动机的运动学分析曲柄销点的运动学分析点的运动规律及角的表示点的位移及角的表示点的速度表示点的加速表示点的运动规律三角形摆杆中之夹角的确定点位移速度加速度的表示点的运动规律华中科技大学文华学院毕业设计论文点的位移公式及主连杆的摆角表示点的速度及活塞的速度点的加速度及活塞的加速度特种发动机的动力学分析点的受力分析气体力的模拟求解活塞族往复惯性力的表示活塞销点的合力的分解点的受力分析及其作用效果点的受力分析及其作用效果驱动杆大端质量和曲拐不平衡质量的离心力和驱动杆的驱动力对曲拐的切向力和法向力发动机的指示参数和有效参数发动机的指示参数和有效参数基于热力学的性能参数的计算编程并分析运行得到的结果动力学与运动学的运算结果的比较及分析结束语参考文献致谢附录相关程序附录轴承的图华中科技大学文华学院毕业设计论文注释特种发动机气缸体的强度分析及其结构设计摘要本文所提到的特种发动机是指在普通发动机的基础上，将其连杆改为由主连杆摆杆驱动杆所组成的摆杆机构，就构成了特种发动机的雏形。与普通发动机相比，特种发动机通过对摆杆机构的优化设计，能够克服常规连杆机构的致命弱点，提高连杆机构的驱动效率，达到提高内燃机热效率，降低燃油消耗效，减少排气污染的目的。摆杆机构的受力最终还是作用在发动机机体上的，所以分析摆杆机构的受力及各个杆件的强度是非常有必要的。本文通过对特种发动机进行运动学分析得出了各个杆件节点的位移速度加速度随曲柄转角的变化关系，在此基础上通过动力学分析，得出了各个杆件节点的受力随曲柄转角的变化关系，从而得出点的受力情况。通过语言编程找出点处轴承受力最大的方向，然后在这方向上给轴承加强刚度。改变摆杆机构的设计参数，找到使有效效率最大的组设计方案。在普通发动机结构图纸的基础上，画出了符合国家标准的特种发动机气缸体和摆杆工程图。关键字特种发动机摆杆机构运动学分析动力学分析华中科技大学文华学院毕业设计论文华中科技大学文华学院毕业设计论文华中科技大学文华学院毕业设计论文前言现代内燃机广泛采用的连杆机构都是直线形连杆，且直沿用了近年。直线型连杆的致命弱点是当气缸压力达到峰值阶段时，曲柄与连杆基本上在同条直线上，从而使连杆作用在曲柄上的切向分力很小，热能动力的驱动效率很低而当曲柄与连杆的夹角朝着有利于热能动力效率提升的方向变化时，气缸内的压力已开始呈指数关系急速下降，显得后劲乏力，虽然内燃机缸体内热力循环的完善程度已经很高，但由于其致命弱点，内燃机热效率的提升就变得非常的困难。本文将发动机的连杆变换成摆杆机构，其中，摆杆机构由主连杆，摆杆，驱动杆组成。通过对摆杆机构的优化设计可以达到如下的改善效果，第气缸内压力最大时，曲柄并不是在竖直方向，而是与竖直方向呈定的角度，从而从主连杆传到曲柄切向的力就要大些，因此热能的动力驱动效率得以提高第二气缸内气体的膨胀行程所扫过的角度大于度，从而加长了曲柄的做功行程，使得扭矩和热效率得到很大的提高。华中科技大学文华学院毕业设计论文特种发动机简介特种发动机的结构组成本文所指的特种发动机气缸体部分主要由气缸体活塞主连杆摆杆驱动杆曲柄等部件组成。其中主连杆摆杆驱动杆曲柄称为摆杆机构。图所示图曲柄驱动杆摆杆主连杆曲轴中心点活塞销中心摆杆支点主连杆与摆杆的节点特种发动机的主要参数及其含义如图所示，为气缸中心偏移量，单位为分别为点的和坐标为主连杆对垂直坐标的右偏角为驱动杆对垂直坐标的右偏角为摆杆相对水平坐标的下摆角为曲柄相对垂直坐标的右转角为摆杆结华中科技大学文华学院毕业设计论文构角点为摆杆与驱动杆之间的节点。特种发动机的运动学分析为了求得活塞中心点的运动规律，这里采用从下到上的分析方法，即先求得点的运动规律，再求得驱动杆与摆杆的节点的运动规律，再求得主连杆与摆杆的节点的运动规律，最后求得活塞中心点的运动规律。曲柄销点的运动学分析点的运动规律以点为原点中心点建立直角坐标系，则点的坐标和坐标可以表示为••点的运动速度的两个分量和分别可以表示为••••点的加速度的两个分量和分别可以表示为••••点的运动规律及角的表示点的位移及角的表示如图所示，点的和坐标有两种表示方法，可以分别表示为••和•由和两式可得••由和两式可得•将两式平方后相加并经整理有••••••华中科技大学文华学院毕业设计论文由于式有点复杂，为使其形式简单，这里引进中间变量，故令••••则式可以改写为••由可得出角的表达式，但由此方程很难得到角的表出式，因此，根据倍角公式做如下的变换对于以上两式，再令，在将其带入式，经整理得••••解元次方程得，将还原成，且对本结构而言，只能用其正号解，故得•公式为角与点的轨迹之间也即与角之间的关系式。