17.5 ；</p><p>　　燃燒形式:直接噴射；</p><p>　　潤(rùn)滑方式:壓力循環(huán)飛濺復(fù)合式 ；</p><p>　　冷卻方式:閉式壓力循環(huán) ；</p><p>　　起動(dòng)方式:電啟動(dòng) ；</p><p>

41、;　　輸出功率:75千瓦/3600 轉(zhuǎn)；</p><p>　　最大扭矩:240牛米/2200轉(zhuǎn)；</p><p><b>　　怠速:750轉(zhuǎn)；</b></p><p>　　最大空轉(zhuǎn):4200轉(zhuǎn)；</p><p>　　全負(fù)荷最低燃油消耗率:230g/kwh ；</p><p>　　冷起動(dòng)溫度:-25

42、℃ ；</p><p>　　排氣溫度:<600℃；</p><p>　　噪聲:最大 106dB 分貝；</p><p><b>　　排放達(dá)歐－III。</b></p><p>　　在滿足以上性能的前提下進(jìn)行柴油機(jī)的概念設(shè)計(jì)。</p><p>　　第二章 柴油機(jī)主要零件設(shè)計(jì)</p>

43、<p><b>　　2.1活塞組</b></p><p>　　活塞組包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷等，活塞是柴油機(jī)中的重要組件。正是由于活塞高效可靠的工作，才使活塞在柴油機(jī)中具有旺盛的生命力。</p><p>　　2.1.1 活塞設(shè)計(jì)要求</p><p>　　根據(jù)活塞的工作條件，在進(jìn)行活塞設(shè)計(jì)時(shí)首先要求：</p><

44、p>　　1）選用熱強(qiáng)度好，散熱性好，膨脹系數(shù)小，耐磨、有良好減磨性和工藝性的材料。</p><p>　　2）形狀和壁厚合理，吸熱少，散熱好，強(qiáng)度、剛度符合要求，盡量避免應(yīng)力集中，與缸套有最佳的配合間隙。</p><p>　　3) 密封性好，摩擦損失少。</p><p><b>　　4）重量輕。</b></p><p&g

45、t;　　2.1.2活塞主要設(shè)計(jì)尺寸</p><p>　　中小功率高速柴油機(jī)最常用的是整體鑄造的鋁合金活塞。圖2.1給出了整體式鋁合金活塞的主要尺寸，表2-1是它的統(tǒng)計(jì)范圍（以缸徑D為基準(zhǔn)）以及最終取值。為了使柴油機(jī)整體結(jié)構(gòu)緊湊，減小整機(jī)高度和質(zhì)量，減小往復(fù)慣性力，活塞總高度H、特別是壓縮高度H1應(yīng)盡可能減小。</p><p><b>　　活塞高度H</b></p

46、><p>　　活塞高度取決于下列因素：</p><p>　　對(duì)柴油機(jī)高度尺寸的要求（與柴油機(jī)用途有關(guān)）；</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速n；</b></p><p><b>　　燃燒室形狀及尺寸；</b></p><p><b>　　活塞裙部承壓面積；</b&g

47、t;</p><p>　　應(yīng)在保證結(jié)構(gòu)布置合理和所需的承壓面積條件下，盡量選擇較小的活塞高度。H的選取見表2-1。</p><p>　　圖2.1 整體式鋁合金活塞</p><p>　　表2-1 活塞的主要尺寸比例及最終取值</p><p><b>　　2.壓縮高度H1</b></p><p>　　

48、壓縮高度H1決定活塞銷的位置。H1取決于第一道活塞環(huán)至頂面的距離h、環(huán)帶高度H5（H5又決定于活塞環(huán)的數(shù)目及高度）及上裙高度H4。在保證氣環(huán)良好工作的條件下，縮短H1，以力求降低整機(jī)的高度尺寸 。H1的選取見表2-1。</p><p><b>　　3.火力岸高度h</b></p><p>　　1）h越小，第一道環(huán)本身的熱負(fù)荷也越高。應(yīng)根據(jù)熱負(fù)荷及活塞冷卻狀況確定h，使

49、第一道環(huán)的工作溫度不超過允許極限（180~220℃）。</p><p>　　2）在保證第一道環(huán)工作可靠的條件下，盡量縮小h，以力求降低活塞高度和質(zhì)量。h的選取見表2-1。</p><p>　　4.活塞環(huán)的數(shù)目及排列</p><p>　　高速柴油機(jī)的活塞環(huán)數(shù)目一般為：氣環(huán)2~3道，油環(huán)1~2道；本設(shè)計(jì)采用2道氣環(huán)，1道油環(huán)，圖2.2給出了活塞環(huán)主要尺寸，其高度來源于柴

50、油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)上冊(cè)圖7-9高速柴油機(jī)鋁活塞的尺寸示例，氣環(huán)b氣/D=0.024故選b氣=2；油環(huán)b油/h=0.04故選b油=4深度選取為D/t=23~25故選t=4。</p><p>　　圖2.2 作用在活塞環(huán)上的力以及其尺寸</p><p><b>　　5.環(huán)岸高度</b></p><p>　　1）第一環(huán)岸（第一道氣環(huán)下面的環(huán)岸）溫度較高，承受

51、的氣體壓力最大，又容易受環(huán)的沖擊而斷裂。所以第一環(huán)岸高度h1一般比其余環(huán)岸高度要大一些。</p><p>　　2）必須保證環(huán)岸有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。環(huán)岸高度見下表</p><p><b>　　表2-2 環(huán)岸高度</b></p><p><b>　　6.活塞頂部厚度＆</b></p><p>　?。κ歉鶕?jù)

