论文总字数：16129字

摘 要

本篇论文参考所给定的轿车汽油机参数，对该轿车汽油机的四缸直列发动机的曲柄连杆机构的活塞、连杆及曲轴等部件进行了分析计算及结构优化方案，研究了活塞轻量化方向至发动机轻量化对汽车质量的影响，为了减轻汽车的质量进而影响汽车动力性，以运动学的和动力学的理论知识为基础，对曲柄连杆机构的运动及结构强度进行相关运动分析及理论分析。最后对曲柄连杆机构的主要部件如活塞、连杆、曲轴等部件进行结构优化与材料轻量化方向的优化。

分析了曲柄连杆机构的运动规律，也分析机构在运动中的受力问题，对其进行了详尽的解析，最后得到了精确的分析结果。并分别对活塞连杆组及曲轴飞轮组进行了详细的结构设计，其次，再从对结构方向的优化及材料方向的优化对发动机活塞进行轻量化分析完成对曲柄连杆的优化设计。最后，基于UG软件完成了活塞、连杆、曲轴等部件的建模，完成了对曲柄连杆机构的三维设计，并对其进行装配。

关键词：曲柄连杆机构；活塞轻量化；连杆优化设计；动力分析；仿真分析；

3D Digital Design Of Crank-conneting Rod Mechanism Of A Car Based On UG NX

Abstract

In this paper,based on the relevant parameters of the gasoline as a reference,the structure design and calculation of the main components of the crank-connecting rod mechanism of the four-cylinder gasoline engine are carried out, the piston lightweight and engine lightweight are studied to reduce the impact of the vehicle’s mass on the vehicle’s power performance, and the related kinematics and theoretical analysis of the crank-connecting rod mechanism are carried out. Computer simulation is used to an analyze the performance of the crank-connecting rod mechanism.

First of all based on the theoretical knowledge of kinematics and dynamics,the kinematics law of the crank-connecting rod mechanism and the force in the movement were analyzed in detail, and the accurate analysis results were obtained. Secondly the lightweight analysis of the engine piston from the structure and material, and the piston group,connecting rod group and crankshaft were designed in detail,and the structural strength and stiffness of the check.Finally,UG software was used to establish the geometric model of each part of the crank-connecting rod mechanism, and the assembly and movement demonstration were carried out.

Keywords：Connecting rod，Piston lightweight，Connecting rod optimization，Dynamic analysis，Simulated analysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 国内外相关领域的研究背景 1

1.2 课题来源和研究意义 1

1.3 本课题主要研究内容 2

第二章 曲柄连杆机构设计方案选择 3

2.1曲柄连杆机构功用及结构 3

2.2 活塞连杆组的设计 3

2.2.1活塞连杆组结构 3

2.2.2活塞的方案选择 4

2.2.3连杆的方案选择 4

2.3 曲轴飞轮组的方案选择 5

2.3.1曲轴飞轮组结构 5

2.3.2曲轴的方案选择 5

2.3.3飞轮的设计 6

2.4 机体组的方案选择 6

2.4.1 气缸体的设计分析 6

2.4.2 气缸盖的设计 7

2.4.3 油底壳的设计分析 7

第三章 曲柄连杆机构受力分析及参数选择 8

3.1 曲柄连杆机构受力分析 8

3.2 曲柄连杆机构参数选择 10

3.2.1 气缸直径的确定 10

3.2.2 缸径行程比 10

3.2.3 缸心距的确定 10

3.2.4 活塞主要尺寸的确定 10

3.2.5 连杆主要尺寸确定 11

3.2.6 曲轴的主要尺寸确定 11

第四章 曲柄连杆机构UG设计优化及其模型 12

4.1 UG活塞结构的设计及优化 12

4.1.1 活塞结构建模及步骤 12

4.1.2活塞结构及材料优化 12

4.2 UG连杆结构的设计及优化 13

4.2.1 连杆结构建模及步骤 13

4.2.2连杆优化设计 14

4.3 UG曲轴结构的设计及优化 14

4.3.1 曲轴结构建模及步骤 14

4.3.2曲轴优化设计 15

4.4 UG飞轮结构的设计 15

4.5 其他零部件结构设计 16

第五章 曲柄连杆机构的装配及运动 18

第六章 结束语 20

致谢 21

参考文献 22

绪论

• 1. 国内外相关领域的研究背景

对于曲柄连杆机构，它是发动机中传递运动和动力的机构，故承受着复杂的交变载荷，发动机通过曲柄连杆机构将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动得以输出动力，故而它有着复杂的运动规律。为了对曲柄连杆机构进行优化，而曲柄连杆机构中活塞有着最恶劣的工作环境，故而需要在满足活塞工作可靠的情况下，对活塞进行优化，通过分析可从结构方向及材料方向对其优化设计，然后，在相应的尺寸变化下，对曲轴进行设计，并在满足曲轴工作可靠的前提下并辅以计算机软件调整优化，在此我们需要知道曲轴需要足够的疲劳强度和刚度，也需要良好的动静态力学特性。

在对曲柄连杆机构的优化设计中，显而易见的是活塞的优化影响着与之配合的各组件结构尺寸等因素，故而活塞的优化是必须重视的。在胡振等作者的发动机活塞轻量化研究进展中可以看出，活塞的优化可以从结构上以及材料上对活塞优化设计，诸如在满足活塞的工作性能情况下对活塞的相对高度、活塞的压缩高度和活塞的顶力岸高度等结构进行优化，这方面如美国辉门公司等取得一定成果；也可从材料上如新材料、铝合金、铸铁及铸钢等方向优化，这方面如德国宝马，奔驰等公司在新材料运用也有一定成果。

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