畢業(yè)設(shè)計v8發(fā)動機(jī)工作過程仿真分析論文

1、<p><b>　　仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院</b></p><p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計</b></p><p>　　V8發(fā)動機(jī)工作過程仿真分析</p><p><b>　　姓名 丘彬</b></p><p>　　院（系） 機(jī)電工程學(xué)院</p>

2、<p>　　專業(yè)班級 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 093 班</p><p>　　學(xué) 號 200910824309</p><p><b>　　指導(dǎo)教師 張日紅</b></p><p><b>　　職 稱 講師</b></p><p>　　論文答辯日期 2013 年 5 月 26

3、日</p><p>　　仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院教務(wù)處制</p><p><b>　　學(xué)生承諾書</b></p><p>　　本論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的研究成果，本學(xué)位論文的研究成果不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究內(nèi)容，如參考他人或集體的科研成果，均在文中以明確的方式說明，本人依法享有和承擔(dān)由此論文所產(chǎn)生的權(quán)利和責(zé)任。</p><

4、;p><b>　　作者簽名：</b></p><p><b>　　日 期：</b></p><p>　　摘 要 </p><p>　　發(fā)動機(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)動機(jī)是發(fā)動機(jī)當(dāng)中享有很高地位的一種，對于汽車愛好者，汽車使用

5、者，汽車維修者等眾多人來說，掌握它的結(jié)構(gòu)跟原理是很具有現(xiàn)實意義的，此次畢業(yè)設(shè)計主要是基于UG對V8發(fā)動機(jī)進(jìn)行建模展示結(jié)構(gòu)，做運(yùn)動仿真展示原理以及基于ANSYS Workbench軟件的V8發(fā)動機(jī)主要傳動部件的有限元分析。形象地將結(jié)構(gòu)模型與工作過程相結(jié)合共同闡述其工作原理。因此，做這個畢業(yè)設(shè)計不管從技術(shù)角度還是從時代要求的角度看都很具有意義的。論文將通過發(fā)動機(jī)的模型結(jié)構(gòu)（圖片）與工作過程相結(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

6、握。</p><p>　　關(guān)鍵詞：V8發(fā)動機(jī) UG 運(yùn)動仿真 有限元</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.1.1 發(fā)動機(jī)的分類1&l

7、t;/p><p>　　1.1.2 V型發(fā)動機(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)動機(jī)的結(jié)構(gòu)建模與解析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

8、.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)的原理解析8</p><p>　　2.4 冷卻系統(tǒng)13</p><p>　　2.5 潤滑系統(tǒng)13</p><p>

9、　　2.6 供給系統(tǒng)14</p><p>　　2.7 起動系統(tǒng)15</p><p>　　2.8 點(diǎn)火系統(tǒng)16</p><p>　　3 基于UG的V8發(fā)動機(jī)運(yùn)動仿真分析16</p><p>　　3.1 V8發(fā)動機(jī)的基本原理介紹16</p><p>　　3.2 V8發(fā)動機(jī)的運(yùn)動仿真分析19</

10、p><p>　　3.2.1 基于UG的V8發(fā)動機(jī)運(yùn)動仿真過程19</p><p>　　3.2.2 V8發(fā)動機(jī)的運(yùn)動仿真結(jié)果分析檢驗26</p><p>　　4 V8發(fā)動機(jī)的主要傳動部件的有限元分析29</p><p>　　4.1 發(fā)動機(jī)曲軸的模態(tài)分析29</p><p>　　4.1.1 曲軸部件模型的簡化

11、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)動機(jī)連桿部件靜態(tài)分析33</p><p>　　4.2.1 連桿部件模型的簡化33</p><p>　　4.2.2 連桿部件模型參數(shù)與邊界條件的設(shè)置

12、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>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　1.1.1 發(fā)動機(jī)的分類</p><p>　　我們都很清楚的知道一個事實，汽車就像電腦

13、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)動機(jī)也就不斷為我們所認(rèn)識，所了解。但是，想要更加清楚的了解汽車發(fā)動機(jī)，我們很有必要去了解一下汽車發(fā)動機(jī)的分類，因為汽車發(fā)動機(jī)不僅種類繁多，分類方式也及其復(fù)雜。以下是汽車發(fā)動機(jī)的各種分類：</p><p>　　按活塞運(yùn)動方式分類：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，后者活塞在汽缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。</

14、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)動機(jī)和強(qiáng)制進(jìn)氣(增壓式)發(fā)動機(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，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)動機(jī)的

15、各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的。雙列式發(fā)動機(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)動機(jī)，若兩列之間的夾角=180°稱為對置式發(fā)動機(jī)。三列式把氣缸排成三列，成為W型發(fā)動機(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)動機(jī)和多缸發(fā)動機(jī)。僅有一個氣缸的發(fā)動機(jī)稱為單缸發(fā)動

