内燃机毕业设计说明书Word文档格式.docx
- 文档编号:21335567
- 上传时间:2023-01-29
- 格式:DOCX
- 页数:48
- 大小:1.76MB
内燃机毕业设计说明书Word文档格式.docx
《内燃机毕业设计说明书Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《内燃机毕业设计说明书Word文档格式.docx(48页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
1
收集资料,撰写开题报告。
学习掌握Pro/ENGINGEER三维建模方法。
2011.3.28~2011.4.17
2
建立内燃机各组成零部件三维数字化虚拟模型。
2011.4.18~2011.5.8
3
内燃机三维数字化虚拟装配设计及虚拟运动仿真分析。
2011.5.9~2011.5.16
4
组成零部件和装配体的工程视图设计。
2011.5.17~2011.5.24
5
撰写设计说明书,设计结果光盘制作,准备毕业答辩。
2011.5.25~2011.6.10
摘要
内燃机是我国机械发展跨行业、跨部门最多的行业,可广泛应用于包括汽车、工程机械、农业机械、船舶、内燃机车、内燃机发动设备、地质石油钻机、军用各种机械等产品,是上述各种产品的心脏,因此,内燃机行业的发展对我国工业、交通运输、农业、国防建设以及人民生活都有十分重大影响。
但由于内燃机分类较多,结构复杂,加上技术与条件的限制,所以本设计主要以结构简单,制造成本低廉的摩托车二冲程单缸发动机为模型,对其主要零部件建立基于Pro/E的三维数字化虚拟模型,并对各零部件进行了数字化虚拟装配与运动分析。
关键词:
内燃机;
Pro/E;
三维建模;
运动分析
Abstract
Thedevelopmentofinternalcombustionengineisthelargestcross-industryandinter-departmentoneinChina.Itcanbewidelyusedforautomobile,engineeringmachinery,agriculturalmachinery,ships,locomotives,internalcombustionenginingequipment,geologicaloilrig,militarymachineryandotherproducts,anditistheheartoftheseproducts.Therefore,thedevelopmentofinternalcombustionengineindustryhasaverysignificantimpactonthedevelopmentofindustry,agriculture,transport,nationaldefenceandpeople'
slivesaswell.However,Internalcombustionengines,whicharecomplicatedinstructureandarerestrictedbytechnologyandconditions,havemanystyles.Therefore,thisdesignmainlyusesmotorcycletwo-strokesinglecylinderengineformodel,whichissimpleinstructureandlowinmanufacturingcost.Atthesametime,thisdesignusesProeasthesoftofestablishingthethree-dimensionaldigitalvirtualmodeltosimulateandanalysethedigitalandvirtualassemblyforitsmaincomponents.
Keywords:
internalcombustionengine,Pro/E,three-dimensionaldigitalvirtualmodel,analyse
第一章绪论
1.1课题的由来
内燃机是我国机械发展跨行业、跨部门最多的行业,可以广泛应用于包括汽车、工程机械、农业机械、船舶、内燃机车、内燃机发动设备、地质石油钻机、军用各种机械等产品上,是上述各种产品的心脏,因此,内燃机行业的发展对我国工业、交通运输、农业、国防建设以及人民生活都有重大影响。
1.2研究内燃机的目的和意义
在竞争激烈的21世纪,内燃机面临着更多方面的挑战,在节约能源、燃料多样化、提高功率、延长寿命、提高可靠性、降低排放和噪声、减轻质量、缩小体积、降低成本、简化维护保养等方向上对内燃机工艺要求越来越高。
天然气、醇类、植物油及氢等新型燃料将为内燃机增添新活力,而内燃机电子控制技术在提高品质同时也延长了内燃机行业的“生命”。
新材料与工艺技术革命,为21世纪内燃机发展产生了新推动力。
21世纪的内燃机,将会在经济发展和社会进步上发挥更重要的作用。
因此,研究该课题对内燃机行业的发展具有重要意义。
1.3内燃机简介
内燃机,是一种动力机械,它是通过燃料在机器内燃烧,并将其释放出来的热能直接转化为动力的热力发动机。
广义上的内燃机不仅仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机与自由活塞式发动机,还包括旋转叶轮式燃气轮机、喷气式发动机等,但通常所说的内燃机是活塞式内燃机。
