畢業(yè)設(shè)計(jì)v8發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程仿真分析論文

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　V8發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程仿真分析</p><p><b>　　姓名 </b></p><p>　　院（系） 機(jī)電工程學(xué)院</p><p>　　專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 093 班</p><p&g

2、t;<b>　　學(xué) 號(hào) </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師 </b></p><p><b>　　職 稱 講師</b></p><p>　　論文答辯日期 2013 年 5 月 26 日</p><p>　　摘 要

3、 </p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車最重要的部件之一，不僅有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，還暗藏著許多難懂的原理，V8發(fā)動(dòng)機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中享有很高地位的一種，對(duì)于汽車愛(ài)好者，汽車使用者，汽車維修者等眾多人來(lái)說(shuō)，掌握它的結(jié)構(gòu)跟原理是很具有現(xiàn)實(shí)意義的，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是基于UG對(duì)V8發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行建模展示結(jié)構(gòu)，做運(yùn)動(dòng)仿真展示原理以及基于ANSYS Workbench軟件的V8發(fā)動(dòng)機(jī)主要傳動(dòng)部件的有限元分析。形象地將結(jié)構(gòu)模型與工作過(guò)程

4、相結(jié)合共同闡述其工作原理。因此，做這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)不管從技術(shù)角度還是從時(shí)代要求的角度看都很具有意義的。論文將通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的模型結(jié)構(gòu)（圖片）與工作過(guò)程相結(jié)合形象而直觀地展現(xiàn)其工作原理，更便于讀者去理解掌握。</p><p>　　關(guān)鍵詞：V8發(fā)動(dòng)機(jī) UG 運(yùn)動(dòng)仿真 有限元</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b

5、>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的分類1</p><p>　　1.1.2 V型發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展歷史與技術(shù)特點(diǎn)2</p><p>　　1.1.3 研究目的及意義4</p><p>　　2 V8發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)建模與解析

6、4</p><p>　　2.1 總體結(jié)構(gòu)4</p><p>　　2.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)6</p><p>　　2.2.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的建模6</p><p>　　2.3 配氣機(jī)構(gòu)8</p><p>　　2.3.1 配氣機(jī)構(gòu)的建模8</p><p>　　2.3.2 配氣機(jī)構(gòu)的

7、原理解析8</p><p>　　2.4 冷卻系統(tǒng)13</p><p>　　2.5 潤(rùn)滑系統(tǒng)13</p><p>　　2.6 供給系統(tǒng)14</p><p>　　2.7 起動(dòng)系統(tǒng)15</p><p>　　2.8 點(diǎn)火系統(tǒng)16</p><p>　　3 基于UG的V8發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)仿

8、真分析16</p><p>　　3.1 V8發(fā)動(dòng)機(jī)的基本原理介紹16</p><p>　　3.2 V8發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真分析19</p><p>　　3.2.1 基于UG的V8發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真過(guò)程19</p><p>　　3.2.2 V8發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果分析檢驗(yàn)26</p><p>　　4 V8發(fā)動(dòng)

9、機(jī)的主要傳動(dòng)部件的有限元分析29</p><p>　　4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的模態(tài)分析29</p><p>　　4.1.1 曲軸部件模型的簡(jiǎn)化30</p><p>　　4.1.2 曲軸模型參數(shù)與邊界條件的設(shè)置30</p><p>　　4.1.3 結(jié)果后處理分析32</p><p>　　4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)連桿

10、部件靜態(tài)分析33</p><p>　　4.2.1 連桿部件模型的簡(jiǎn)化33</p><p>　　4.2.2 連桿部件模型參數(shù)與邊界條件的設(shè)置34</p><p>　　4.1.3 結(jié)果后處理分析35</p><p><b>　　1 前言</b></p><p><b>　　1

11、.1 研究背景</b></p><p>　　1.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的分類</p><p>　　我們都很清楚的知道一個(gè)事實(shí)，汽車就像電腦一樣不斷的普及，已經(jīng)成為家喻戶曉的一種交通工具，有汽車的”心臟”之稱的發(fā)動(dòng)機(jī)也就不斷為我們所認(rèn)識(shí)，所了解。但是，想要更加清楚的了解汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，我們很有必要去了解一下汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類，因?yàn)槠嚢l(fā)動(dòng)機(jī)不僅種類繁多，分類方式也及其復(fù)雜。以下是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)

12、的各種分類：</p><p>　　按活塞運(yùn)動(dòng)方式分類：活塞式內(nèi)燃機(jī)可分為往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種。前者活塞在汽缸內(nèi)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，后者活塞在汽缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　按照進(jìn)氣系統(tǒng)分類：內(nèi)燃機(jī)按照進(jìn)氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)式發(fā)動(dòng)機(jī)和強(qiáng)制進(jìn)氣(增壓式)發(fā)動(dòng)機(jī)。若進(jìn)氣是在接近大氣狀態(tài)下進(jìn)行的，則為非增壓內(nèi)燃機(jī)或自然吸氣式內(nèi)燃機(jī)；若利用增壓器將進(jìn)氣壓力增高，

13、進(jìn)氣密度增大，則為增壓內(nèi)燃機(jī)。增壓可以提高內(nèi)燃機(jī)功率。</p><p>　　按照氣缸排列方式分類：內(nèi)燃機(jī)按照氣缸排列方式不同可以分為單列式、雙列式和三列式。單列式發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時(shí)也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的。雙列式發(fā)動(dòng)機(jī)把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角<180°(一般為90°)稱為V型發(fā)動(dòng)機(jī)，若兩列之間的夾角=180°稱為對(duì)置式發(fā)

14、動(dòng)機(jī)。三列式把氣缸排成三列，成為W型發(fā)動(dòng)機(jī)。</p><p>　　按照氣缸數(shù)目分類：內(nèi)燃機(jī)按照氣缸數(shù)目不同可以分為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。僅有一個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)；有兩個(gè)以上氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸、十六缸等都是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)多采用三缸，四缸、六缸、八缸發(fā)動(dòng)機(jī)。</p><p>　　按照冷卻方式分類：內(nèi)燃機(jī)按照冷卻方式不

15、同可以分為水冷發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)是利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進(jìn)行循環(huán)的冷卻液作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻的；而風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)是利用流動(dòng)于氣缸體與氣缸蓋外表面散熱片之間的空氣作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻的。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)。</p><p>　　按照行程分類：內(nèi)燃機(jī)按照完成一個(gè)工作循環(huán)所需的沖程數(shù)可分為四沖程內(nèi)燃機(jī)和二沖程內(nèi)燃機(jī)。把曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720°)，

16、活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)四個(gè)沖程，完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)稱為四沖程內(nèi)燃機(jī)；而把曲軸轉(zhuǎn)一圈(360°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)沖程，完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)稱為二沖程內(nèi)燃機(jī)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛使用四沖程內(nèi)燃機(jī)。</p><p>　　按氣門機(jī)構(gòu)種分類：側(cè)置氣門（SV）發(fā)動(dòng)機(jī)、側(cè)置凸輪軸（OHV）發(fā)動(dòng)機(jī)、頂置凸輪軸（OHC）發(fā)動(dòng)機(jī)、可變氣門（VTEC）發(fā)動(dòng)機(jī) 和Desmo氣門機(jī)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)。</p>