16、機(jī)；有兩個以上氣缸的發(fā)動機(jī)稱為多缸發(fā)動機(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)動機(jī)?，F(xiàn)代車用發(fā)動機(jī)多采用三缸，四缸、六缸、八缸發(fā)動機(jī)。</p><p>　　按照冷卻方式分類：內(nèi)燃機(jī)按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動機(jī)和風(fēng)冷發(fā)動機(jī)。水冷發(fā)動機(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)動機(jī)是利用流動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

17、卻的。水冷發(fā)動機(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)動機(jī)。</p><p>　　按照行程分類：內(nèi)燃機(jī)按照完成一個工作循環(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°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動四個沖程，完成一個工作循環(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)動兩個沖程，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)稱為二沖程內(nèi)燃機(jī)。汽車

18、發(fā)動機(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)動機(jī)、側(cè)置凸輪軸（OHV）發(fā)動機(jī)、頂置凸輪軸（OHC）發(fā)動機(jī)、可變氣門（VTEC）發(fā)動機(jī) 和Desmo氣門機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)。</p><p>　　按燃油供應(yīng)方式分類：化油器發(fā)動機(jī)和電噴發(fā)動機(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

19、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>　　1.1.2 V型發(fā)動機(jī)發(fā)展歷史與技術(shù)特點(diǎn)</p><p>　　活塞發(fā)動機(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，可以減少

20、發(fā)動機(jī)的長度，高度和重量。</p><p>　　V型發(fā)動機(jī)的汽缸排列并非垂直于曲軸，而是有一個角度，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，比較常見的角度包括60度與90度。由于V型發(fā)動機(jī)的汽缸是朝外側(cè)傾斜，因此發(fā)動機(jī)上側(cè)的寬度較大。</p><p>　　最早汽車發(fā)動機(jī)是單缸的，后來有了直列多缸發(fā)動機(jī)，V型發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)工程師們很早就發(fā)現(xiàn)了，他們設(shè)計的最早的V型發(fā)動機(jī)只

21、有兩個氣缸，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)動機(jī)的轎車。1902年法國人Léon Levavasseur設(shè)計了世界上第一款V8發(fā)動機(jī)。1904年V8發(fā)動機(jī)概念在法國非常流行，雷諾制造了V8航空發(fā)動機(jī)，1905年勞斯萊斯制造了3.5升排量的V8發(fā)動機(jī)。</p><p>　　在問世十年時間里，雖然很多廠商都制造了V8發(fā)動機(jī)，不過這些V8發(fā)動機(jī)更多帶有實驗性質(zhì)，產(chǎn)量很少

22、，第一款大批量生產(chǎn)的V8發(fā)動機(jī)是1914年開始生產(chǎn)的凱迪拉克的5.4升V8發(fā)動機(jī)。 </p><p>　　第一次世界大戰(zhàn)中，V12發(fā)動機(jī)問世，當(dāng)時V12發(fā)動機(jī)主要都是航空發(fā)動機(jī)，雷諾、戴姆勒和邁巴赫都生產(chǎn)了V12發(fā)動機(jī)。由于美國本土沒有收到第一次世界大戰(zhàn)的波及，V12在汽車上應(yīng)用于1916年就開始了，為了爭奪美國豪華轎車第一把交椅，美國的帕卡德在1916年率先生產(chǎn)了裝備V12發(fā)動機(jī)的豪華轎車，凱迪拉克和His

23、pano-Suiza于1930年開始生產(chǎn)裝備V12發(fā)動機(jī)的豪華轎車。</p><p>　　出于對更大功率的渴望，在發(fā)動機(jī)設(shè)計上屢有創(chuàng)新的美國Marmon公司于1927年開始設(shè)計V16發(fā)動機(jī)，可惜一直等到1931年才投產(chǎn)，1930年凱迪拉克設(shè)計生產(chǎn)了自己的V16發(fā)動機(jī)和裝備這臺發(fā)動機(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第一豪華轎車品牌。</p><p>　　6

24、.2升LSA V8機(jī)械增壓發(fā)動機(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動力最為強(qiáng)勁的發(fā)動機(jī)，0-96公里/小時加速僅需 3.9 秒。CTS-V Coupe延續(xù)了V 系列擁有獨(dú)特設(shè)計的進(jìn)氣格柵，可將進(jìn)氣量提高一倍，從而實現(xiàn)高散熱性能。6.2升V-8發(fā)動機(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)計擴(kuò)展

25、了其效率范圍，使得發(fā)動機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下都具有平穩(wěn)寬廣的功率范圍。無論在低速還是在高速條件下，動力都是瞬間啟動、強(qiáng)勁和持續(xù)的。 </p><p>　　凱迪拉克V型發(fā)動機(jī)的歷史和技術(shù)發(fā)展 :一直以來，凱迪拉克一直在致力于極致動力科技研發(fā)，而其動力系統(tǒng)真正開始于1914年，當(dāng)時，凱迪拉克推出美國第一臺8缸發(fā)動機(jī)，此發(fā)動機(jī)采用了恒溫控制的冷卻劑的流動，后來普遍被其他制造商所采用。十年后，凱迪拉克雙平面的V