52、活塞頂部應(yīng)力、剛度及散熱要求來決定的，小型高速柴油機(jī)的鋁活塞，如果滿足頂部有足夠的傳熱截面，則頂部的機(jī)械強(qiáng)度一般也是足夠的。熱應(yīng)力隨活塞厚度增加而增大，活塞頂厚度只要厚到承受燃?xì)鈮毫纯?。取值范圍是?D=0.04~0.08取值為＆=7。</p><p><b>　　7.裙部長(zhǎng)度H2</b></p><p>　　1）選取H2應(yīng)使裙部比壓在許可范圍之內(nèi)；</p&g

53、t;<p>　　2）上、下裙長(zhǎng)應(yīng)有恰當(dāng)?shù)谋壤?，上裙長(zhǎng)度H4過小，易產(chǎn)生尖峰負(fù)荷造成活塞拉毛及擦傷。一般的比例如下：H3=(0.6~0.75)H2(H2的選取見表2-1)</p><p><b>　　8.裙部壁厚＆0</b></p><p>　　鋁活塞裙部最小壁厚一般為（0.03~0.06）D。薄壁裙部對(duì)減小活塞重量有利，但又需保證裙部有足夠的剛性，則可設(shè)

54、置加強(qiáng)筋。故＆0取5。</p><p>　　9.活塞銷直徑d和銷座間隔b</p><p>　　d和D的選擇主要是考慮活塞銷座的承壓力及活塞銷的剛度問題，應(yīng)滿足下列要求：</p><p>　　1）保證銷座比壓和連桿小頭軸承比壓的平均比壓均在允許范圍之內(nèi)。</p><p>　　2）d的選取應(yīng)保證活塞的變形在許可范圍內(nèi)。d的取值見表2-1，銷座間距

55、b/D=0.35~0.42故取b=37。</p><p><b>　　2.2連桿組</b></p><p>　　2.2.1連桿的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，可靠耐用。</p><p>　　2）在保證具有足夠強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減輕質(zhì)量，以降低慣性力。</p><p>

56、;　　3）盡量縮短長(zhǎng)度，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的總體尺寸和總質(zhì)量。</p><p>　　4）大小頭軸承工作可靠，耐磨性好。</p><p>　　5）連桿螺栓疲勞強(qiáng)度高，連接可靠。</p><p>　　6）易于制造，成本低。</p><p>　　2.2.2連桿的主要設(shè)計(jì)尺寸</p><p>　　2-3連桿主要尺寸表</p&g

57、t;<p>　　圖2.3 高速柴油機(jī)連桿基本參數(shù)</p><p><b>　　1.連桿長(zhǎng)度l</b></p><p>　　連桿長(zhǎng)度l與結(jié)構(gòu)參數(shù) λ=R/l（R為曲柄半徑）。連桿長(zhǎng)度越短，即λ越大，則可降低發(fā)動(dòng)機(jī)高度，減輕運(yùn)動(dòng)件重量和整機(jī)重量，對(duì)高速化有利，但增加曲軸平衡塊與活塞、氣缸套相碰的可能性。根據(jù)總體設(shè)計(jì)確定的連桿長(zhǎng)度見表2-3。</p>

58、;<p>　　2.連桿小頭結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　小頭主要尺寸為連桿襯套內(nèi)徑d1和小頭寬度B1 。B1取決于活塞銷座間距b與連桿小頭的端面間隙△，即B1=b-△。具體取值見表2-3。</p><p><b>　　3.連桿桿身</b></p><p>　　高速柴油機(jī)連桿桿身廣泛采用工字形截面。工字形截面桿身尺寸根據(jù)表2-3和圖

59、2.4選取。</p><p><b>　　4.連桿大頭</b></p><p>　　連桿大頭多采用平切口結(jié)構(gòu)，它形狀簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠。不過，從柴油機(jī)的拆裝方便性出發(fā)，要求連桿大頭在拆卸連桿蓋后能通過氣缸孔，即B0<D0。實(shí)踐表明，當(dāng)曲柄銷直徑超過0.65D時(shí)，具有足夠強(qiáng)度的平切口連桿大頭就不能滿足上述要求。本設(shè)計(jì)曲柄銷直徑55/93=0.59<0

60、.65，故選平切口。</p><p>　　連桿大頭尺寸主要取決于曲柄銷直徑D2、長(zhǎng)度L2及連桿軸瓦厚度δ1和連桿螺栓直徑dm。D2、L2、δ1等尺寸，由曲軸設(shè)計(jì)決定，dm則根據(jù)強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)。連桿螺栓孔中心線應(yīng)盡量靠近軸瓦，連桿螺栓孔中心距C見表2-3，螺孔外側(cè)邊厚不小于2~4mm。連桿大頭高度H3、H4對(duì)大頭的剛度影響較大，平切口連桿其一般范圍為：H3=(0.41~0.58)D2 H4=(0.41~0.58)D

61、2 本設(shè)計(jì)選取H3=H4=25。</p><p>　　圖2.4 連桿桿身截面形狀和尺寸</p><p><b>　　2.3曲軸組</b></p><p>　　2.3.1曲軸設(shè)計(jì)要求</p><p>　　1）具有足夠的疲勞強(qiáng)度，以保證曲軸工作可靠。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減小應(yīng)力集中，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)。</p><p