活塞式内燃机以往复活塞式最普遍。
活塞式内燃机将燃料和空气混合,在气缸内燃烧,释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。
燃气膨胀推动活塞做功,再通过曲柄连杆机构将机械能输出,驱动机械工作。
1.4内燃机的分类
内燃机的分类方法很多,按照不同的分类方法可以把内燃机分成不同的类型,下面让我们来看看内燃机是怎样分类的。
1.4.1按照所用燃料分类
内燃机按照所使用燃料的不同可分为汽油机和柴油机。
使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机;
使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。
汽油机与柴油机比较各有特点;
汽油机转速高,质量小,噪音小,起动容易,制造成本低;
柴油机压缩比大,热效率高,经济性能和排放性能都比汽油机好。
1.4.2按照行程分类
内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机。
把曲轴转两圈(720°
),活塞在气缸内上下往复运动四个行程,完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机;
而把曲轴转一圈(360°
),活塞在气缸内上下往复运动两个行程,完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机。
汽车发动机广泛使用四行程内燃机。
1.4.3按照冷却方式分类
内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。
水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的;
而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。
水冷发动机冷却均匀,工作可靠,冷却效果好,被广泛地应用于现代车用发动机。
1.4.4按照气缸数目分类
内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。
仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机;
有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。
如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。
现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。
1.4.5按气缸排列方式分类
内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。
单列式发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置的,但为了降低高度,有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的;
双列式发动机把气缸排成两列,两列之间的夹角<
180°
(一般为90°
)称为V型发动机,若两列之间的夹角=180°
称为对置式发动机。
1.4.6按照进气系统是否采用增压方式分类
内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。
汽油机常采用自然吸气式;
柴油机为了提高功率有采用增压式的。
1.5单缸内燃机介绍
1.5.1单缸内燃机简介
单缸内燃机是所有内燃机中最简单的一种,只有一个气缸,是发动机的基本形式。
单缸发动机工作时,曲轴每转过一圈(二冲程)或者两圈(四冲程),气缸内部的混合气体点火燃烧一次,从声音和振动上能明显感觉到发动机的工作时断续的。
如果从工作的连贯性来看,单缸发动机工作不平衡,转速波动比较大,容易熄火。
但是它的结构简单,制造成本低,维护容易,是中低档小型摩托车用发动机的首选。
1.5.2单缸发动机特点
和同排量的多缸发动机相比,单缸发动机工作时只有一套机件在运转,因此致使运动件的惯性力得不到抵消,所以振动较大。
转速越高,振动越明显。
还有,单缸发动机运动件的尺寸较大,不利于发动机提高转速,并且随着发动机的排量增加而更加明显。
因此单缸发动机排量越大,升功率越小。
由于单缸发动机结构较简单,与同排量的多缸发动机相比,具有重量轻,结构尺寸小的特点,使用单缸发动机有利于减轻整车的重量,所以提高了整车的操控的灵活性。
采用发动机横向布置时,曲轴旋转的陀螺效应会阻碍摩托车侧倾转弯,曲轴越重这种阻力也就越大。
由于单缸发动机曲轴短,陀螺效应相对要低些,所以左右侧倾轻便。
驾驶员会感觉方向把较轻便。
由于单缸发动机有以上特点,所以,250CC以上的越野摩托车多采用单缸发动机,此外超级运动摩托车大都也装用单缸发动机。
在普通的摩托车中,一般125CC以下小型摩托车大都采用单缸发动机。
1.6PRO/Engineer的介绍
1.6.1PRO/Engineer的简介