26、 - 8曲軸的發(fā)明為凱迪拉克在發(fā)動機(jī)技術(shù)上做出了又一重大突破。重新設(shè)計的凱迪拉克V – 8發(fā)動機(jī)的出現(xiàn)，標(biāo)志著多缸發(fā)動機(jī)時代的到來。 </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)動機(jī)， 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辯的事實，同一年，凱迪拉克推出了同一車型的V12 發(fā)動機(jī)，相比起V16 7.4L產(chǎn)生的160馬力，V12 6.0L可產(chǎn)生135

27、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V型發(fā)動機(jī)家庭的第一個成員4.6升北極星V8發(fā)動機(jī)誕生，采用全鋁結(jié)構(gòu)四頂置凸輪軸配氣系統(tǒng)，在當(dāng)時V8發(fā)動機(jī)中技術(shù)和性能均處于領(lǐng)先地位。 之后，不斷有V型號的發(fā)動機(jī)在此基礎(chǔ)上研發(fā)創(chuàng)新，為V家族的極致動力的高性能馬力奠定了堅實的基礎(chǔ)。</p>

28、<p>　　1.1.3 研究目的及意義</p><p>　　發(fā)動機(jī)是汽車的心臟，為汽車的行走提供動力。簡單講發(fā)動機(jī)就是一個能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，即將汽油(柴油)的熱能，通過在密封汽缸內(nèi)燃燒氣體膨脹時，推動活塞作功，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，這是發(fā)動機(jī)最基本原理。發(fā)動機(jī)所有結(jié)構(gòu)都是為能量轉(zhuǎn)換服務(wù)的，雖然發(fā)動機(jī)伴隨著汽車走過了100多年的歷史，無論是在設(shè)計上、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

29、然未變，這是一個富于創(chuàng)造的時代，那些發(fā)動機(jī)設(shè)計者們，不斷地將最新科技與發(fā)動機(jī)融為一體，把發(fā)動機(jī)變成一個復(fù)雜的機(jī)電一體化產(chǎn)品，使發(fā)動機(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)動機(jī)的性能作為競爭亮點(diǎn)。汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性都有著極大的進(jìn)步空間。隨著發(fā)動機(jī)的迅速發(fā)展，數(shù)量的急劇增多必然帶來一系列問題，作為汽車最重要的部件之一，對發(fā)動機(jī)的保養(yǎng)維修必然是大家最關(guān)心的一個問題，而熟悉汽車發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)跟原理是保護(hù)和維修好汽車發(fā)動機(jī)的前提

30、條件。因此，隨著汽車數(shù)量的增多，汽車使用者的普及，對汽車發(fā)動機(jī)的了解將會越來越普遍。</p><p>　　V8發(fā)動機(jī)是發(fā)動機(jī)當(dāng)中享有很高地位的一種，對于汽車愛好者，汽車使用者，汽車維修者等眾多人來說，掌握它的結(jié)構(gòu)跟原理是很具有現(xiàn)實意義的，此次畢業(yè)設(shè)計主要是基于UG對V8發(fā)動機(jī)進(jìn)行建模展示結(jié)構(gòu)，做運(yùn)動仿真展示原理，形象地將結(jié)構(gòu)模型與工作過程相結(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

31、易理解。因此，做這個畢業(yè)設(shè)計不管從技術(shù)角度還是從時代要求的角度看都很具有意義的。論文將通過發(fā)動機(jī)的模型結(jié)構(gòu)（圖片）與工作過程相結(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)動機(jī)的結(jié)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

32、，即由曲柄連桿機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點(diǎn)火系和起動系組成。它是借由燃燒氣體產(chǎn)生動力經(jīng)過活塞連桿機(jī)構(gòu)帶動曲軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。再通過鏈傳動進(jìn)一步帶動凸輪軸旋轉(zhuǎn)，從而使配氣系統(tǒng)循環(huán)工作，不斷燃燒氣體產(chǎn)生動力，從而使整個機(jī)構(gòu)實現(xiàn)循環(huán)。本次設(shè)計主要針對汽油機(jī)當(dāng)中V8發(fā)動機(jī)進(jìn)行研究，V8，內(nèi)燃機(jī)的汽缸排列型式之一，他的8個氣缸分成兩組，每組4個，成V型排列。而這次畢業(yè)設(shè)計，我主要是基于UG對V8發(fā)動機(jī)的主要部分進(jìn)行建模,這章我們將對V

33、8發(fā)動機(jī)的主要部分進(jìn)行模型展示并對一些結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行分析。</p><p>　　V8發(fā)動機(jī)的零件裝配圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 發(fā)動機(jī)總體裝配圖</p><p>　　V8發(fā)動機(jī)的主要運(yùn)動部分是曲柄連桿機(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、潤滑系、冷卻系、點(diǎn)火系和起動系，這五大系統(tǒng)與兩大機(jī)構(gòu)相互配合工作，發(fā)動機(jī)各部分的

34、位置結(jié)構(gòu)大致如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 發(fā)動機(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)的建模</p><p>　　曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動機(jī)的主要傳動機(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