62、>　　2）具有足夠的剛度，使曲軸變形不致過大，以免惡化活塞連桿組及軸承的工作條件，同時(shí)應(yīng)避免在工作范圍內(nèi)出現(xiàn)共振，以防產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)、橫向和軸向的附加應(yīng)力。</p><p>　　3）軸頸具有良好的耐磨性。應(yīng)根據(jù)軸頸比壓，選取適當(dāng)?shù)妮S承材料、軸頸硬度和加工精度，以保證曲軸和軸承有足夠的壽命。</p><p>　　4）曲軸排列應(yīng)合理，以保證柴油機(jī)工作均勻；曲軸平衡性良好，以減小振動(dòng)和主軸

63、承最大負(fù)荷。</p><p>　　5）材料選擇適當(dāng)，以充分發(fā)揮材料強(qiáng)度潛力。</p><p>　　2.2.2曲軸設(shè)計(jì)尺寸</p><p>　　曲軸尺寸中最值得關(guān)注的是曲柄銷直徑dcp和曲柄臂厚度hcw。dcp增大使連桿軸承比壓減小，曲軸剛度和強(qiáng)度提高，但同時(shí)使連桿尺寸增大，曲軸旋轉(zhuǎn)質(zhì)量增大，平衡塊隨之加大，是曲軸扭振頻率下降。主軸頸直徑dcj增大特別有利于曲軸扭振剛

64、度的提高，而且沒有加大連桿和平衡塊等副作用，但對(duì)加強(qiáng)最關(guān)鍵的曲柄銷強(qiáng)度和改善負(fù)荷最重的連桿軸承的工作并無益處。所以，雖然一般取dcj>dcp，但過分加大dcj不僅沒有必要，而且會(huì)使軸承摩擦損失增大。</p><p>　　表2-4 高速柴油機(jī)曲軸的主要尺寸比例和最終取值</p><p>　　圖2.5 鑄造的整體四拐曲軸及其主要尺寸</p><p>　　因?yàn)閘cp

65、 + lcj +2hcw=L(氣缸軸距)，所以一般必須在軸頸長(zhǎng)度lcp、lcj與曲柄臂厚度hcw之間合理分配可用的尺寸L，因?yàn)長(zhǎng)已根據(jù)機(jī)體和氣缸的結(jié)構(gòu)確定。</p><p>　　曲柄臂厚度hcw對(duì)曲拐的彎曲強(qiáng)度有決定性的影響，因彎曲強(qiáng)度與h2cw成正比。但增加hcw勢(shì)必減小lcp和lcj，所以這里實(shí)際上是一個(gè)彎曲強(qiáng)度與軸承比壓2之間的最佳折中問題。雖然，增大曲柄臂寬度bcw也能提高彎曲強(qiáng)度，但由于bcw增大導(dǎo)致曲

66、柄臂中應(yīng)力分布更不均勻，彎曲強(qiáng)度只與b1/2cw成正比，所以如果hcw不足則難用加大bcw來補(bǔ)償。另外平衡塊一般不應(yīng)超出曲柄旋轉(zhuǎn)所掃過的范圍，平衡塊厚度一般與曲柄臂相同。</p><p>　　根據(jù)以上要求，本設(shè)計(jì)中曲軸主要尺寸已在表2-4中列出。</p><p>　　第三章JX493ZLQ3A型柴油機(jī)的總體布置</p><p><b>　　3.1凸輪軸的布

67、置</b></p><p>　　直列式柴油機(jī)凸輪軸的橫向位置，在不與曲軸連桿機(jī)構(gòu)相碰的條件下，應(yīng)該盡可能靠近氣缸中心線，以獲得柴油機(jī)的最小寬度。</p><p>　　凸輪軸的高度布置有上置式、下置式和頂置式三種方案。</p><p>　　凸輪軸下置式（凸輪軸位于汽缸套左側(cè)下方） 凸輪軸通過挺柱、推桿和搖臂驅(qū)動(dòng)氣門。凸輪軸離曲軸較近，由曲軸上的正時(shí)齒輪，

68、通過惰齒輪來傳動(dòng)，機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn)單，故獲得廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是配氣機(jī)構(gòu)質(zhì)量較大，高速適應(yīng)性差。</p><p>　　凸輪軸中置式（凸輪軸位于缸體上部）這種形式將推桿縮短，提高了剛度，減小了慣性，從而能承受高速回轉(zhuǎn)。 </p><p>　　凸輪軸頂置式（凸輪軸位于缸蓋上）這種結(jié)構(gòu)，凸輪軸直接驅(qū)動(dòng)搖臂，省去了挺柱和推桿，使往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量大大減小。因此適用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。但正時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，且為拆裝缸蓋造成

69、一定困難。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用的是凸輪軸下置式。</p><p><b>　　3.2氣缸套的布置</b></p><p>　　缸套主要分為無缸套、干缸套和濕缸套三種。</p><p>　　干缸套的機(jī)體剛度比濕缸套的大，而且因?yàn)闆]有冷卻水的密封問題，其缸心距比濕缸套的小，對(duì)于縮短柴油機(jī)的總長(zhǎng)度有利。干缸套的主

70、要缺點(diǎn)是由于干缸套一般與外缸套是過渡配合，干缸套不與冷卻水直接接觸，冷卻效果不是太好。</p><p>　　濕缸套由于冷卻效果好，更換方便，制造方便，雖然濕缸套的機(jī)體剛度較差，但是通過合理的布置加強(qiáng)肋也可以保證機(jī)體的強(qiáng)度。</p><p>　　無缸套柴油機(jī)與有缸套柴油機(jī)相比，主要做了如下改進(jìn)：</p><p>　　1)取消缸套，活塞環(huán)、活塞直接作用于缸孔。</