17、;<p>　　按燃油供應(yīng)方式分類：化油器發(fā)動(dòng)機(jī)和電噴發(fā)動(dòng)機(jī) 。</p><p>　　按照所用燃料分類：內(nèi)燃機(jī)按照所使用燃料的不同可以分為汽油機(jī)和柴油機(jī)。使用汽油為燃料的內(nèi)燃機(jī)稱為汽油機(jī)；使用柴油為燃料的內(nèi)燃機(jī)稱為柴油機(jī)。汽油機(jī)與柴油機(jī)比較各有特點(diǎn)；汽油機(jī)轉(zhuǎn)速高，質(zhì)量小，噪音小，起動(dòng)容易，制造成本低；柴油機(jī)壓縮比大，熱效率高，經(jīng)濟(jì)性能和排放性能都比汽油機(jī)好。</p><p>　

18、　1.1.2 V型發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展歷史與技術(shù)特點(diǎn)</p><p>　　活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸分列在曲軸的兩側(cè)，在該方向上呈現(xiàn)出V字形。這種排列方式相較于水平直線排列的設(shè)計(jì)，可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度，高度和重量。</p><p>　　V型發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸排列并非垂直于曲軸，而是有一個(gè)角度，兩排汽缸之間的角度取決于汽缸的數(shù)量以及運(yùn)作順暢的考量而有不同，比較常見(jiàn)的角度包括60度與90度。由于V型發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸是朝外

19、側(cè)傾斜，因此發(fā)動(dòng)機(jī)上側(cè)的寬度較大。</p><p>　　最早汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是單缸的，后來(lái)有了直列多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，V型發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)工程師們很早就發(fā)現(xiàn)了，他們?cè)O(shè)計(jì)的最早的V型發(fā)動(dòng)機(jī)只有兩個(gè)氣缸，也就是V2， 1905年Marmon汽車公司生產(chǎn)了世界上第一款裝備V6發(fā)動(dòng)機(jī)的轎車。1902年法國(guó)人Léon Levavasseur設(shè)計(jì)了世界上第一款V8發(fā)動(dòng)機(jī)。1904年V8發(fā)動(dòng)機(jī)概念在法國(guó)非常流行，雷諾制造了V8航空發(fā)動(dòng)

20、機(jī)，1905年勞斯萊斯制造了3.5升排量的V8發(fā)動(dòng)機(jī)。</p><p>　　在問(wèn)世十年時(shí)間里，雖然很多廠商都制造了V8發(fā)動(dòng)機(jī)，不過(guò)這些V8發(fā)動(dòng)機(jī)更多帶有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)，產(chǎn)量很少，第一款大批量生產(chǎn)的V8發(fā)動(dòng)機(jī)是1914年開(kāi)始生產(chǎn)的凱迪拉克的5.4升V8發(fā)動(dòng)機(jī)。 </p><p>　　第一次世界大戰(zhàn)中，V12發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)世，當(dāng)時(shí)V12發(fā)動(dòng)機(jī)主要都是航空發(fā)動(dòng)機(jī)，雷諾、戴姆勒和邁巴赫都生產(chǎn)了V12發(fā)動(dòng)機(jī)

21、。由于美國(guó)本土沒(méi)有收到第一次世界大戰(zhàn)的波及，V12在汽車上應(yīng)用于1916年就開(kāi)始了，為了爭(zhēng)奪美國(guó)豪華轎車第一把交椅，美國(guó)的帕卡德在1916年率先生產(chǎn)了裝備V12發(fā)動(dòng)機(jī)的豪華轎車，凱迪拉克和Hispano-Suiza于1930年開(kāi)始生產(chǎn)裝備V12發(fā)動(dòng)機(jī)的豪華轎車。</p><p>　　出于對(duì)更大功率的渴望，在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)上屢有創(chuàng)新的美國(guó)Marmon公司于1927年開(kāi)始設(shè)計(jì)V16發(fā)動(dòng)機(jī)，可惜一直等到1931年才投產(chǎn)，1

22、930年凱迪拉克設(shè)計(jì)生產(chǎn)了自己的V16發(fā)動(dòng)機(jī)和裝備這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的豪華轎車凱迪拉克V16，借助于凱迪拉克V16，凱迪拉克從而成為美國(guó)第一豪華轎車品牌。</p><p>　　6.2升LSA V8機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)亮點(diǎn) ：CTS-V Coupe采用的6.2升V8機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，輸出功率高達(dá) 556 馬力，扭矩為747牛?米，是凱迪拉克品牌有史以來(lái)動(dòng)力最為強(qiáng)勁的發(fā)動(dòng)機(jī)，0-96公里/小時(shí)加速僅需 3.9 秒。CTS-V C

23、oupe延續(xù)了V 系列擁有獨(dú)特設(shè)計(jì)的進(jìn)氣格柵，可將進(jìn)氣量提高一倍，從而實(shí)現(xiàn)高散熱性能。6.2升V-8發(fā)動(dòng)機(jī)配有中冷Eaton增壓器系統(tǒng)和先進(jìn)的鋁合金汽缸蓋。機(jī)械增壓器的旋轉(zhuǎn)內(nèi)部組件的新型設(shè)計(jì)擴(kuò)展了其效率范圍，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下都具有平穩(wěn)寬廣的功率范圍。無(wú)論在低速還是在高速條件下，動(dòng)力都是瞬間啟動(dòng)、強(qiáng)勁和持續(xù)的。 </p><p>　　凱迪拉克V型發(fā)動(dòng)機(jī)的歷史和技術(shù)發(fā)展 :一直以來(lái)，凱迪拉克一

24、直在致力于極致動(dòng)力科技研發(fā)，而其動(dòng)力系統(tǒng)真正開(kāi)始于1914年，當(dāng)時(shí)，凱迪拉克推出美國(guó)第一臺(tái)8缸發(fā)動(dòng)機(jī)，此發(fā)動(dòng)機(jī)采用了恒溫控制的冷卻劑的流動(dòng)，后來(lái)普遍被其他制造商所采用。十年后，凱迪拉克雙平面的V - 8曲軸的發(fā)明為凱迪拉克在發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上做出了又一重大突破。重新設(shè)計(jì)的凱迪拉克V – 8發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，標(biāo)志著多缸發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)代的到來(lái)。 </p><p>　　1930年，凱迪拉克推出了世界上第一次用于客車使用的V 16發(fā)動(dòng)機(jī)

25、， V16的誕生使得凱迪拉克躋身于世界最優(yōu)秀的汽車的地位已成為不可爭(zhēng)辯的事實(shí)，同一年，凱迪拉克推出了同一車型的V12 發(fā)動(dòng)機(jī)，相比起V16 7.4L產(chǎn)生的160馬力，V12 6.0L可產(chǎn)生135馬力。1949年底，凱迪拉克研制出了高壓縮比、頂置式氣門、輕型的V8發(fā)動(dòng)機(jī)，它的出現(xiàn)為凱迪拉克以后的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。</p><p>　　1992年，通用汽車高級(jí)V型發(fā)動(dòng)機(jī)家庭的第一個(gè)成員4.6升北極星V8發(fā)動(dòng)機(jī)誕生，