35、矩，通過傳動系傳給驅(qū)動輪（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>　　（1）活塞連桿組，作用是將燃料燃燒時產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運(yùn)動的機(jī)械能，再通過連桿將活塞的往復(fù)運(yùn)動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而對外輸出功率。其具體結(jié)構(gòu)如圖2-4所示：</p><p>　　圖2-4 活塞連桿組&l

36、t;/p><p>　　(2)曲軸飛輪組，功用是把活塞、連桿傳來的氣體作用力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，用于驅(qū)動汽車的傳動系統(tǒng)和發(fā)動機(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 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<

37、;/p><p>　　配氣機(jī)構(gòu)是汽車發(fā)動機(jī)的主要機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)主要作用是按照發(fā)動機(jī)各缸的作功順序和每一汽缸工作循環(huán)的要求，定時開啟和關(guān)閉各汽缸的進(jìn)、排氣門，配合發(fā)動機(jī)各缸實現(xiàn)進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣的工作過程。配氣機(jī)構(gòu)主要由氣門組和氣門傳動組組成。其中氣門組跟氣門傳動組的主要結(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

38、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)動機(jī)（每個汽缸）的進(jìn)、排氣門從開啟（時刻）到關(guān)閉（時</p><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)、排氣門的總開啟角度）是不變的。V8發(fā)動機(jī)的配氣相位如圖2-7所

39、示：</p><p>　　圖2-7 V8發(fā)動機(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)動機(jī)在工作過程中，排氣門在做功行程活塞到達(dá)下止點(diǎn)前一定距離時開啟，即排氣門提前開啟，把此時曲柄與活塞位于下止點(diǎn)時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

40、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，把此時曲柄與活塞位于上止點(diǎn)時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)前一定距離時開啟，即排氣門提前開啟，把此時曲柄與活塞位于上止點(diǎn)時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，把此時曲柄與活塞位于下

41、止點(diǎn)時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)氣門從開啟（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

42、>　　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)氣充足，以提高發(fā)動機(jī)的動力性能和降低燃油消耗。</p><p><b>　?。?）.氣門重疊角</b></p><p>　　從

43、圖2-7中還可以看到：在排氣行程活塞位于上止點(diǎn)時，由于進(jìn)氣門提前開啟、排氣門延遲關(guān)閉，使進(jìn)、排氣門同時開啟著。稱為“氣門疊開”。從進(jìn)氣門開啟時曲柄與排氣門關(guān)閉時曲柄之間的夾角（曲軸所旋轉(zhuǎn)的角度數(shù)），“”與“”之和稱為“氣門重疊角”。</p><p><b>　　2．配氣正時</b></p><p>　　一臺發(fā)動機(jī)的“配氣相位”，是根據(jù)該發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能等要求特性，在

44、設(shè)計制造時通過試驗和計算確定的，由配氣凸輪的形線決定。為保證進(jìn)、排氣門的提前開啟角正確，必須在安裝配氣凸輪軸時，使凸輪軸相對于曲軸的角度正確，這就是“配氣正時”?！芭錃庹龝r”，是指配氣機(jī)構(gòu)與曲軸連桿機(jī)構(gòu)的動作必須協(xié)調(diào)一致，以保證發(fā)動機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。氣門在活塞處于什么位置時開啟（或關(guān)閉），在凸輪形線確定的情況下，由配氣機(jī)構(gòu)傳動機(jī)件、凸輪軸安裝時相對于曲軸的角度決定。</p><p>　　在多缸機(jī)型中，幾個活塞不同時到

45、達(dá)上止點(diǎn)，故有兩個或兩個以上止點(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>　　另一對標(biāo)記表示活塞位于壓縮行程上止點(diǎn)時，進(jìn)、排氣門應(yīng)處在同時關(guān)閉的位置，其動標(biāo)記通常設(shè)在從動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>

46、<p>　　圖2-11 動標(biāo)記位置示意圖</p><p>　　圖2-12 靜標(biāo)記位置示意圖</p><p>　　用齒輪傳動的配氣機(jī)構(gòu)，其動、靜標(biāo)記則設(shè)在兩嚙合的齒輪上，如圖2-13所示。</p><p>　　圖2-13 對準(zhǔn)標(biāo)記</p><p>　　正常情況下，只要將上述兩對標(biāo)記同時對準(zhǔn)后進(jìn)行安裝，就能保證配氣正時；<

47、/p><p>　　也只有將上述兩對標(biāo)記同時對準(zhǔn)后進(jìn)行安裝，才能保證配氣正時。</p><p><b>　　2.4 冷卻系統(tǒng)</b></p><p>　　他的冷卻系統(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散發(fā)出去，保證發(fā)動機(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&g

48、t;<p><b>　　圖2-14 水泵</b></p><p><b>　　2.5 潤滑系統(tǒng)</b></p><p>　　潤滑系統(tǒng)主要由機(jī)油泵、集濾器、限壓閥、油道、機(jī)油濾清器等組成。其功用是向作相對運(yùn)動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機(jī)件的磨損。并對零件表面進(jìn)行清洗和冷卻。油泵的零件裝配圖如