71、p><p>　　2)在缸體的材料中添加了微量元素，提高了缸體的強(qiáng)度與耐磨性，使之適應(yīng)無缸套柴油機(jī)的工作環(huán)境。</p><p>　　3)采用外圓鍍鉻的活塞環(huán)，與缸體的缸孔壁形成一對(duì)良好的摩擦副。</p><p>　　4)對(duì)缸孔的粗糙度提出要求，使其具備潤(rùn)滑性、耐磨性。</p><p>　　5)因不需要安裝缸套，缸孔無止口。與有缸套柴油機(jī)相比，由于取

72、消了缸套，增加了缸孔的壁厚，能夠減小缸孔的變形，最終提高了活塞環(huán)的密封性，減少竄氣量。同時(shí)減少了缸套這一環(huán)節(jié)，使柴油機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量能夠直接通過活塞環(huán)與缸體的接觸傳遞到柴油機(jī)的冷卻水中，提高了散熱能力，優(yōu)化了柴油機(jī)的工作條件。</p><p>　　通過以上比較本設(shè)計(jì)選取了無缸套設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　3.3噴油泵的布置</b></p>&l

73、t;p>　　中小型直列式柴油機(jī)一般采用一只整體泵，布置在柴油機(jī)的側(cè)面。汽車用柴油機(jī)應(yīng)將噴油泵布置在靠人行道一邊，以便于保養(yǎng)。噴油器應(yīng)與噴油泵布置在同側(cè)，可縮短高壓油管長(zhǎng)度。</p><p>　　直列式中速大功率柴油機(jī)，常用每缸一只整體泵布置在柴油機(jī)的側(cè)面。噴油泵和配氣機(jī)構(gòu)共用一根凸輪軸，其傳動(dòng)齒輪布置簡(jiǎn)單，高壓油管短，便于維護(hù)保養(yǎng)，但高壓油泵油量調(diào)整難以精確，操縱機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜。</p><

74、;p>　　由于JX493ZLQ3A主要應(yīng)用于輕卡和轎車上，故本設(shè)計(jì)的噴油泵的布置采用整體泵且與噴油器布置在人行道一側(cè)。</p><p>　　3.4齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置</p><p>　　柴油機(jī)傳動(dòng)齒輪有布置在自由端（前端）或在飛輪端（后端）兩種方案。</p><p>　　傳動(dòng)齒輪布置在曲軸自由端的優(yōu)點(diǎn)是曲軸前軸直徑小，齒輪尺寸也較小，拆裝方便，便于維護(hù)保養(yǎng)，中

75、小功率柴油機(jī)多采用此方案。</p><p>　　傳動(dòng)齒輪布置在后端的優(yōu)點(diǎn)是減少曲軸扭振對(duì)傳動(dòng)齒輪系統(tǒng)的影響。由于曲軸扭振的節(jié)點(diǎn)接近飛輪端，因此扭振振幅小，扭振對(duì)噴油正時(shí)、配氣定時(shí)及被傳動(dòng)的附件的干擾較小。其缺點(diǎn)是齒輪尺寸較大，布置困難，拆裝不便。有的柴油機(jī)直接在曲軸上切削齒輪或使用剖分齒輪，以縮小齒輪尺寸，但工藝性較差。</p><p>　　基于柴油機(jī)輕量化，小型化，本設(shè)計(jì)傳動(dòng)齒輪布置在自

76、由端。</p><p><b>　　3.5機(jī)油泵的布置</b></p><p>　　機(jī)油泵的布置與傳動(dòng)方法、機(jī)油管路布置以及柴油機(jī)的用途有關(guān)，布置方案較多，常見的有以下幾種。</p><p>　　大多數(shù)高速柴油機(jī)的機(jī)油泵布置在機(jī)體底平面上或主軸承蓋上，由主動(dòng)齒輪通過惰齒輪傳動(dòng)。這種布置方案的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)油泵無需油封結(jié)構(gòu)，軸承潤(rùn)滑條件好，機(jī)油泵安裝位

77、置較低，柴油機(jī)啟動(dòng)后，瞬時(shí)既能吸上機(jī)油，缺點(diǎn)是維修保養(yǎng)不方便。</p><p>　　小型高速柴油機(jī)中采用一根垂直或稍許傾斜的細(xì)軸傳動(dòng)機(jī)油泵的結(jié)構(gòu)，該軸由凸輪軸通過錐形齒輪或螺旋齒輪傳動(dòng)，因此機(jī)油泵位置很低，一般是浸入油底殼的機(jī)油中。當(dāng)柴油機(jī)啟動(dòng)后，立即吸上機(jī)油，對(duì)柴油機(jī)潤(rùn)滑和減少磨損有利。</p><p>　　有的小型農(nóng)用柴油機(jī)機(jī)油泵裝在機(jī)體的端部，用簡(jiǎn)單的齒輪與凸輪軸相連，這樣布置使其傳

78、動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是機(jī)油泵轉(zhuǎn)速較低，安裝位置較高，啟動(dòng)后吸上機(jī)油比較困難。</p><p>　　船用和機(jī)車用中速大功率柴油機(jī)機(jī)油泵往往布置在柴油機(jī)的外部，機(jī)油泵的維修和檢查較為方便。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用一根垂直或稍許傾斜的細(xì)軸傳動(dòng)機(jī)油泵的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.6水泵（包括風(fēng)扇）的布置</p><p>　　強(qiáng)制水冷式柴油機(jī)一

