摘 要

伴随着燃油资源的快速消耗，柴油机的更新以及优化迫在眉睫，曲柄连杆机构作为柴油机中重要的组成部分，它的发展和改进会大大提高柴油机的工作效率和燃油经济性。

本文以玉柴YC4E160-42柴油机的相关参数作为参考，对四缸柴油机的曲柄连杆机构的活塞、连杆和曲轴进行了设计和校核。

首先，对曲柄连杆机构的运动学和动力学进行分析，简单分析了活塞与连杆的运动规律以及受力情况。然后，在分别对活塞、连杆与曲轴的各个零件进行设计，并对关键部分进行校核，最后在通过cad软件对各个部分进行绘制，得到整个设计后的图纸。

关键词：柴油机 曲柄连杆机构 活塞 连杆 曲轴

ABSTRACT

With the rapid consumption of fuel resources,the renewal and optimization of diesel engine is imminent. Crank-connecting rod mechanism as an important part of diesel engine. It’s development and improvement will greatly improve the working efficiency and fuel economy of diesel engines.

This article takes the relevant parameters of Yuchai YC4E160-42 diesel engine as reference. The piston, connecting rod and crankshaft of crank cross-strait mechanism of four-cylinder diesel engine are designed and checked.

Firstly, the kinematics and dynamics of crank-connecting rod mechanism are analyzed. The motion law and stress of piston and connecting rod are analyzed simply. Then, the parts of piston, connecting rod and crankshaft are designed separately. And check the key parts. Finally, through the CAD software to draw all parts, get the whole design drawings.

Key words: diesel engine; crank-connecting rod mechanism; piston; connecting rod; cranksh

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.2柴油机曲柄连杆机构现状和发展 1

1.3 本文研究内容和方法 2

第二章 曲柄连杆机构力学分析 3

2.1曲柄连杆机构运动学分析 3

2.1.1活塞的运动 3

2.1.2 连杆的运动 4

2.2 曲柄连杆机构动力学分析 5

2.2.1 气体作用力 5

2.2.2 机构的惯性力 6

第三章 活塞组的设计 10

3.1 活塞的设计 10

3.1.1 活塞的工作条件和设计要求 10

3.1.2 活塞的材料选择 11

3.1.3 活塞头部的设计 12

3.1.4 活塞裙部设计 15

3.2 活塞销设计 16

3.2.1 活塞销的结构和尺寸 16

3.2.2 活塞销的强度和刚度 17

3.3 活塞销座的设计 17

3.3.1 活塞销座的结构设计 17

3.3.2 验算活塞销座的比压力 17

3.4活塞环的设计 18

3.4.1 活塞环的形状和主要尺寸设计 18

3.4.2 活塞环强度校核 18

第四章 连杆组的设计 20

4.1 连杆的设计 20

4.1.1 连杆的工作情况、设计要求和材料选用 20

4.1.2 连杆长度的确定 20

4.1.3 连杆小头的结构设计与强度、刚度计算 21

4.1.4 连杆杆身的结构设计和强度校核 23

4.1.5 连杆大头的结构设计与强度校核 24

4.2 连杆螺栓的设计 26

4.2.1 连杆螺栓的工作负荷与预紧力 26

4.2.2 连杆螺栓的屈服强度校核 27

第五章 曲轴的设计 28

5.1 曲轴工作条件和材料选择 28

5.1.1 曲轴的工作条件和设计要求 28

5.1.2 曲轴的结构形式 28

5.1.3 曲轴的材料选择 29

5.2 曲轴的尺寸选择和结构设计 29

5.2.1 曲柄销的直径和长度确定 29

5.2.2 主轴颈的直径和长度 30

5.2.3 曲柄 30

5.2.4 平衡重 30

5.2.5 曲轴两端的结构设计 31

5.2.6 曲轴的止推 31

总结和展望 32

参考文献 33

致谢 35

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

现代科技发展以及消费需求让柴油机得到了前所未有的发展机会。柴油机在中国的汽车行业占据了越来越重要的地位。柴油机具有一定的优点，比如具有较大的功率，有良好的燃油经济性，但是也有明显的缺点，刺耳的噪音和严重的污染是目前没有得到无法解决的。尽管如此，车用柴油机因为其热效率高并且造价低的优点，在许多中、重型货车上广泛采用柴油机。在现代的汽车市场中不再是单纯的载人汽车，许多的重型货车以及客车的市场不断扩大，除此以外还有大量的专用车需要柴油机提供动力。在最近的几年内，货车的销量已经远远超过客车，这就意味着柴油机的生产和优化迫在眉睫。

在柴油机中，曲柄连杆机构占了极为重要的一环,它实现了曲轴的旋转运动与活塞的直线运动之间的转变。由于柴油机的工作负载大，曲柄连杆机构的运行对比内燃机显得更加复杂。近年来，随着柴油机的不断发展，对于曲柄连杆机构的性能要求越来越高，在面对恶劣的运行环境，仍然能够稳定的工作，因此对于曲柄连杆机构的设计要求也愈发严格。

在柴油机中，曲柄连杆机构发挥着重要的作用，不仅传递了来自活塞头部的作用力，还需要将这样的力转变为推动曲轴的能量，并通过这样的转换向柴油机提供所需要的机械能。在曲柄连杆机构中有几个十分重要的组成部件，分别是活塞、连杆以及曲轴。在这几个部件中还有许多的零件共同作用。这些零件设计的尺寸是否正确极大的影响了柴油机的性能。在柴油机中，只有设计正确且合理的曲柄连杆机构才能有效地发挥作用。

1.2柴油机曲柄连杆机构现状和发展

在现代工业发展至今，随着材料以及计算机辅助技术的不断发展，柴油机的优化也在不断前进，在大量的实验过后，将数据与理论相结合，不断完善研究结果，最后将成果运用在柴油机生产上，结果表明内燃机在磨损上的损耗减少了30 ，大量的实验表明，柴油机在运行过程中的能量损失，大概有是因为各部分零件相互运动磨损所导致的，在柴油机中，主要是活塞、活塞环以及轴承之间的运动摩擦损耗。所以在柴油机的优化过程中，磨损以及润滑一直是一项主要工作。在研究轴承润滑时，最初是使用静力分析的方法，就是在分析时对一些部件进行合理的假设，在计算时忽略运动零件的惯性质量。在柴油机实际的工作过程中，轴承会随着工况的变化而受到不同的作用力，如果在忽略惯性质量，会让分析的结果没有参考的意义。在现在的处理方法中，将轴承的变形，轴瓦表面的粗糙度以及润滑油的特点都纳入了计算范围。目前来说，这是一个比较合理的处理方式。在改进曲柄连杆机构的润滑系统后，减少运动件之间的磨损，提高了柴油机的能量利用率。

1.3 本文研究内容和方法

本文基于玉柴YC4E160-42柴油机的结构与参数对曲柄连杆机构进行简单的设计，包括曲柄连杆机构的运动学和动力学分析，以及活塞、连杆和曲轴三个部分的设计，在运用cad绘制出大致的图形。

第二章 曲柄连杆机构力学分析

2.1曲柄连杆机构运动学分析

在柴油机中，使用最多的就是中心曲柄连杆机构，其结构简图如图2-1所示，在柴油机运行时，活塞做往复直线运动，曲轴做旋转运动，连杆则做复合运动^[1]。在图2-1中，O为曲轴中心，A为活塞，AB表示连杆长度为L，OB表示曲柄半径为。