49、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

50、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><p><b>　　2.7 起動系統(tǒng)</b></p><p>　　主要由起動機(jī)及其附屬裝置組成。功能：要使發(fā)動機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)過渡到工作狀態(tài)，

51、必須先用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機(jī)的曲軸，使活塞作往復(fù)運(yùn)動，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運(yùn)動使曲軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機(jī)才能自行運(yùn)轉(zhuǎn)，工作循環(huán)才能自動進(jìn)行。因此，曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機(jī)開始自動地怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動機(jī)的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發(fā)動機(jī)的起動系。本次設(shè)計主要對電機(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&

52、gt;</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)計主要是針對工作過程的仿真，并未對火花塞等一些與運(yùn)

53、動過程無關(guān)的小零件進(jìn)行建模。</p><p>　　3 基于UG的V8發(fā)動機(jī)運(yùn)動仿真分析</p><p>　　3.1 V8發(fā)動機(jī)的基本原理介紹</p><p>　　它是借由燃燒氣體產(chǎn)生動力經(jīng)過活塞連桿機(jī)構(gòu)帶動曲軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。再通過鏈傳動進(jìn)一步帶動凸輪軸旋轉(zhuǎn)，從而使配氣系統(tǒng)循環(huán)工作，不斷燃燒氣體產(chǎn)生動力，從而使整個機(jī)構(gòu)實現(xiàn)循環(huán)。他的工作過程主要由四部分組成，即進(jìn)氣、壓

54、縮、作功、排氣四個行程。</p><p><b>　　1．進(jìn)氣行程 </b></p><p>　　活塞在曲軸的帶動下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。此時排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門開啟。在活塞移動過程中，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^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

55、 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)帶動活塞由下止點(diǎn)移至上止點(diǎn)。這時，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。隨著活塞移動，氣缸容積不斷減小，氣缸內(nèi)的混合氣被壓縮，其壓力和溫度同時升高。如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 壓縮行程</p><p><

56、b>　　3． 作功行程</b></p><p>　　壓縮行程結(jié)束時，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，火焰迅速傳遍整個燃燒室，同時放出大量的熱能。燃燒氣體的體積急劇膨脹，壓力和溫度迅速升高。在氣體壓力的作用下，活塞由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)，并通過連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn)作功。這時，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&

57、lt;/p><p><b>　　4． 排氣行程</b></p><p>　　排氣行程開始，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，曲軸通過連桿帶動活塞由下止點(diǎn)移至上止點(diǎn)，此時膨脹過后的燃燒氣體(或稱廢氣)在其自身剩余壓力和在活塞的推動下，經(jīng)排氣門排出氣缸之外。當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時，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

58、程</p><p>　　3.2 V8發(fā)動機(jī)的運(yùn)動仿真分析</p><p>　　3.2.1 基于UG的V8發(fā)動機(jī)運(yùn)動仿真過程</p><p>　　發(fā)動機(jī)主要運(yùn)動部分包括曲柄連桿機(jī)構(gòu)跟配氣機(jī)構(gòu)，此次仿真主要針對發(fā)動機(jī)的主要運(yùn)動部分進(jìn)行仿真，因此對一些與仿真無關(guān)的零件進(jìn)行隱藏處理，他主要運(yùn)動部分零件裝配圖如圖3-6所示：</p><p>　　圖

59、3-6 主運(yùn)動部分裝配圖</p><p><b>　　1．裝配圖的導(dǎo)入:</b></p><p>　　首先我們在UG軟件下打開如圖3-6所示的V8發(fā)動機(jī)裝配圖，在【啟動】目錄下打開【運(yùn)動仿真】選項，在【運(yùn)動導(dǎo)航器】上右擊裝配文件名，在彈出的【環(huán)境】對話框中選擇【動力學(xué)】，單擊【確定】按鈕。在彈出的【機(jī)構(gòu)運(yùn)動副向?qū)А繉υ捒蛑袉螕簟敬_定】按鈕，把裝配圖中的構(gòu)件自動轉(zhuǎn)換成

60、連桿，裝配關(guān)系映射成仿真模塊里的運(yùn)動副。在彈出的【主模型到仿真的配對條件轉(zhuǎn)換】對話框中選擇【是】。</p><p><b>　　2．連桿的設(shè)置:</b></p><p>　　由于如圖3-6所示的裝配圖中，有很多零件時不涉及運(yùn)動但是在步驟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:

61、</p><p>　　表3-1 運(yùn)動部件數(shù)量總結(jié)表</p><p><b>　　單位:個</b></p><p>　　圖3-7 連桿設(shè)置信息欄</p><p><b>　　3．添加運(yùn)動副:</b></p><p>　　選擇【運(yùn)動導(dǎo)航器】下的Joints中的每個運(yùn)動副與裝配