79、般都采用離心式水泵，因無自吸能力，故水泵進(jìn)水口一般應(yīng)低于柴油機(jī)水箱的水平面。為避免水漏入機(jī)體內(nèi)，水泵多布置在柴油機(jī)外部。</p><p>　　對(duì)于船用或通用式柴油機(jī)，水泵可由曲軸主動(dòng)齒輪通過中間齒輪來傳動(dòng)，使用方便可靠。為了防止水漏入機(jī)體，使機(jī)油變質(zhì)，在水泵上設(shè)有旁泄孔，滲漏出封水圈的水可由旁泄孔排出，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏水并加以檢修。</p><p>　　汽車拖拉機(jī)或移動(dòng)式電站的水泵，一般布置

80、在柴油機(jī)上部，水泵殼體用螺栓固定在機(jī)體上或直接鑄造在機(jī)體上。多數(shù)汽車拖拉機(jī)水泵和風(fēng)扇共用一根傳動(dòng)軸，用三角皮帶傳動(dòng)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)也采用通用柴油機(jī)的布置方案。</p><p>　　3.7進(jìn)排氣管的布置</p><p>　　直列式柴油機(jī)的進(jìn)排氣管有分別布置在柴油機(jī)兩側(cè)、或同側(cè)兩種方案。多數(shù)進(jìn)排氣管是分別布置在柴油機(jī)兩側(cè)，它有利于進(jìn)排氣道的設(shè)計(jì)，進(jìn)排氣管拆

81、裝也方便。</p><p>　　將進(jìn)排氣管布置在同側(cè)，而噴油泵布置在另一側(cè)，顯得柴油機(jī)布置緊湊，其缺點(diǎn)是氣缸蓋進(jìn)排氣道設(shè)計(jì)困難，進(jìn)排氣管拆裝不便。同時(shí)，因進(jìn)排氣管互相靠近，進(jìn)氣易于受熱，減少空氣流量，汽車用柴油機(jī)上，有時(shí)采取這種布置方案。</p><p>　　根據(jù)以上優(yōu)缺點(diǎn)的比較，本設(shè)計(jì)選擇將進(jìn)排氣管布置在柴油機(jī)兩側(cè)。</p><p>　　3.8渦輪增壓器及中冷器的

82、布置</p><p><b>　　1）渦輪增壓器</b></p><p>　　渦輪增壓器的最大優(yōu)點(diǎn)是能在不加大發(fā)動(dòng)機(jī)排量就能較大幅度地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率及扭矩，一般而言，加裝增壓器后的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率及扭矩要增大20％~30％。渦輪增壓器的缺點(diǎn)是滯后，即由于葉輪的慣性作用對(duì)油門驟時(shí)變化反應(yīng)遲緩，使發(fā)動(dòng)機(jī)延遲增加或減少輸出功率，這對(duì)于要突然加速或超車的汽車而言，瞬間會(huì)有點(diǎn)提不

83、上勁的感覺?！　∈紫日f說渦輪增壓器的大概結(jié)構(gòu)原理，廢氣渦輪增壓器主要由泵輪和渦輪組成，當(dāng)然還有其他一些控制元件。泵輪和渦輪由一根軸相連，也就是轉(zhuǎn)子，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣驅(qū)動(dòng)泵輪，泵輪帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)后給進(jìn)氣系統(tǒng)增壓。增壓器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣一側(cè)，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速非常高，可達(dá)到每分鐘十幾萬轉(zhuǎn)，如此高的轉(zhuǎn)速和溫度使得常見的機(jī)械滾針或滾珠軸承無法為轉(zhuǎn)子工作，因此渦輪增壓器普遍采用全浮動(dòng)軸承，由機(jī)油來進(jìn)

84、行潤(rùn)滑，還有冷卻液為增壓器進(jìn)行冷卻。</p><p>　　2）中冷器 　　從渦輪增壓器出來的氣體溫度增高影響充氣效率。因此要裝置降低進(jìn)氣溫度的設(shè)備，這就是中間冷卻器。它安裝在渦輪增壓器出口與進(jìn)氣管之間，對(duì)進(jìn)入氣缸的空氣進(jìn)行冷卻。中間冷卻器就像散熱器，用風(fēng)冷卻或者水冷卻，空氣的熱量通過冷卻而逸散到大氣中去。性能良好的中冷器降低溫度的同時(shí)也可提高進(jìn)氣壓力，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率。</p><

85、p>　　通過以上布置方案的確定，利用工程軟件CAD進(jìn)行JX493ZLQ3A型柴油機(jī)的從橫剖面圖的繪制。其中鋁活塞與氣缸的相對(duì)間隙的取值范圍為裙部下端垂直銷孔方向△l/D=0.0023~0.0032，距離較小故在縱橫剖面圖中有適當(dāng)?shù)姆糯蟆?lt;/p><p>　　第四章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)三維造型</p><p>　　4.1CATIA簡(jiǎn)介</p><p>　　CATIA是

86、法國(guó)達(dá)索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。作為PLM協(xié)同解決方案的一個(gè)重要組成部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。</p><p>　　CATIA V5對(duì)于實(shí)體集合構(gòu)造來說，不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程，可以構(gòu)造出相同的實(shí)體零件。但其構(gòu)造過程及實(shí)體的構(gòu)型結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)樹）卻直接影響到實(shí)體模型的穩(wěn)定性、可修改性、可理解性及實(shí)體的應(yīng)用。</p&g

87、t;<p>　　在零件造型之前，首先要仔細(xì)研究所要完成零件的特點(diǎn)和技術(shù)要求，分析清楚零件是由哪些體素和特征組成，制定清晰合理的構(gòu)造方案，體素之間如何進(jìn)行拼合操作，拼合操作的順序等。</p><p>　　一個(gè)好的實(shí)體零件的結(jié)構(gòu)樹應(yīng)為：（1）其結(jié)構(gòu)樹低而平緩，這種結(jié)構(gòu)樹可以提高拼合運(yùn)算的速度，提高實(shí)體模型的穩(wěn)定性和可靠性，優(yōu)化零件的修改和更新性能；（2）避免在體素和特征之間的非法和多余的操作；（3）能充