另外，由点和点的坐标也可以确定和之间的间接关系式，由于，故有点的速度表示将各式对时间求导可以分别得••华中科技大学文华学院毕业设计论文••和••••为了使以上各式的表达更加简洁清楚，这里引进中间变量，令•••••由式和式可得••由式和式可得•••将式和分别求导可得••••••••由式和可得由式和式可得点的加速表示将点的速度表达式至对时间求导可得加速度的表达式如下••••华中科技大学文华学院毕业设计论文按活塞的实际运动方向，点的垂直加速度应该反向，所以有••点的运动规律三角形摆杆中之夹角的确定由于摆杆的边长及结构角已经确定，故三角形已经确定，即角也确定，由余弦定理可得点位移速度加速度的表示由图可知••将以上两式对时间求导可得点速度的表达式••••将以上两式再对时间求导可得点的加速度表达式••••••同理，的加速度也应该像点的加速度样反向，即•••点的运动规律点的位移公式及主连杆的摆角表示由图可知点的坐标始终为，而其坐标又可以由点的坐标表示为•因此，由上式可以确定的公式为点的坐标可以表示为•而实际上，活塞位移的约定方向与的方向是相反的，且其度量单位为。华中科技大学文华学院毕业设计论文所以，活塞的实际位移公式为•，其中，表示曲柄转角为度时在方向的位移表示曲柄转角为度时在方向的位移表示曲柄转角为度时活塞在方向的位移。点的速度及活塞的速度将对时间求导得••因此，主连杆的角速度为在将对时间求导，可得点的运动速度为••同样，活塞速度的方向应该与其位移的方向致，所以，活塞速度的计算公式应为••点的加速度及活塞的加速度将对时间求导得将活塞速度公式对时间求导可得活塞的往复运动加速度•••••特种发动机的动力学分析以上已经做完了对特种发动机的运动学分析，得到了各个节点的运动规律，以加速度为纽带，现在对该摆杆机构进行动力学分析。由于力的最终来源是气缸内气体的膨胀，因此，采取从上到下的分析顺序，也就是先分析活塞销的受力情况，再分析主连杆与摆杆的节点的受力情况，接着是驱动杆与摆杆的节点的受力情况，由和的受力可以知道点的受力，接着通过语言编程就可以知道点轴承的受力分布，进而对点轴承的强度有针对性的加强。了解对驱动杆的受力后，可以分析出曲柄的受力，也就可以得出对整个特种发动机的受力分析了。华中科技大学文华学院毕业设计论文点的受力分析如图所示，活塞销点受到活塞上部的气体压力，活塞族的往复惯性力，及曲轴箱内的背压，三个力点的方向均在轴上，当活塞向下运动时，点的受力如图所示，的大小为常量，取现在分别求解气体力和往复惯性力。图气体力的模拟求解气体力的方向始终是向下的，为方便分析就取该方向为的正方向，由于的变化十分的复杂，很难通过数学建模找到个函数来比较精确的表示，因此，对常规发动机缸内气体压力测量的示功图，用分段函数来进行模拟，再将模拟出来的结果用于对特种发动机的分析。当气缸活塞从上止点到进气门关闭开始压缩的这个过程，也就是曲轴转角为‹‹度时，缸内的压力变化很小，但变化的趋势是减小的，因此用以下的函数进行模拟华中科技大学文华学院毕业设计论文•其中，为进气门关闭角为进气门打开角为进气压力，其值为为进气压力损失，其值为。当气缸压力从进气门关闭时的压力变化到开始燃烧时的压力时，也就是‹‹时，用以下函数来模拟•其中，表示开始燃烧时曲柄的角度为为进气门关闭时气缸内的压力为几何压缩比为曲柄转角为时活塞的位移为平均多变指数压。当气缸内气体压力从开始燃烧时的压力变化到最高压力时，也就是‹‹时，用以下函数来模拟•其中，表示气缸内压力最高时曲柄的转角表示气缸内的最高压力。当气缸内压力从最高压力变化到开始膨胀时的压力时，也就是曲柄转角为‹‹时用以下函数来表示•其中，表示开始膨胀时的曲柄转角，其余各个参数的含义与上式同。当气缸内压力从开始膨胀时的压力变化到此后度角的压力时，也就是‹‹时，用以下函数来表示•各个符号的含义同上。当气缸内的压力从变化到排气门打开时的压力时，也就是‹‹时，用以下函数来表示•其中，表示气缸内排气门打开时的压力其余个参数的含义同上。当气缸内的压力从排气门打开时的压力变化到曲柄转角为度时，也就是‹‹时，用以下函数来进行模拟上式中的含义与以上各式相同。当曲柄转角为‹‹时，气缸内的压力用以下函数来进行模华中科技大学文华学院毕业设计论文拟上式中的含义与以上各式相同。当气缸内的压力变化到进气门打开时的压力时，也就是曲柄转角‹‹时，气缸内的压力用以下的函数表示上式符号的含义与上