62、圖對照，由于這些運(yùn)動副都是自動轉(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)動副都刪掉了，重新對運(yùn)動部件進(jìn)行一個個添加運(yùn)動副。以下是各個運(yùn)動副詳細(xì)的添加情況：</p><p>　?。?）左一連桿與曲軸之間添加的旋轉(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

63、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>　?。?）連桿與活塞之間添加的旋轉(zhuǎn)副如圖3-10所示，其余七個連接也是一樣，運(yùn)動情況相同，故也是添加旋轉(zhuǎn)副。</p><p>　　圖3-10 連桿與活塞之間的旋轉(zhuǎn)副</p><p>　?。?）對活塞固定滑動副如圖3-11所示，一共有八個活塞，他們的添加

64、情況也是一樣。</p><p>　　圖3-11 活塞自身的固定滑動副</p><p>　　(4)對一個曲軸跟兩個凸輪軸自身添加一個固定旋轉(zhuǎn)副，因為他們都是自身轉(zhuǎn)動，所以在添加過程中我們不選嚙合齒輪，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)

65、副</p><p>　?。?）對氣門自身添加固定滑動副，如圖3-14所示，一共有16個氣門，由于他們運(yùn)動情況一樣，因此都是添加固定滑動副。</p><p>　　圖3-14 氣門自身的固定滑動副</p><p>　　（6）對搖桿添加固定旋轉(zhuǎn)副，如圖3-15所示，搖桿跟氣門的個數(shù)一樣16個，而且他們的運(yùn)動情況也相同，所以都添加固定旋轉(zhuǎn)副。</p><

66、;p>　　圖3-15 搖桿自身的固定滑動副</p><p>　　我們一共添加了58個各種類型的運(yùn)動副，運(yùn)動副添加情況如圖3-16所示：</p><p>　　圖 3-16 運(yùn)動副添加信息欄</p><p>　　在添加好運(yùn)動副之后我們可以進(jìn)行運(yùn)動規(guī)律的仿真，右擊【運(yùn)動導(dǎo)航器】上的仿真項目motion＿1，新建解算方案，在解算方案里面我們根據(jù)自己需要的時間跟步數(shù)

67、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)動機(jī)的運(yùn)動仿真結(jié)果分析檢驗</p><p>　　V8發(fā)動機(jī)的發(fā)火間隔為，4個曲拐互成，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)動機(jī)的各個氣缸內(nèi)每經(jīng)歷一個工作行程曲軸將旋轉(zhuǎn)180&

68、#176;，也就是說發(fā)動機(jī)各個氣缸內(nèi)每經(jīng)歷四個完整的行程曲軸將旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖3-16 V8發(fā)動機(jī)缸體與曲拐的示意圖</p><p>　　表3-2 四沖程V8發(fā)動機(jī)工作情況</p><p>　　我們根據(jù)曲軸所轉(zhuǎn)過的角度來設(shè)置時間，以曲軸轉(zhuǎn)過0°作為時間的起始點(diǎn)0，當(dāng)曲軸每次轉(zhuǎn)過90°記一個時間單位T。</p>&l

69、t;p>　　1．首先我們以第一缸右的做功行程為例分析其他七個氣缸的工作情況，一個行程曲軸將轉(zhuǎn)過180°，根據(jù)表3-2知，我們將分析在時間段0到2T之間各個缸體的工作情況。根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作順序，我們可以總結(jié)出各個缸體的工作情況所示如表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)動機(jī)的主要運(yùn)動部分在三維軟件

70、UG下進(jìn)行運(yùn)動仿真，運(yùn)動仿真中，我們以第一右缸的作功行程即在時間0-2T內(nèi)為研究對象，仿真圖片如圖3-17所示，從仿真中我們可以得到各個缸體的工作情況如下:</p><p>　　(1).0-T時間內(nèi)：</p><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

71、，R4處于壓縮行程。</p><p>　　(2).T-2T時間內(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>　　這與表3-3總結(jié)出來的理論工作情況完全符合，說明仿真符合實際。<

72、;/p><p>　　圖3-17 0-2T內(nèi)各氣缸工作情況</p><p>　　2．對第一左缸的作功行程分析其他七個缸體的工作情況，由表3-1可知，第一左缸作功行程即為曲軸轉(zhuǎn)過90°到270°的過程，就是說我們將研究時間段T-3T內(nèi)各個氣缸的工作情況。根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作順序，我們可以總結(jié)出各個缸體的工作情況所示如表3-4所示： </p><p>　　表

73、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)動機(jī)的主要運(yùn)動部分在三維軟件UG下進(jìn)行運(yùn)動仿真，運(yùn)動仿真中，我們以第一右缸的作功行程即在時間0-2T內(nèi)為研究對象，仿真圖片如圖3-18所示，從仿真中我們可以得到各個缸體的工作情況如下:</p><p>　　(1).T-2T時間內(nèi)：</p><p>　　L1處于作功行程，L2處于排氣行程，L

74、3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時間內(nèi)：</p><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