88、分反映零件和結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點(diǎn)，體素和特征的合理組合，提高零件的可理解性和可修改性；（4）方便模型在其他應(yīng)用中的處理。</p><p>　　在零件構(gòu)造過程中，應(yīng)該非常用心的管理所設(shè)計(jì)零件的構(gòu)型結(jié)構(gòu)，實(shí)體零件越復(fù)雜，其穩(wěn)定性、可靠性、可修改性、可理解性就越差。因此，在技術(shù)要求允許的情況下，盡量簡(jiǎn)化實(shí)體零件的結(jié)構(gòu)。即在實(shí)體零件構(gòu)造過程中所使用的特征體素，能用單個(gè)體素定義的盡量使用單個(gè)體素，盡量減少體素之間的拼合計(jì)算量。&

89、lt;/p><p>　　4.2利用CATIA進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法</p><p><b>　　4.2.1草圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　草圖設(shè)計(jì)是三維設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，其實(shí)質(zhì)是二維繪圖設(shè)計(jì)，具有傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)軟件的功能。</p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本方法是從草圖設(shè)計(jì)開始，通過施加尺寸和幾何約束生成草圖特征，在應(yīng)用尺寸驅(qū)動(dòng)技術(shù)

90、自動(dòng)生成三維實(shí)體模型，而且在利用草圖技術(shù)生成二維輪廓時(shí)，不必輸入這個(gè)輪廓的準(zhǔn)確尺寸，該尺寸可以在以后的參數(shù)設(shè)計(jì)過程中得到。這樣一來，當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，則可以隨時(shí)根據(jù)需要調(diào)整設(shè)計(jì)尺寸，而不是在設(shè)計(jì)之初就必須對(duì)設(shè)計(jì)尺寸非常明確。這是與傳統(tǒng)的CAD軟件相比的一大優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)了軟件的易操作，更好的實(shí)現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)，而且設(shè)計(jì)系列產(chǎn)品及原產(chǎn)品的改進(jìn)和零部件的借用都提供了很大的方便。</p><p>　　4.2.2生成三維

91、零件毛坯</p><p>　　CATIA V5具有很強(qiáng)大的三維實(shí)體建模的功能，當(dāng)用戶在草圖平面繪制二維圖形后，進(jìn)入零件設(shè)計(jì)(Part Design)模塊，在保證具有良好的結(jié)構(gòu)樹的前提下，可以通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、混成、拔模等方法生成三維零件毛坯。同時(shí)還可以利用其后參數(shù)化約束功能，根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行修改。實(shí)現(xiàn)了三維造型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者可以直接針對(duì)零件毛坯進(jìn)行形體改變，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程由繪圖向設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，而且在設(shè)計(jì)過程中，C

92、ATIA V5提供的各項(xiàng)具體功能使得三維模型的設(shè)計(jì)更類似于生產(chǎn)的加工過程。</p><p>　　4.2.3完成三維造型</p><p>　　由于CATIA V5提供基于特征的設(shè)計(jì)，即將特征作為設(shè)計(jì)單元，將產(chǎn)品視為特征的有機(jī)結(jié)合，通過由類到對(duì)象的逐步描述來實(shí)現(xiàn)具體的形狀設(shè)計(jì)的目的。所以在生成三維零件毛坯后，可利用打孔、開槽、抽殼、加工螺紋、倒角等工具對(duì)毛坯進(jìn)行加工，最終完成機(jī)械零件的實(shí)體構(gòu)造

93、。</p><p>　　4.3三維造型的簡(jiǎn)要說明</p><p><b>　　4.3.1活塞造型</b></p><p>　　首先分析活塞的結(jié)構(gòu)，由哪些主要特征組成，確定建模步驟。圖4.1所示活塞的基本特征是一個(gè)旋轉(zhuǎn)體，其設(shè)計(jì)方案及步驟如下。</p><p>　　圖4.1 JX493柴油機(jī)活塞的實(shí)體模型</p>

94、;<p>　　圖4.2 JX493柴油機(jī)活塞銷的實(shí)體模型</p><p>　　1.創(chuàng)建活塞零件及活塞銷零件</p><p>　　1）首先在草圖模式下根據(jù)活塞形狀，繪制毛坯形狀草圖，然后進(jìn)行尺寸約束、尺寸修改等，在實(shí)體造型模塊中的零件設(shè)計(jì)界面，利用旋轉(zhuǎn)工具生成活塞毛坯。其次，根據(jù)活塞的尺寸，在草圖模式下繪制活塞銷座形狀并進(jìn)行尺寸約束，在實(shí)體造型模塊中的零件設(shè)計(jì)界面，利用拉伸工具

95、生成活塞銷座一邊，然后利用鏡像工具得到整個(gè)活塞銷座。另外在草圖模式下繪制活塞銷孔形狀，在實(shí)體造型模塊中的零件設(shè)計(jì)界面，利用凹槽工具生成活塞銷孔。</p><p>　　2）首先在草圖模式下根據(jù)活塞銷形狀，繪制其截面形狀草圖，然后進(jìn)行尺寸約束，在實(shí)體造型模塊中的零件設(shè)計(jì)界面，利用拉伸工具生成活塞銷零件。</p><p><b>　　2．完善活塞</b></p>