PRO/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件,是新一代的产品造型系统,是一个参数化、基于特征的实体造型系统,并且具有单一数据库功能。
1).真实3D模型
在PRO/E中,设计出的模型是真实的3D模型,弥补了传统面结构、线结构的不足。
这些3D实体模型除了可将用户的设计思想以最真实的模型在计算机上表现出来之外,借助系统参数,用户还可随时计算出产品的体积、面积、重心重量、惯性大小等等,以了解产品的真实性,并可进一步的组建装配等的运算。
我们在产品设计过程中,可随时掌握以上重点,设计物理参数,并减少许多人为的计算。
2).以特征作为设计的单位
PRO/E的特征方式是基于人性化的设计,初次使用PRO/E的人会对特征感到亲切,PRO/E中正是以最自然的思维方式从事设计工作,如孔、开槽、做成圆角等均被视为零件设计的基本特征,除了充分掌握设计思想之外,还在设计过程中加入实际的制造思想,也正是因为以此特征作为设计的单元,因此可以随时对特征做合理的变化。
不违反几何原理的顺序调整、插入、删除、重新定义等修正动作。
3).单一数据库
在PRO/E中可由3D实体模型产生2D工程图,而且自动标示工程图尺寸。
不论在3D还是2D图形上做尺寸修改,其相关的2D图形或3D实体模型均自动修改,同时组合、制造等相关设计也自动修改,这样可以确保数据的正确,并避免反复修正所耗费的时间,由于采用单一数据库,提供了所谓双相关联性的功能,这种功能也正符合现代产业中同步工程的思想。
4).参数式设计
配合单一数据,所有设计过程中所使用的尺寸、参数都在数据库中,修改CAD模型及工程图不再是一件难事,设计者只要更该3D零件的尺寸,则工程图、组合、模具等就会依照尺寸的修改做几何形状的变化,以达到涉及修改工作的一致,避免发生人为改图的疏露情形,减少了许多人为改图的时间和精力消耗。
也正因有参数的设计,用户才可以运用强大的数学运算方式,建立各尺寸参数间的关系,使得模型可自动计算出应有外型,减少尺寸修改的繁琐过程,并减少错误发生。
Pro/Engineer是软件包,并非模块,它是该系统的主要部分,其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型,三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图,其中三维造型还可移动,放大或缩小和旋转。
PRO/Engineer是一个功能定义系统,即造型是通过各种不同设计专用功能来实现,其中包括:
筋(Ribs)、槽(Slots)、倒角(Chamfers)和抽空(Shells)等,采用这种手段建立形体,对于工程师来说这显得更自然、更直观,无需采用复杂的几何设计方式。
这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸,不象别的系统是直接指定固定数值于形体,这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间关系,任何一个参数改变,其它相关的特征也自动修正。
这种功能使修改更为方便,可令设计优化更趋完美。
造型不单可以在屏幕显示,还可以传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机上。
PRO/Engineer还可输出三维和二维图形于其他应用软件,诸如有限元分析及后置处理等,这些都是通过标准数据交换格式来实现的。
使用者可以自由配置PRO/Engineer软件的其它模块或自行利用C语言编程,以增强软件功能。
它在单用户环境下,即没有任何附加模块,具有大部分的设计能力,组装能力和工程制图的能力,不包括ANSI,ISO,DIN或JIS标准,并且支持符合工业标准的绘图仪和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。
PRO/Engineer功能如下:
1).特征驱动(如:
凸台、槽、倒角、腔、壳)。
2).参数化(参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件)。
3).通过零件的特征值之间,载荷/边界条件与特征参数之间(如表面积)的关系进行设计。
4).支持大型、复杂组合件设计(规则排列的系列组件,交替排列,PRO/E的各种能用零件设计的程序化方法)。
5).贯穿所有应用的完全相关性,即任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方的变动。
其它辅助模块将进一步提高扩展Pro/ENGINEER基本功能。
1.6.2PRO/Engineer研究意义
PRO/E是三维实体建模与分析软件当中性能非常出色的一款软件。
使用PRO/E,可以实现机械零部件实体建模、虚拟装配、运动仿真、强度分析等工作,具有直观、便捷等的特点,是现代机械设计中非常重要的设计工具。
在进行运动与强度分析工作中,应该切实理解软件所适应的工作条件,否则得到不正确的结果。
在当前PRO/E研究基础上,还可在下列领域加强研究,以更好的让PRO/E为机械设计领域服务。
1.6.3PRO/Engineer特点
使用PRO/E,可以很大程度简化机械产品的设计开发过程,大幅度缩短产品开发的周期,大量减少产品开发费用及成本,明显提高产品的质量和产品的系统级性能获得更加优化和创新的设计产品。