26、采用全鋁結(jié)構(gòu)四頂置凸輪軸配氣系統(tǒng)，在當(dāng)時(shí)V8發(fā)動(dòng)機(jī)中技術(shù)和性能均處于領(lǐng)先地位。 之后，不斷有V型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)在此基礎(chǔ)上研發(fā)創(chuàng)新，為V家族的極致動(dòng)力的高性能馬力奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　1.1.3 研究目的及意義</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，為汽車的行走提供動(dòng)力。簡(jiǎn)單講發(fā)動(dòng)機(jī)就是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，即將汽油(柴油)的熱能，通過(guò)在密封汽缸內(nèi)燃燒氣體膨脹時(shí)，推動(dòng)活塞作功，

27、轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，這是發(fā)動(dòng)機(jī)最基本原理。發(fā)動(dòng)機(jī)所有結(jié)構(gòu)都是為能量轉(zhuǎn)換服務(wù)的，雖然發(fā)動(dòng)機(jī)伴隨著汽車走過(guò)了100多年的歷史，無(wú)論是在設(shè)計(jì)上、制造上、工藝上還是在性能上、控制上都有很大的提高，其基本原理仍然未變，這是一個(gè)富于創(chuàng)造的時(shí)代，那些發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者們，不斷地將最新科技與發(fā)動(dòng)機(jī)融為一體，把發(fā)動(dòng)機(jī)變成一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電一體化產(chǎn)品，使發(fā)動(dòng)機(jī)性能達(dá)到近乎完善的程度，各世界著名汽車廠商也將發(fā)動(dòng)機(jī)的性能作為競(jìng)爭(zhēng)亮點(diǎn)。汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性都有著極大的進(jìn)

28、步空間。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的迅速發(fā)展，數(shù)量的急劇增多必然帶來(lái)一系列問(wèn)題，作為汽車最重要的部件之一，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的保養(yǎng)維修必然是大家最關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題，而熟悉汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)跟原理是保護(hù)和維修好汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的前提條件。因此，隨著汽車數(shù)量的增多，汽車使用者的普及，對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的了解將會(huì)越來(lái)越普遍。</p><p>　　V8發(fā)動(dòng)機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中享有很高地位的一種，對(duì)于汽車愛(ài)好者，汽車使用者，汽車維修者等眾多人來(lái)說(shuō)，掌握它的結(jié)構(gòu)跟原理是很

29、具有現(xiàn)實(shí)意義的，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是基于UG對(duì)V8發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行建模展示結(jié)構(gòu)，做運(yùn)動(dòng)仿真展示原理，形象地將結(jié)構(gòu)模型與工作過(guò)程相結(jié)合共同闡述其工作原理，這樣就讓模型與原理文字形象直觀地結(jié)合在了一起，更容易理解。因此，做這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)不管從技術(shù)角度還是從時(shí)代要求的角度看都很具有意義的。論文將通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的模型結(jié)構(gòu)（圖片）與工作過(guò)程相結(jié)合形象而直觀地展現(xiàn)其工作原理，更便于讀者去理解掌握。</p><p>　　2 V8發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)

30、構(gòu)建模與解析</p><p><b>　　2.1 總體結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　汽油機(jī)由以下兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系、潤(rùn)滑系、冷卻系、點(diǎn)火系和起動(dòng)系組成。它是借由燃燒氣體產(chǎn)生動(dòng)力經(jīng)過(guò)活塞連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)曲軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。再通過(guò)鏈傳動(dòng)進(jìn)一步帶動(dòng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)，從而使配氣系統(tǒng)循環(huán)工作，不斷燃燒氣體產(chǎn)生動(dòng)力，從而使整個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)循環(huán)。本次設(shè)

31、計(jì)主要針對(duì)汽油機(jī)當(dāng)中V8發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行研究，V8，內(nèi)燃機(jī)的汽缸排列型式之一，他的8個(gè)氣缸分成兩組，每組4個(gè)，成V型排列。而這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我主要是基于UG對(duì)V8發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部分進(jìn)行建模,這章我們將對(duì)V8發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部分進(jìn)行模型展示并對(duì)一些結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行分析。</p><p>　　V8發(fā)動(dòng)機(jī)的零件裝配圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 發(fā)動(dòng)機(jī)總體裝配圖</p><p

32、>　　V8發(fā)動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部分是曲柄連桿機(jī)構(gòu)跟配氣機(jī)構(gòu)兩大機(jī)構(gòu)，除了這兩大機(jī)構(gòu)還包括五大系統(tǒng)，即燃料供給系、潤(rùn)滑系、冷卻系、點(diǎn)火系和起動(dòng)系，這五大系統(tǒng)與兩大機(jī)構(gòu)相互配合工作，發(fā)動(dòng)機(jī)各部分的位置結(jié)構(gòu)大致如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 發(fā)動(dòng)機(jī)的刨切圖 </p><p>　　2.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　2.2.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的建

33、模</p><p>　　曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，他主要有汽缸體曲軸箱組，活塞連桿組和曲軸飛輪組組成。他的作用主要是把高壓氣體作用在活塞頂部的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的扭矩，通過(guò)傳動(dòng)系傳給驅(qū)動(dòng)輪（即進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換）。其中曲柄連桿機(jī)構(gòu)的零件裝配圖如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)裝配</p><p>　?。?）活塞連桿組，作用是將燃料燃燒時(shí)產(chǎn)

34、生的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，再通過(guò)連桿將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而對(duì)外輸出功率。其具體結(jié)構(gòu)如圖2-4所示：</p><p>　　圖2-4 活塞連桿組</p><p>　　(2)曲軸飛輪組，功用是把活塞、連桿傳來(lái)的氣體作用力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，用于驅(qū)動(dòng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)以及其他輔助裝置。其具體結(jié)構(gòu)如圖2-5所示：</p><p>　　圖2-5

35、 曲軸飛輪組</p><p><b>　　2.3 配氣機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　2.3.1 配氣機(jī)構(gòu)的建模</p><p>　　配氣機(jī)構(gòu)是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的主要機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)主要作用是按照發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的作功順序和每一汽缸工作循環(huán)的要求，定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉各汽缸的進(jìn)、排氣門，配合發(fā)動(dòng)機(jī)各缸實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣的工作過(guò)程。配氣機(jī)構(gòu)主要由氣門組

36、和氣門傳動(dòng)組組成。其中氣門組跟氣門傳動(dòng)組的主要結(jié)構(gòu)如圖2-6所示：</p><p>　　圖2-6 配氣機(jī)構(gòu)</p><p>　　2.3.2 配氣機(jī)構(gòu)的原理解析</p><p><b>　　1．配氣相位</b></p><p>　　“配氣相位”是發(fā)動(dòng)機(jī)（每個(gè)汽缸）的進(jìn)、排氣門從開(kāi)啟（時(shí)刻）到關(guān)閉（時(shí)</p>

37、<p>　　刻）曲軸所旋轉(zhuǎn)的角度。在配氣凸輪軸的凸輪形線不變的情況下，進(jìn)、排氣門從開(kāi)啟到關(guān)閉曲軸旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)量（即進(jìn)、排氣門的總開(kāi)啟角度）是不變的。V8發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位如圖2-7所示：</p><p>　　圖2-7 V8發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位</p><p>　　(1).進(jìn)、排氣持續(xù)角</p><p>　　從圖2-7可以看到：發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中，排氣門在做