96、<p>　　為了減輕重量，利用凹槽工具對(duì)活塞裙部進(jìn)行切割。然后利用倒角工具對(duì)活塞銷座等部位進(jìn)行完善。</p><p><b>　　4.3.2連桿造型</b></p><p>　　首先分析連桿的結(jié)構(gòu)，由哪些主要特征組成，確定建模步驟。圖4.3所示連桿的基本特征是拉伸，其設(shè)計(jì)方案及步驟如下。</p><p>　　圖4.3 JX493柴

97、油機(jī)連桿的實(shí)體模型</p><p>　　圖4.4 JX493柴油機(jī)連桿大頭的實(shí)體模型</p><p>　　圖4.5 JX493柴油機(jī)連桿螺栓的實(shí)體模型</p><p>　　圖4.6 JX493柴油機(jī)連桿螺帽的實(shí)體模型</p><p>　　1.創(chuàng)建連桿零件毛坯及連桿螺栓、螺帽零件</p><p>　　1）首先在草圖模式下

98、根據(jù)連桿形狀，繪制連桿大小頭毛坯形狀草圖，然后進(jìn)行尺寸約束、尺寸修改等，在實(shí)體造型模塊中的零件設(shè)計(jì)界面，利用拉伸工具生成連桿大小頭一半的毛坯，其次對(duì)其進(jìn)行鏡像。連桿桿身重復(fù)上述步驟生成。然后進(jìn)行拔模。利用凹槽工具為連桿桿身生成工字型鋼做準(zhǔn)備，然后利用鏡像工具將凹槽特征對(duì)稱。最后利用拉伸、開孔、凹槽工具完成連桿大頭的毛坯，完成整個(gè)連桿的毛坯。</p><p>　　2）根據(jù)連桿螺栓的尺寸，首先在草圖模式下繪制連桿螺栓

99、形狀并進(jìn)行尺寸約束，在實(shí)體造型模塊中的零件設(shè)計(jì)界面，利用多截面拉伸工具生成連桿螺栓。然后利用螺紋工具為其添加外螺紋。連桿螺帽的實(shí)體造型重復(fù)以上步驟，但是在零件設(shè)計(jì)界面時(shí)使用拉伸工具，添加的是內(nèi)螺紋。</p><p><b>　　2.連桿完善</b></p><p>　　利用倒角工具對(duì)連桿毛坯不夠完美的地方進(jìn)行完善，已達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。</p><p&g

100、t;<b>　　4.3.2曲軸造型</b></p><p>　　分析曲軸的結(jié)構(gòu)，由哪些主要特征組成，確定建模步驟。圖4.7所示曲軸的基本特征是拉伸，其設(shè)計(jì)方案及步驟如下：</p><p>　　首先在草圖模式下根據(jù)主軸頸形狀，繪制毛坯形狀草圖，，然后進(jìn)行尺寸約束、尺寸修改等，在實(shí)體造型模塊中的零件設(shè)計(jì)界面，利用拉伸工具生成主軸頸毛坯。重復(fù)上述步驟依次畫出平衡重、曲柄銷、

101、曲柄臂，然后為了減輕重量對(duì)曲柄臂利用凹槽工具切出一個(gè)角度。使用倒角完善以后，利用鏡像工具對(duì)稱，生成曲軸的零件。</p><p>　　圖4.7 JX493柴油機(jī)曲軸的實(shí)體模型</p><p>　　第五章 裝配和運(yùn)動(dòng)干涉分析</p><p>　　5.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)裝配情況的簡(jiǎn)要說明</p><p>　　產(chǎn)品（Product）是裝配設(shè)計(jì)的最終產(chǎn)物，

102、它是由一些部件（Component）組成的。部件也稱作組件，它是由至少一個(gè)零件（Part）組成的。產(chǎn)品和部件是相對(duì)的。例如，相對(duì)于汽車，變速箱是一個(gè)部件；相對(duì)于齒輪或軸，變速箱就是一個(gè)產(chǎn)品。某個(gè)產(chǎn)品也可以是另外一個(gè)產(chǎn)品的成員，某個(gè)部件也可以是另外一個(gè)部件的成員。在構(gòu)成產(chǎn)品的特征樹上不難看到，樹根一定是某個(gè)產(chǎn)品，零件一定是樹葉。</p><p>　　部件裝配（Assembly Design）是CATIA最基本的、也

103、是最具有優(yōu)勢(shì)和特色的功能模塊。包括創(chuàng)建裝配體、添加指定的部件或零件到裝配體、創(chuàng)建部件之間的裝配關(guān)系、移動(dòng)和布置裝配成員、生成產(chǎn)品的爆炸圖、裝配干涉和間隙分析等主要功能。</p><p>　　首先分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)的配合關(guān)系，然后確定裝配方案，其裝配步驟如下：</p><p>　　圖5.1 JX493柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)裝配圖</p><p>　　1．進(jìn)入CATIA，選擇

104、菜單中的裝配件設(shè)計(jì)，產(chǎn)生新裝配文件。</p><p>　　2．單擊圖標(biāo)現(xiàn)有組件，在彈出的文件選擇對(duì)話框中依次選擇缸體、活塞、曲軸、連桿和活塞銷文件，點(diǎn)擊“確定”按鍵，上述零件全部加入到裝配體中。</p><p>　　3．單擊圖標(biāo)固定約束，在特征樹或圖形窗口中選擇缸體模型，則缸體施加固定約束。</p><p>　　4．單擊圖標(biāo)相合約束，選擇連桿小頭軸線和活塞銷軸線，使