75、，R4處于作功行程。</p><p>　　這與表3-3總結(jié)出來的理論工作情況完全符合，說明仿真符合實際。</p><p>　　圖3-18 T-2T內(nèi)各氣缸工作情況</p><p>　　按照步驟（1）(2)針對其他六個缸體的作功行程依據(jù)同樣的方法進(jìn)行檢驗，都符合實際，在此將不一一列舉。</p><p>　　4 V8發(fā)動機(jī)的主要傳動部件的有限

76、元分析</p><p>　　4.1 發(fā)動機(jī)曲軸的模態(tài)分析</p><p>　　曲軸作為一個復(fù)雜的彈性連續(xù)體，它對發(fā)動機(jī)有著重要的影響。在發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，曲軸的扭轉(zhuǎn)振動往往成為曲斷裂的主要原因。要設(shè)計一款曲軸，必須考慮其振動、噪聲等特，而對曲軸的模態(tài)分析卻是必不可少的。模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動力特性的一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領(lǐng)域的應(yīng)用。態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)固有振動特性，每一個模態(tài)具有特

77、定的固有頻率、振型，這些參數(shù)可以由計算或試驗取得。討論的是模態(tài)分析中的計算模態(tài)分析。曲軸在工作過程中不斷的受到復(fù)雜的交變的沖擊載荷激勵，隨之產(chǎn)生了橫向、縱向以及扭轉(zhuǎn)振動，當(dāng)某一激勵力的頻率和曲軸其中一階固有頻率相同或者相近時，產(chǎn)生軸系的共振，這足以導(dǎo)致曲軸的疲勞斷裂。對曲軸的模態(tài)分析是對曲軸的振動特性分析，為振動故障及結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的優(yōu)化設(shè)計提供依據(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)動機(jī)缸體中所表

78、現(xiàn)的固有特性。利用了有限元方法對V8 發(fā)動機(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)計提供理論依據(jù)。</p><p>　　4.1.1 曲軸部件模型的簡化</p><p>　　此項目以V8發(fā)動機(jī)曲軸為研究對象, 共有4個連桿軸頸和5個主軸頸， 其主要尺寸參數(shù)如下: 主軸頸長度為26mm， 主軸頸直徑為67 mm, 曲柄銷長度為50mm， 曲柄銷直徑為53 mm。本文通過在

79、UG 三維實體設(shè)計軟件中建立曲軸的模型 , 然后導(dǎo)入到AWE中, 簡化了三維實體建模的工作量。</p><p>　　由參考文獻(xiàn)[7]知, 在進(jìn)行曲軸實體建模時, 為使有限元網(wǎng)格化與實體結(jié)構(gòu)一致, 保證計算結(jié)果的模態(tài)特性, 在不影響結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的原則下, 對曲軸體內(nèi)小尺寸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了省略簡化處理, 建成的曲軸三維實體模型如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 曲軸的簡化三維模型&l

80、t;/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&l

81、t;/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個節(jié)點(diǎn)，29413個有限單元，有限元模型如圖4-2 所示。</p><p>　　圖4-2 曲軸的有限元模型</p><p><b>　　3．添加約束</b></p><p&g

82、t;　　在對整體曲軸進(jìn)行計算模態(tài)分析時，采用不同的約束對分析結(jié)果將會產(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。針對發(fā)動機(jī)實際運(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，保證連桿活塞組正常工作。該曲軸有5 個主軸頸，模擬實際情況對曲軸的5個主軸頸分別施加無摩擦約束（Frictionless support），即軸頸表面徑向的對稱約束。為控制發(fā)動機(jī)在工作時曲軸的軸向竄動，在曲軸上設(shè)置有軸

83、向定位裝置。但是又要保證曲軸在受熱膨脹時有一定的自由伸長量，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><p>　　由于曲軸的低階模態(tài)才對曲軸的振動分析有實際的參考價值[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)動模態(tài)，對剛體的

84、振動分析沒有實際意義。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 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，第二主軸頸上的

85、平衡塊變形較大；；第4階發(fā)生縱向彎曲振動，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，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</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

86、發(fā)動機(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)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動, 對外輸出做功。連桿工作時, 小端作往復(fù)運(yùn)動, 大端作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動, 桿身作復(fù)雜的平面運(yùn)動, 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, 同時承受活塞傳來的氣體壓力、往復(fù)慣性力和本身擺動時所產(chǎn)生的慣性力作用。連桿一旦出現(xiàn)彎

87、曲和扭曲, 會產(chǎn)生活塞拉缸外, 還會導(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，對連桿的優(yōu)化設(shè)計尤為重要，而對連桿部件進(jìn)行靜態(tài)分析可以為連桿的優(yōu)化設(shè)計等提供理論依據(jù)。</p><p>　　4.2.1 連桿部件模型的簡化</p><p>　　此項目以V8發(fā)動機(jī)連桿為研究對象, 其主要尺寸參數(shù)如下:連桿小頭端內(nèi)直徑22mm，外直徑30

88、mm，連桿大頭端內(nèi)直徑57mm，外直徑67mm，連桿長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)動態(tài)特性的原則下, 對曲軸體內(nèi)小尺寸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了省略簡化處理, 建成的曲軸三維實體模型如圖4-6所示：</p><p>　　圖4-6 連桿的簡化三維模型</p><p>　　4.2.2 連桿部件模