38、功行程活塞到達(dá)下止點(diǎn)前一定距離時(shí)開(kāi)啟，即排氣門提前開(kāi)啟，把此時(shí)曲柄與活塞位于下止點(diǎn)時(shí)曲柄之間的夾角叫做“排氣提前角”，用“”表示（一般為40°～80°）；而在排氣行程活塞越過(guò)上止點(diǎn)一定距離后排氣門才關(guān)閉，即排氣門延遲關(guān)閉，把此時(shí)曲柄與活塞位于上止點(diǎn)時(shí)曲柄之間的夾角叫做“排氣延遲角”，用“”表示（一般為10°～45°）。進(jìn)氣門在排氣行程活塞到達(dá)上止點(diǎn)前一定距離時(shí)開(kāi)啟，即排氣門提前開(kāi)啟，把此時(shí)曲柄與活

39、塞位于上止點(diǎn)時(shí)曲柄之間的夾角叫做“進(jìn)氣提前角”，用“”表示（一般為10°～45°）；而在進(jìn)氣行程活塞越過(guò)下止點(diǎn)一定距離后進(jìn)氣門才關(guān)閉，即進(jìn)氣門延遲關(guān)閉，把此時(shí)曲柄與活塞位于下止點(diǎn)時(shí)曲柄之間的夾角叫做“進(jìn)氣延遲角”，用“”表示（一般為40°～80°）。</p><p>　　排氣門從開(kāi)啟（氣門升程1mm）到關(guān)閉（氣門還有1mm升程）曲軸所旋轉(zhuǎn)的角度數(shù)叫做“排氣持續(xù)角”；進(jìn)氣門從

40、開(kāi)啟（氣門升程1mm）到關(guān)閉（氣門還有1mm</p><p>　　升程）曲軸所旋轉(zhuǎn)的角度數(shù)叫做“進(jìn)氣持續(xù)角”。如圖2-8、圖2-9所示。</p><p>　　圖2-8 進(jìn)氣跟排氣各種角的示意圖</p><p>　　圖2-9 進(jìn)氣跟排氣各種角的示意圖</p><p>　　進(jìn)、排氣門提前開(kāi)啟和延遲關(guān)閉的目的是改善進(jìn)、排氣狀況，使排氣干凈、進(jìn)氣

41、充足，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能和降低燃油消耗。</p><p><b>　?。?）.氣門重疊角</b></p><p>　　從圖2-7中還可以看到：在排氣行程活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，由于進(jìn)氣門提前開(kāi)啟、排氣門延遲關(guān)閉，使進(jìn)、排氣門同時(shí)開(kāi)啟著。稱為“氣門疊開(kāi)”。從進(jìn)氣門開(kāi)啟時(shí)曲柄與排氣門關(guān)閉時(shí)曲柄之間的夾角（曲軸所旋轉(zhuǎn)的角度數(shù)），“”與“”之和稱為“氣門重疊角”。</p&

42、gt;<p><b>　　2．配氣正時(shí)</b></p><p>　　一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的“配氣相位”，是根據(jù)該發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能等要求特性，在設(shè)計(jì)制造時(shí)通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算確定的，由配氣凸輪的形線決定。為保證進(jìn)、排氣門的提前開(kāi)啟角正確，必須在安裝配氣凸輪軸時(shí)，使凸輪軸相對(duì)于曲軸的角度正確，這就是“配氣正時(shí)”?！芭錃庹龝r(shí)”，是指配氣機(jī)構(gòu)與曲軸連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)作必須協(xié)調(diào)一致，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

43、氣門在活塞處于什么位置時(shí)開(kāi)啟（或關(guān)閉），在凸輪形線確定的情況下，由配氣機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)件、凸輪軸安裝時(shí)相對(duì)于曲軸的角度決定。</p><p>　　在多缸機(jī)型中，幾個(gè)活塞不同時(shí)到達(dá)上止點(diǎn)，故有兩個(gè)或兩個(gè)以上止點(diǎn)標(biāo)記如圖2-10所示；</p><p>　　圖2-10 上止點(diǎn)標(biāo)記示意圖</p><p>　　另一對(duì)標(biāo)記表示活塞位于壓縮行程上止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)、排氣門應(yīng)處在同時(shí)關(guān)閉的位置

44、，其動(dòng)標(biāo)記通常設(shè)在從動(dòng)鏈輪上或凸輪軸端面上，靜標(biāo)記或設(shè)在汽缸頭上或</p><p>　　以凸輪軸軸承座孔剖分面為標(biāo)記，如圖2-11、圖2-12所示。</p><p>　　圖2-11 動(dòng)標(biāo)記位置示意圖</p><p>　　圖2-12 靜標(biāo)記位置示意圖</p><p>　　用齒輪傳動(dòng)的配氣機(jī)構(gòu)，其動(dòng)、靜標(biāo)記則設(shè)在兩嚙合的齒輪上，如圖2-13所

45、示。</p><p>　　圖2-13 對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記</p><p>　　正常情況下，只要將上述兩對(duì)標(biāo)記同時(shí)對(duì)準(zhǔn)后進(jìn)行安裝，就能保證配氣正時(shí)；</p><p>　　也只有將上述兩對(duì)標(biāo)記同時(shí)對(duì)準(zhǔn)后進(jìn)行安裝，才能保證配氣正時(shí)。</p><p><b>　　2.4 冷卻系統(tǒng)</b></p><p>　　他

46、的冷卻系統(tǒng)主要由水套、水泵、散熱器、風(fēng)扇、節(jié)溫器等組成。冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水泵的零件裝配圖如圖2-14所示:</p><p><b>　　圖2-14 水泵</b></p><p><b>　　2.5 潤(rùn)滑系統(tǒng)</b></p><p>　　潤(rùn)滑系統(tǒng)主要

47、由機(jī)油泵、集濾器、限壓閥、油道、機(jī)油濾清器等組成。其功用是向作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面輸送定量的清潔潤(rùn)滑油，以實(shí)現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機(jī)件的磨損。并對(duì)零件表面進(jìn)行清洗和冷卻。油泵的零件裝配圖如圖2-15所示：</p><p>　　圖2-15 油泵跟油管</p><p><b>　　2.6 供給系統(tǒng)</b></p><p>　　供給系統(tǒng)主要

48、由汽油濾清器、進(jìn)氣歧管、排氣歧管等組成。電控燃油噴射式由空氣供給系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)組成。汽油機(jī)燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去；進(jìn)氣管跟排氣歧管的零件如圖2-16和圖2-17所示：</p><p>　　圖 2-16 進(jìn)氣歧管</p><p>　　圖2-17 排氣歧管</p>&

49、lt;p><b>　　2.7 起動(dòng)系統(tǒng)</b></p><p>　　主要由起動(dòng)機(jī)及其附屬裝置組成。功能：要使發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)過(guò)渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，使活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)使曲軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)才能自行運(yùn)轉(zhuǎn)，工作循環(huán)才能自動(dòng)進(jìn)行。因此，曲軸在外力作用下開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)到發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始自動(dòng)地怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的全過(guò)程，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。完成起動(dòng)過(guò)程

50、所需的裝置，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)系。本次設(shè)計(jì)主要對(duì)電機(jī)進(jìn)行了模型的建造，電機(jī)的零件圖如圖2-18所示：</p><p><b>　　圖2-18 電機(jī)</b></p><p><b>　　2.8 點(diǎn)火系統(tǒng)</b></p><p>　　主要由統(tǒng)式由蓄電池、發(fā)電機(jī)、點(diǎn)火線圈、斷電器、火花塞等組成。功能：在汽油機(jī)中，氣缸內(nèi)的可燃混