105、兩者重合。選擇圖標(biāo)偏移約束使連桿小頭和活塞銷同一端面的距離為-20。</p><p>　　5. 單擊圖標(biāo)相合約束，選擇活塞銷孔軸線和活塞銷軸線，使兩者重合。</p><p>　　6. 單擊圖標(biāo)相合約束，選擇活塞軸線和缸體的氣缸軸線，使兩者重合。</p><p>　　7.單擊圖標(biāo)相合約束，選擇連桿大頭軸線和曲柄銷軸線，使兩者重合。選擇圖標(biāo)偏移約束使連桿大頭和曲柄臂接觸

106、端面的距離為0。</p><p>　　8.重復(fù)上述步驟4-7，完成其余活塞、連桿、活塞銷的裝配。</p><p>　　9. 單擊圖標(biāo)相合約束，選擇缸體軸承座孔的軸線和主軸頸的軸線，使兩者重合。選擇圖標(biāo)偏移約束使缸體內(nèi)壁和曲柄臂接近缸體端面的距離為10。</p><p>　　5.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)的干涉分析</p><p><b>　　5

107、.2.1靜態(tài)分析</b></p><p>　　干涉分析分為干涉檢查和間隙分析兩種情況。前者只檢查兩形體是否相互侵入，后者除了檢查兩形體是否發(fā)生干涉外，還要檢查兩形體的間隙是否足夠。</p><p>　　選擇圖標(biāo)碰撞分析在彈出的窗口中選擇碰撞+間隙+接觸并選擇應(yīng)用于所有產(chǎn)品，然后點(diǎn)擊應(yīng)用，彈出碰撞分析對(duì)話框，然后導(dǎo)出干涉分析表。</p><p>　　表5-

108、1 JX493柴油機(jī)連桿與曲軸的碰撞分析表</p><p>　　表5-2 JX493柴油機(jī)缸體與曲軸及活塞的碰撞分析表</p><p>　　表5-3 JX493柴油機(jī)活塞與活塞銷的碰撞分析表</p><p>　　表5-4 JX493柴油機(jī)連桿與活塞銷的碰撞分析表</p><p>　　檢查兩形體是否發(fā)生干涉可能顯示以下結(jié)果：</p>

109、<p>　　1.Clash，說明兩形體發(fā)生干涉，同時(shí)兩形體的干涉部分呈深紅色顯示。</p><p>　　2.No interference，說明兩形體不發(fā)生干涉，同時(shí)兩形體的干涉部分呈綠色顯示。</p><p>　　3.Contact，說明兩形體的表面接觸，同時(shí)兩形體的干涉部分呈橙黃色顯示。</p><p>　　根據(jù)以上表格顯示，本設(shè)計(jì)中全部為表面接觸

110、無碰撞。</p><p><b>　　5.2.2動(dòng)態(tài)分析</b></p><p>　　動(dòng)態(tài)分析主要是根據(jù)零部件在運(yùn)動(dòng)仿真的過程中所形成的包絡(luò)線以及軌跡是否有相交部分，若有則為干涉，相反則沒有。以下介紹動(dòng)態(tài)干涉分析的步驟及分析結(jié)果：</p><p>　　1.點(diǎn)擊編譯模擬命令，彈出圖5.2所示對(duì)話框直接點(diǎn)“確定”生成重放1。</p>

111、<p><b>　　圖 5.2</b></p><p>　　2.點(diǎn)擊掃掠包絡(luò)體命令，彈出圖5.3所示對(duì)話框直接點(diǎn)“預(yù)覽”顯示預(yù)覽窗口如圖5.4所示。</p><p><b>　　圖 5.3</b></p><p>　　圖 5.4JX493柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真包絡(luò)線</p><p>　

112、　3.點(diǎn)擊軌跡命令，彈出如圖5.5的對(duì)話框，選擇曲柄連桿機(jī)構(gòu)中幾個(gè)較容易產(chǎn)生碰撞的點(diǎn)，然后點(diǎn)擊“確定”生成如圖5.6所示。</p><p><b>　　圖5.5</b></p><p>　　圖5.6 JX493柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)軌跡</p><p>　　5.3曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真</p><p>　　運(yùn)動(dòng)仿真之前

113、將要仿真的模型所需要的部件在裝配模式下按照技術(shù)要求進(jìn)行裝配。裝配時(shí)注意，在能滿足合理裝配的前提下，盡可能少用約束，以免造成約束之間互相干涉，影響下一步運(yùn)動(dòng)仿真。</p><p>　　通過“開始”——“數(shù)字模型”——“DMU Kinematics”進(jìn)入到運(yùn)動(dòng)仿真的模式下，開始進(jìn)行仿真設(shè)置：</p><p><b>　　1.建立一個(gè)新機(jī)制</b></p>&

114、lt;p>　　2.對(duì)裝配部件進(jìn)行約束設(shè)置，命令在旋轉(zhuǎn)鉸里面，點(diǎn)擊其圖標(biāo)右下方的箭頭，點(diǎn)擊后，出現(xiàn)所有鉸定義圖標(biāo)。</p><p>　　3.設(shè)置固定件，點(diǎn)擊固定零件圖標(biāo)，點(diǎn)擊后選擇缸體即可。</p><p><b>　　4.添加鉸鏈</b></p><p>　　1）給連桿和曲軸添加旋轉(zhuǎn)鉸，點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)鉸會(huì)出現(xiàn)如圖5.7所示對(duì)話框</p&g

115、t;<p><b>　　圖5.7</b></p><p>　　在Line1后的空格選擇連桿大頭的軸線，</p><p>　　在Line2后的空格選擇曲柄銷的軸線，</p><p>　　在Plane1后的空格選擇連桿大頭一側(cè)，</p><p>　　在Plane2后的空格選擇曲柄臂（與Plane1選擇端面相合的