89、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><p>　　表4-1 材料特性</p><p><b>　　2．網(wǎng)格劃分</b></p><p>　　

90、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個節(jié)點(diǎn)，6089個有限單元，有限元模型如圖4-7 所示。</p><p>　　圖4-6 連桿的簡化三維模型</p><p>　　3．約束條件和施加載荷</p><p>　　邊界條件施加與工程實際是否吻合直接影響到分析結(jié)果的正確性、合理性。在實際工程中,

91、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 的所有面施加對稱約束, 在小孔的內(nèi)表面上施加面壓力,本次項目直接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>&l

92、t;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&g

93、t;<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</p><p>　　V8發(fā)動機(jī)作為高端發(fā)動機(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)計任務(wù)主要體現(xiàn)在三個部分，基于UG對V8發(fā)動機(jī)進(jìn)行建模展示結(jié)構(gòu)，基于UG做運(yùn)動仿真展示原理以及基于ANSYS Wo

94、rkbench軟件對V8發(fā)動機(jī)主要傳動部件進(jìn)行有限元分析。第一部分，根據(jù)建好的模型對發(fā)動機(jī)的主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行圖文展示以及對一些結(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)動部分進(jìn)行仿真，論文展示了詳細(xì)的仿真過程，如裝配體的導(dǎo)入，連桿的設(shè)置，運(yùn)動副的設(shè)置，為了檢驗仿真正確性還對仿真過程進(jìn)行了檢驗分析，通過仿真里面各個缸體的工作情況跟理論工作情況進(jìn)行對比，讓仿真更具有說服力。第三部分，對曲軸跟連桿

95、進(jìn)行有限元分析，我們都知道曲軸跟連桿是發(fā)動機(jī)中最主要的傳動部件，對他們進(jìn)行有限元分析時意義重大，可以為連桿跟曲軸的優(yōu)化設(shè)計提供有力的理論。</p><p>　　通過此次畢業(yè)設(shè)計，不僅充實了我對發(fā)動機(jī)的知識，提高了我對UG軟件的使用能力，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)問題、多分析問題和解決問題的能力。</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)</p><p&g

96、t;　　[1] 譚本忠．看圖學(xué)修汽車發(fā)動機(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)動機(jī)與變速器．機(jī)械工業(yè)出版社，2012．</p><p>　　[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)計完全自學(xué)手冊．機(jī)械工業(yè)出版社，2

97、008．</p><p>　　[5] 黃志新，劉成柱．ANSYS Workbench 14.0超級學(xué)習(xí)手冊．人民郵電出版社，2013．</p><p>　　[6] 張晉西，張甲瑞，郭學(xué)琴．UG NX機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真基礎(chǔ)及實例．清華大學(xué)出版社，2012．</p><p>　　[7] 李松波，馬星國，韓輝. 發(fā)動機(jī)曲軸的模態(tài)分析[J] . 沈陽工業(yè)學(xué)院學(xué)報， 2008， 2

98、2（4）: 72-74.</p><p>　　[8] 楊國旗，虞彪.基于ANSYS WORKBENCH的發(fā)動機(jī)連桿有限元分析[A] .裝備制造技術(shù)，2011，（10）：23-25.</p><p>　　[9] 徐建全，鄭秋文.發(fā)動機(jī)連桿三維實體建模和有限元分析[A]. 福建工程學(xué)院學(xué)報，2008，（6）：73-83.</p><p>　　[10] 徐中華，張茜，程偉

99、.基于UG 和ANSYS 的四缸曲軸有限元模態(tài)分析[A] .機(jī)械工程自動化，2009，（4）：18-19.</p><p>　　[11] 張宏遠(yuǎn)，龐麗麗，楊曉雨. 六缸發(fā)動機(jī)曲軸模態(tài)分析[A] .科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2008，（15）：60.</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Engine as one of

100、the most important parts of the car, not only has a complex structure, but also hidden many incomprehensible principle, V8 Engine is the one which enjoys a high status, for car enthusiasts, car users, car repairers and m

101、any other people, grasping its structure and the principle of practical significance is meaningful .The graduation design is mainly Modeling the V8 Engine structural based on UG to show models, doing sports simulation to

102、 show principle and Doing finite element an</p><p>　　Keywords: V8 Engine ; UG ; motion simulation ; finite element</p><p>　　致 謝</p><p>　　通過幾個月的學(xué)習(xí)跟忙碌，此次畢業(yè)設(shè)計也將結(jié)束了，在做這個畢業(yè)設(shè)計過程中，由

103、于對發(fā)動機(jī)這方面的知識比較欠缺，資料也是比較泛，經(jīng)常會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。</p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計過程中，遇到了許多困難與問題。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，在論文的撰寫過程中也給了許多寶貴的建議跟意見，這些不僅讓我感受到了老師扎實的專業(yè)知識，更讓我體會