51、合氣是靠電火花點(diǎn)燃的，為此在汽油機(jī)的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。能夠按時(shí)在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設(shè)備稱為點(diǎn)火系。由于本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)工作過(guò)程的仿真，并未對(duì)火花塞等一些與運(yùn)動(dòng)過(guò)程無(wú)關(guān)的小零件進(jìn)行建模。</p><p>　　3 基于UG的V8發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真分析</p><p>　　3.1 V8發(fā)動(dòng)機(jī)的基本原理介紹</p><p>　　它是借由

52、燃燒氣體產(chǎn)生動(dòng)力經(jīng)過(guò)活塞連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)曲軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。再通過(guò)鏈傳動(dòng)進(jìn)一步帶動(dòng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)，從而使配氣系統(tǒng)循環(huán)工作，不斷燃燒氣體產(chǎn)生動(dòng)力，從而使整個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)循環(huán)。他的工作過(guò)程主要由四部分組成，即進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)行程。</p><p><b>　　1．進(jìn)氣行程 </b></p><p>　　活塞在曲軸的帶動(dòng)下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。此時(shí)排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門開(kāi)啟。在活塞移動(dòng)過(guò)

53、程中，氣缸容積逐漸增大，氣缸內(nèi)形成一定的真空度?？諝夂退酒偷幕旌衔锿ㄟ^(guò)進(jìn)氣門被吸入氣缸，并在氣缸內(nèi)進(jìn)一步混合形成可燃混合氣。如圖3-1：</p><p>　　圖3-1 進(jìn)氣行程</p><p><b>　　2． 壓縮行程</b></p><p>　　進(jìn)氣行程結(jié)束后，曲軸繼續(xù)帶動(dòng)活塞由下止點(diǎn)移至上止點(diǎn)。這時(shí)，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。隨著活塞移動(dòng)，

54、氣缸容積不斷減小，氣缸內(nèi)的混合氣被壓縮，其壓力和溫度同時(shí)升高。如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 壓縮行程</p><p><b>　　3． 作功行程</b></p><p>　　壓縮行程結(jié)束時(shí)，安裝在氣缸蓋上的火花塞產(chǎn)生電火花，將氣缸內(nèi)的可燃混合氣點(diǎn)燃，火焰迅速傳遍整個(gè)燃燒室，同時(shí)放出大量的熱能。燃燒氣體的體積急劇膨脹，壓力和溫

55、度迅速升高。在氣體壓力的作用下，活塞由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)，并通過(guò)連桿推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)作功。這時(shí)，進(jìn)、排氣門仍舊關(guān)閉。如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3 作功行程</p><p><b>　　4． 排氣行程</b></p><p>　　排氣行程開(kāi)始，排氣門開(kāi)啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，曲軸通過(guò)連桿帶動(dòng)活塞由下止點(diǎn)移至上止點(diǎn)，此時(shí)膨脹過(guò)后的燃燒氣體

56、(或稱廢氣)在其自身剩余壓力和在活塞的推動(dòng)下，經(jīng)排氣門排出氣缸之外。當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，排氣行程結(jié)束，排氣門關(guān)閉。如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 排氣行程</p><p>　　3.2 V8發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真分析</p><p>　　3.2.1 基于UG的V8發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真過(guò)程</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)主要運(yùn)動(dòng)部分包括曲柄

57、連桿機(jī)構(gòu)跟配氣機(jī)構(gòu)，此次仿真主要針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部分進(jìn)行仿真，因此對(duì)一些與仿真無(wú)關(guān)的零件進(jìn)行隱藏處理，他主要運(yùn)動(dòng)部分零件裝配圖如圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6 主運(yùn)動(dòng)部分裝配圖</p><p><b>　　1．裝配圖的導(dǎo)入:</b></p><p>　　首先我們?cè)赨G軟件下打開(kāi)如圖3-6所示的V8發(fā)動(dòng)機(jī)裝配圖，在【啟動(dòng)】目錄

58、下打開(kāi)【運(yùn)動(dòng)仿真】選項(xiàng)，在【運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器】上右擊裝配文件名，在彈出的【環(huán)境】對(duì)話框中選擇【動(dòng)力學(xué)】，單擊【確定】按鈕。在彈出的【機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副向?qū)А繉?duì)話框中單擊【確定】按鈕，把裝配圖中的構(gòu)件自動(dòng)轉(zhuǎn)換成連桿，裝配關(guān)系映射成仿真模塊里的運(yùn)動(dòng)副。在彈出的【主模型到仿真的配對(duì)條件轉(zhuǎn)換】對(duì)話框中選擇【是】。</p><p><b>　　2．連桿的設(shè)置:</b></p><p>　　由

59、于如圖3-6所示的裝配圖中，有很多零件時(shí)不涉及運(yùn)動(dòng)但是在步驟1里面也被轉(zhuǎn)換成了連桿，因此我把連桿都刪除掉，重新進(jìn)行連桿設(shè)置。涉及運(yùn)動(dòng)的部件數(shù)量總結(jié)為如表3-1所示，連桿設(shè)置情況如圖3-7所示: </p><p>　　表3-1 運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量總結(jié)表</p><p><b>　　單位:個(gè)</b></p><p>　　圖3-7 連桿設(shè)置信息欄<

60、;/p><p><b>　　3．添加運(yùn)動(dòng)副:</b></p><p>　　選擇【運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器】下的Joints中的每個(gè)運(yùn)動(dòng)副與裝配圖對(duì)照，由于這些運(yùn)動(dòng)副都是自動(dòng)轉(zhuǎn)化得到的，因此，很多是不正確的，為了避免工作的繁瑣我把這些運(yùn)動(dòng)副都刪掉了，重新對(duì)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行一個(gè)個(gè)添加運(yùn)動(dòng)副。以下是各個(gè)運(yùn)動(dòng)副詳細(xì)的添加情況：</p><p>　?。?）左一連桿與曲軸之間添

61、加的旋轉(zhuǎn)副如圖3-8所示，右一連桿與曲軸添加的旋轉(zhuǎn)副跟左一連桿與曲軸之間的旋轉(zhuǎn)副類似，就指定矢量的方向是相反的。如圖3-9所示：</p><p>　　圖3-8 連桿與曲軸之間的旋轉(zhuǎn)副</p><p>　　圖 3-9 連桿與曲軸之間的旋轉(zhuǎn)副</p><p>　　（2）連桿與活塞之間添加的旋轉(zhuǎn)副如圖3-10所示，其余七個(gè)連接也是一樣，運(yùn)動(dòng)情況相同，故也是添加旋轉(zhuǎn)副。

62、</p><p>　　圖3-10 連桿與活塞之間的旋轉(zhuǎn)副</p><p>　　（3）對(duì)活塞固定滑動(dòng)副如圖3-11所示，一共有八個(gè)活塞，他們的添加情況也是一樣。</p><p>　　圖3-11 活塞自身的固定滑動(dòng)副</p><p>　　(4)對(duì)一個(gè)曲軸跟兩個(gè)凸輪軸自身添加一個(gè)固定旋轉(zhuǎn)副，因?yàn)樗麄兌际亲陨磙D(zhuǎn)動(dòng)，所以在添加過(guò)程中我們不選嚙合齒輪

63、，其旋轉(zhuǎn)副分別如圖3-12和3-13所示：</p><p>　　圖3-12 曲軸自身的旋轉(zhuǎn)副</p><p>　　圖3-13 凸輪軸自身的旋轉(zhuǎn)副</p><p>　　（5）對(duì)氣門自身添加固定滑動(dòng)副，如圖3-14所示，一共有16個(gè)氣門，由于他們運(yùn)動(dòng)情況一樣，因此都是添加固定滑動(dòng)副。</p><p>　　圖3-14 氣門自身的固定滑動(dòng)副&l

64、t;/p><p>　　（6）對(duì)搖桿添加固定旋轉(zhuǎn)副，如圖3-15所示，搖桿跟氣門的個(gè)數(shù)一樣16個(gè)，而且他們的運(yùn)動(dòng)情況也相同，所以都添加固定旋轉(zhuǎn)副。</p><p>　　圖3-15 搖桿自身的固定滑動(dòng)副</p><p>　　我們一共添加了58個(gè)各種類型的運(yùn)動(dòng)副，運(yùn)動(dòng)副添加情況如圖3-16所示：</p><p>　　圖 3-16 運(yùn)動(dòng)副添加信息欄&

65、lt;/p><p>　　在添加好運(yùn)動(dòng)副之后我們可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)律的仿真，右擊【運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器】上的仿真項(xiàng)目motion＿1，新建解算方案，在解算方案里面我們根據(jù)自己需要的時(shí)間跟步數(shù)設(shè)置好之后確定就可以進(jìn)行求解了。仿真界面如圖3-17所示：</p><p>　　圖3-17 仿真界面</p><p>　　3.2.2 V8發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果分析檢驗(yàn)</p>&l

66、t;p>　　V8發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火間隔為，4個(gè)曲拐互成，如圖3-16所示，根據(jù)表3-2工作順序大概可以分為兩種：和。由表3-2我們可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)氣缸內(nèi)每經(jīng)歷一個(gè)工作行程曲軸將旋轉(zhuǎn)180°，也就是說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)氣缸內(nèi)每經(jīng)歷四個(gè)完整的行程曲軸將旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖3-16 V8發(fā)動(dòng)機(jī)缸體與曲拐的示意圖</p><p>　　表3-2 四沖程V8發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況<

67、/p><p>　　我們根據(jù)曲軸所轉(zhuǎn)過(guò)的角度來(lái)設(shè)置時(shí)間，以曲軸轉(zhuǎn)過(guò)0°作為時(shí)間的起始點(diǎn)0，當(dāng)曲軸每次轉(zhuǎn)過(guò)90°記一個(gè)時(shí)間單位T。</p><p>　　1．首先我們以第一缸右的做功行程為例分析其他七個(gè)氣缸的工作情況，一個(gè)行程曲軸將轉(zhuǎn)過(guò)180°，根據(jù)表3-2知，我們將分析在時(shí)間段0到2T之間各個(gè)缸體的工作情況。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序，我們可以總結(jié)出各個(gè)缸體的工作情況所示如

68、表3-3所示： </p><p>　　表3-3 各氣缸在0-2T內(nèi)的工作狀態(tài)</p><p>　　我們把裝配好的V8發(fā)動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部分在三維軟件UG下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，運(yùn)動(dòng)仿真中，我們以第一右缸的作功行程即在時(shí)間0-2T內(nèi)為研究對(duì)象，仿真圖片如圖3-17所示，從仿真中我們可以得到各個(gè)缸體的工作情況如下:</p><p>　　(1).0-T時(shí)間內(nèi)：</p>

69、<p>　　L1處于壓縮行程，L2處于排氣行程，L3處于進(jìn)氣行程，L4處于進(jìn)氣行程,</p><p>　　R1處于作功行程，R2處于排氣行程，R3處于作功行程，R4處于壓縮行程。</p><p>　　(2).T-2T時(shí)間內(nèi)：</p><p>　　L1處于作功行程，L2處于排氣行程，L3處于進(jìn)氣行程，L4處于壓縮行程,</p><p&g

70、t;　　R1處于作功行程，R2處于進(jìn)氣行程，R3處于排氣行程，R4處于壓縮行程。</p><p>　　這與表3-3總結(jié)出來(lái)的理論工作情況完全符合，說(shuō)明仿真符合實(shí)際。</p><p>　　圖3-17 0-2T內(nèi)各氣缸工作情況</p><p>　　2．對(duì)第一左缸的作功行程分析其他七個(gè)缸體的工作情況，由表3-1可知，第一左缸作功行程即為曲軸轉(zhuǎn)過(guò)90°到270&

71、#176;的過(guò)程，就是說(shuō)我們將研究時(shí)間段T-3T內(nèi)各個(gè)氣缸的工作情況。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序，我們可以總結(jié)出各個(gè)缸體的工作情況所示如表3-4所示： </p><p>　　表3-4 各氣缸在T-3T內(nèi)的工作狀態(tài)</p><p>　　我們把裝配好的V8發(fā)動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部分在三維軟件UG下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，運(yùn)動(dòng)仿真中，我們以第一右缸的作功行程即在時(shí)間0-2T內(nèi)為研究對(duì)象，仿真圖片如圖3-18所示，從仿

72、真中我們可以得到各個(gè)缸體的工作情況如下:</p><p>　　(1).T-2T時(shí)間內(nèi)：</p><p>　　L1處于作功行程，L2處于排氣行程，L3處于進(jìn)氣行程，L4處于壓縮行程,</p><p>　　R1處于作功行程，R2處于進(jìn)氣行程，R3處于排氣行程，R4處于壓縮行程。</p><p>　　(2).2T-3T時(shí)間內(nèi)：</p>

73、<p>　　L1處于作功行程，L2處于進(jìn)氣行程，L3處于壓縮行程，L4處于壓縮行程,</p><p>　　R1處于排氣行程，R2處于進(jìn)氣行程，R3處于排氣行程，R4處于作功行程。</p><p>　　這與表3-3總結(jié)出來(lái)的理論工作情況完全符合，說(shuō)明仿真符合實(shí)際。</p><p>　　圖3-18 T-2T內(nèi)各氣缸工作情況</p><p

74、>　　按照步驟（1）(2)針對(duì)其他六個(gè)缸體的作功行程依據(jù)同樣的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，都符合實(shí)際，在此將不一一列舉。</p><p>　　4 V8發(fā)動(dòng)機(jī)的主要傳動(dòng)部件的有限元分析</p><p>　　4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的模態(tài)分析</p><p>　　曲軸作為一個(gè)復(fù)雜的彈性連續(xù)體，它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有著重要的影響。在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)往往成為曲斷裂的主要原因。要

75、設(shè)計(jì)一款曲軸，必須考慮其振動(dòng)、噪聲等特，而對(duì)曲軸的模態(tài)分析卻是必不可少的。模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用。態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)特性，每一個(gè)模態(tài)具有特定的固有頻率、振型，這些參數(shù)可以由計(jì)算或試驗(yàn)取得。討論的是模態(tài)分析中的計(jì)算模態(tài)分析。曲軸在工作過(guò)程中不斷的受到復(fù)雜的交變的沖擊載荷激勵(lì)，隨之產(chǎn)生了橫向、縱向以及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，當(dāng)某一激勵(lì)力的頻率和曲軸其中一階固有頻率相同或者相近時(shí)，產(chǎn)生軸系的共振，這足

76、以導(dǎo)致曲軸的疲勞斷裂。對(duì)曲軸的模態(tài)分析是對(duì)曲軸的振動(dòng)特性分析，為振動(dòng)故障及結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。自由模態(tài)分析反應(yīng)了曲軸剛體的固有特性，而約束模態(tài)分析更能夠模擬曲軸安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體中所表現(xiàn)的固有特性。利用了有限元方法對(duì)V8 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸進(jìn)行了約束模態(tài)分析，得到其固有頻率和振型，為后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。</p><p>　　4.1.1 曲軸部件模型的簡(jiǎn)化</p><p>　　此項(xiàng)

77、目以V8發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸為研究對(duì)象, 共有4個(gè)連桿軸頸和5個(gè)主軸頸， 其主要尺寸參數(shù)如下: 主軸頸長(zhǎng)度為26mm， 主軸頸直徑為67 mm, 曲柄銷長(zhǎng)度為50mm， 曲柄銷直徑為53 mm。本文通過(guò)在UG 三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件中建立曲軸的模型 , 然后導(dǎo)入到AWE中, 簡(jiǎn)化了三維實(shí)體建模的工作量。</p><p>　　由參考文獻(xiàn)[7]知, 在進(jìn)行曲軸實(shí)體建模時(shí), 為使有限元網(wǎng)格化與實(shí)體結(jié)構(gòu)一致, 保證計(jì)算結(jié)果的模態(tài)特性,

78、在不影響結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的原則下, 對(duì)曲軸體內(nèi)小尺寸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了省略簡(jiǎn)化處理, 建成的曲軸三維實(shí)體模型如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 曲軸的簡(jiǎn)化三維模型</p><p>　　4.1.2 曲軸模型參數(shù)與邊界條件的設(shè)置</p><p><b>　　1．模型參數(shù)的設(shè)置</b></p><p>　　進(jìn)行模態(tài)分析前

79、曲軸的材料參數(shù)設(shè)置，材料參數(shù)設(shè)置如表4-1所示：</p><p>　　表4-1 材料特性</p><p><b>　　2．網(wǎng)格劃分</b></p><p>　　進(jìn)入Modal 模塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分采用四面體網(wǎng)格，網(wǎng)格大小合適，單元尺寸設(shè)置為0.01m，共有47912個(gè)節(jié)點(diǎn)，29413個(gè)有限單元，有限元模型如圖4-2 所示。</p&

80、gt;<p>　　圖4-2 曲軸的有限元模型</p><p><b>　　3．添加約束</b></p><p>　　在對(duì)整體曲軸進(jìn)行計(jì)算模態(tài)分析時(shí)，采用不同的約束對(duì)分析結(jié)果將會(huì)產(chǎn)生直接的影響，邊界條件不同，所求得的模態(tài)參數(shù)也不同。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，曲軸受到主軸承和縱向止推軸承的約束，縱向止推軸承可以有效防止曲軸的軸向竄動(dòng)，保證連桿活塞組正常工作。

81、該曲軸有5 個(gè)主軸頸，模擬實(shí)際情況對(duì)曲軸的5個(gè)主軸頸分別施加無(wú)摩擦約束（Frictionless support），即軸頸表面徑向的對(duì)稱約束。為控制發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)曲軸的軸向竄動(dòng)，在曲軸上設(shè)置有軸向定位裝置。但是又要保證曲軸在受熱膨脹時(shí)有一定的自由伸長(zhǎng)量，所以曲軸上只能有一處軸向定位。為模擬軸向定位約束，在曲軸后端面施加了軸向位移約束，即：X=0。</p><p>　　4.1.3 結(jié)果后處理分析</p>

82、;<p>　　由于曲軸的低階模態(tài)才對(duì)曲軸的振動(dòng)分析有實(shí)際的參考價(jià)值[5]，利用有限元軟件求得了曲軸前6階（n=6）模態(tài)，其中曲軸第1 階模態(tài)固有頻率為0，為剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)模態(tài)，對(duì)剛體的振動(dòng)分析沒(méi)有實(shí)際意義。各階固有頻率，如表4-2 所示。表中：n—模態(tài)的階次；—曲軸的固有頻率。</p><p>　　表4-2 前六階固有頻率參數(shù)(單位：Hz)</p><p>　　利用ANSYS

83、Workbench 求出曲軸前6 階的振型。在此我選擇了比較有代表性的第3、4、5階的振型圖進(jìn)行分析，如圖4-3所示，。從振型圖可以看出，第3 階固有頻率下發(fā)生曲軸的縱向彎曲振動(dòng)，第二主軸頸上的平衡塊變形較大；；第4階發(fā)生縱向彎曲振動(dòng)，如圖4-4 所示。其中第四主軸頸上的平衡塊變形較大；第5 階發(fā)生曲軸的橫向彎曲振動(dòng)，如圖4-5 所示。第四主軸頸部位平衡塊變形較大。</p><p>　　圖4-3 第三階振型圖&

84、lt;/p><p>　　圖4-4 第四階振型圖</p><p>　　圖4-5 第五階振型圖</p><p>　　4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)連桿部件靜態(tài)分析</p><p>　　連桿是內(nèi)燃機(jī)組成的重要傳動(dòng)零件之一, 其作用是連接活塞與曲軸, 將作用在活塞上的力傳給曲軸, 使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 對(duì)外輸出做功。連桿工作時(shí), 小端作往復(fù)運(yùn)動(dòng),

85、 大端作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 桿身作復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng), 因此連桿的受力情況十分復(fù)雜 。連桿也是承受負(fù)荷最嚴(yán)重的零件之一, 同時(shí)承受活塞傳來(lái)的氣體壓力、往復(fù)慣性力和本身擺動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力作用。連桿一旦出現(xiàn)彎曲和扭曲, 會(huì)產(chǎn)生活塞拉缸外, 還會(huì)導(dǎo)致活塞、汽缸、曲軸等機(jī)件出現(xiàn)不正常的磨損, 很容易引起疲勞破壞而斷裂, 從而造成極嚴(yán)重的后果。因此，對(duì)連桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)尤為重要，而對(duì)連桿部件進(jìn)行靜態(tài)分析可以為連桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)等提供理論依據(jù)。</p>

86、<p>　　4.2.1 連桿部件模型的簡(jiǎn)化</p><p>　　此項(xiàng)目以V8發(fā)動(dòng)機(jī)連桿為研究對(duì)象, 其主要尺寸參數(shù)如下:連桿小頭端內(nèi)直徑22mm，外直徑30mm，連桿大頭端內(nèi)直徑57mm，外直徑67mm，連桿長(zhǎng)104mm。在UG中將建好的連桿的三維模型保存為STEP 文件，接著導(dǎo)入ANSYS Workbench的Geometry 中。在不影響結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的原則下, 對(duì)曲軸體內(nèi)小尺寸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了省略簡(jiǎn)

87、化處理, 建成的曲軸三維實(shí)體模型如圖4-6所示：</p><p>　　圖4-6 連桿的簡(jiǎn)化三維模型</p><p>　　4.2.2 連桿部件模型參數(shù)與邊界條件的設(shè)置</p><p><b>　　1．模型參數(shù)的設(shè)置</b></p><p>　　進(jìn)行靜態(tài)分析前曲軸的材料參數(shù)設(shè)置，材料參數(shù)設(shè)置如表4-1所示：</p&

88、gt;<p>　　表4-1 材料特性</p><p><b>　　2．網(wǎng)格劃分</b></p><p>　　進(jìn)入Modal 模塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分采用四面體網(wǎng)格，網(wǎng)格大小合適，單元尺寸設(shè)置為0.01m，共有10929個(gè)節(jié)點(diǎn)，6089個(gè)有限單元，有限元模型如圖4-7 所示。</p><p>　　圖4-6 連桿的簡(jiǎn)化三維模型&

89、lt;/p><p>　　3．約束條件和施加載荷</p><p>　　邊界條件施加與工程實(shí)際是否吻合直接影響到分析結(jié)果的正確性、合理性。在實(shí)際工程中, 汽車連桿的大頭孔是與軸承配合的, 而小頭孔的90°范圍內(nèi)受到面壓力的作用。</p><p>　　“ANSYS” 中選取大圓孔的內(nèi)表面以及Y = 0 的所有面施加對(duì)稱約束, 在小孔的內(nèi)表面上施加面壓力,本次項(xiàng)目直接

90、在連桿上施加均布載荷的方法，施加力為7.86E-6Pa。約束跟載荷的施加情況如圖4-7所示：</p><p>　　圖4-7 約束跟載荷的施加</p><p>　　4.1.3 結(jié)果后處理分析</p><p>　　連桿應(yīng)力分析云圖、應(yīng)變分析云圖跟總變形分析云圖分別如圖4-8、圖4-9、圖4-10所示，從圖4-8我們可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力最大處出現(xiàn)在小頭端與桿身的接觸部分，從

91、圖4-9可以看出最大應(yīng)變也是小頭端與桿身的接觸處。而從總變形分析云圖里面可以看出最大變形在小頭桿內(nèi)表面。</p><p>　　圖4-8 連桿應(yīng)力分析云圖</p><p>　　圖4-9 連桿應(yīng)變分析云圖</p><p>　　圖4-10 連桿總變形云圖</p><p>　　結(jié) 語(yǔ)</p><p>　　V

92、8發(fā)動(dòng)機(jī)作為高端發(fā)動(dòng)機(jī)中的一種，不僅有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，還隱藏著眾多原理，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)主要體現(xiàn)在三個(gè)部分，基于UG對(duì)V8發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行建模展示結(jié)構(gòu)，基于UG做運(yùn)動(dòng)仿真展示原理以及基于ANSYS Workbench軟件對(duì)V8發(fā)動(dòng)機(jī)主要傳動(dòng)部件進(jìn)行有限元分析。第一部分，根據(jù)建好的模型對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行圖文展示以及對(duì)一些結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，便于讀者了解相關(guān)的部件名稱，掌握部件相應(yīng)的功能等等。第二部分，把裝配好的主要運(yùn)動(dòng)部分進(jìn)行仿真，論文展示了詳細(xì)的

93、仿真過(guò)程，如裝配體的導(dǎo)入，連桿的設(shè)置，運(yùn)動(dòng)副的設(shè)置，為了檢驗(yàn)仿真正確性還對(duì)仿真過(guò)程進(jìn)行了檢驗(yàn)分析，通過(guò)仿真里面各個(gè)缸體的工作情況跟理論工作情況進(jìn)行對(duì)比，讓仿真更具有說(shuō)服力。第三部分，對(duì)曲軸跟連桿進(jìn)行有限元分析，我們都知道曲軸跟連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)中最主要的傳動(dòng)部件，對(duì)他們進(jìn)行有限元分析時(shí)意義重大，可以為連桿跟曲軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有力的理論。</p><p>　　通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅充實(shí)了我對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的知識(shí)，提高了我對(duì)UG軟

94、件的使用能力，學(xué)習(xí)了一些新軟件的使用。更讓我學(xué)習(xí)到了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、多分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)</p><p>　　[1] 譚本忠．看圖學(xué)修汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)．機(jī)械工業(yè)出版社，2012．</p><p>　　[2] 陳新亞．汽車構(gòu)造透視圖典:發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器．機(jī)械工業(yè)出版社，2012．</p><p>　　

95、[3] 陳家瑞．汽車構(gòu)造．機(jī)械工業(yè)出版社，2009． </p><p>　　[4] 應(yīng)華，熊曉萍，姜春曉．UG NX 5.0 機(jī)械設(shè)計(jì)完全自學(xué)手冊(cè)．機(jī)械工業(yè)出版社，2008．</p><p>　　[5] 黃志新，劉成柱．ANSYS Workbench 14.0超級(jí)學(xué)習(xí)手冊(cè)．人民郵電出版社，2013．</p><p>　　[6] 張晉西，張甲瑞，郭學(xué)琴．UG NX

96、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真基礎(chǔ)及實(shí)例．清華大學(xué)出版社，2012．</p><p>　　[7] 李松波，馬星國(guó)，韓輝. 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的模態(tài)分析[J] . 沈陽(yáng)工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2008， 22（4）: 72-74.</p><p>　　[8] 楊國(guó)旗，虞彪.基于ANSYS WORKBENCH的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿有限元分析[A] .裝備制造技術(shù)，2011，（10）：23-25.</p><p>

97、　　[9] 徐建全，鄭秋文.發(fā)動(dòng)機(jī)連桿三維實(shí)體建模和有限元分析[A]. 福建工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，（6）：73-83.</p><p>　　[10] 徐中華，張茜，程偉.基于UG 和ANSYS 的四缸曲軸有限元模態(tài)分析[A] .機(jī)械工程自動(dòng)化，2009，（4）：18-19.</p><p>　　[11] 張宏遠(yuǎn)，龐麗麗，楊曉雨. 六缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸模態(tài)分析[A] .科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008，（

98、15）：60.</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Engine as one of the most important parts of the car, not only has a complex structure, but also hidden many incomprehensible principle, V8

99、Engine is the one which enjoys a high status, for car enthusiasts, car users, car repairers and many other people, grasping its structure and the principle of practical significance is meaningful .The graduation design i

100、s mainly Modeling the V8 Engine structural based on UG to show models, doing sports simulation to show principle and Doing finite element an</p><p>　　Keywords: V8 Engine ; UG ; motion simulation ; finite ele

101、ment</p><p>　　致 謝</p><p>　　通過(guò)幾個(gè)月的學(xué)習(xí)跟忙碌，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)也將結(jié)束了，在做這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)這方面的知識(shí)比較欠缺，資料也是比較泛，經(jīng)常會(huì)缺乏思路找不到方向，遇到了很多難題。在此，我要感謝張日紅老師的幫助，還有跟我一起學(xué)習(xí)的同學(xué)，讓我順利完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。</p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到了許

102、多困難與問(wèn)題。首選，我想感謝指導(dǎo)老師的悉心的幫助跟指導(dǎo)，當(dāng)思路不清晰是給我方向，悉心教我學(xué)習(xí)軟件，在論文的撰寫過(guò)程中也給了許多寶貴的建議跟意見(jiàn)，這些不僅讓我感受到了老師扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，更讓我體會(huì)到了老師耐心的教學(xué)態(tài)度，我也將會(huì)以老師這些優(yōu)良的品質(zhì)為榜樣，在今后的學(xué)習(xí)跟工作中更加積極努力。我還想感謝跟我一起學(xué)習(xí)探討的同學(xué)，在你們的陪伴下也讓我的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程充滿了樂(lè)趣。最后我要感謝學(xué)院的老師們對(duì)我們專業(yè)知識(shí)的指導(dǎo)，感謝學(xué)校學(xué)院給我這個(gè)學(xué)習(xí)的