PRO/E不仅仅是计算机技术在工程领域的成功应用,更是一种全新的机械产品的设计理念。
一方面和传统的仿真分析相比,传统的仿真一般是针对单个子系统的仿真,而PRO/E是强调整体的优化设计,它通过虚拟整机与虚拟环境耦合,对产品多种设计方案进行测试、评估,并不断改进设计的方案,直到获得更优的整机性能。
第二章内燃机结构及工作原理
2.1单缸内燃机构造及工作原理
2.1.1单缸内燃机的构造
发动机是一种由许多机构和系统组成复杂机器。
无论是汽油机,还是柴油机;
无论是四行程发动机,还是二行程发动机;
无论是单缸发动机,还是多缸发动机。
要完成能量转换,实现工作循环,保证长时间连续正常工作,都必须具备以下一些机构系统。
1).曲柄连杆机构
曲柄连杆机构是发动机实现工作循环,完成能量转换的主要运动零件。
它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。
在作功行程中,活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动,通过连杆转换成曲轴的旋转运动,并从曲轴对外输出动力。
而在进气、压缩和排气行程中,飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。
2).配气机构
配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程,定时开启和关闭进气门和排气门,使可燃混合气或空气进入气缸,并使废气从气缸内排出,实现换气过程。
配气机构大多采用顶置气门式配气机构,一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。
3).燃料供给系统
汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求,配制出一定数量和浓度的混合气,供入气缸,并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去;
柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸,在燃烧室内形成混合气并燃烧,最后将燃烧后的废气排出。
柴油机是以柴油为燃料。
由于柴油的蒸发性和流动性都比汽油差,因此柴油机不能像汽油机那样在汽缸外部形成可燃混合气。
柴油机的混合气只能在气缸内部形成,即在接近压缩行程终点时,通过喷油器把柴油喷入气缸内。
柴油机燃油供给系统包括喷油泵、喷油器和调速器等主要部件及燃油箱、输油泵、油水分离器、燃油滤清器、喷油提前器和高、低压油管等辅助装置。
4).润滑系统
润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油,以实现液体摩擦,减小摩擦阻力,减轻机件的磨损。
并对零件表面进行清洗和冷却。
润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。
5).冷却系统
冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去,保证发动机在最适宜的温度状态下工作。
水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。
6).点火系统
在汽油机中,气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的,为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞,火花塞头部伸入燃烧室内。
能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系,点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。
柴油机的压缩比比汽油机的压缩比大很多(一般为16~22),压缩终了时气体温度和压力都比汽油机高,大大超过了柴油机的自燃温度。
压缩终了时,气体压力约为3.5~4.5MPa,气体温度约为750~1000K,柴油机是压缩后自燃着火的,不需要点火,故柴油机又称为压燃机。
因此柴油机不需要点火系。
柴油喷入气缸后,在很短的时间内与空气混合后便立即着火燃烧,柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的,而不象汽油机那样,混合气主要是在气缸外部的化油器中形成的。
7).起动系统
要使发动机由静止状态过渡到工作状态,必须先用外力转动发动机的曲轴,使活塞作往复运动,气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功,推动活塞向下运动使曲轴旋转。
发动机才能自行运转,工作循环才能自动进行。
因此,曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程,称为发动机的起动。
完成起动过程所需的装置,称为发动机的起动系。
柴油机由以上两大机构和四大系统组成,即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成,柴油机是压燃的,不需要点火系。
汽油机由以上两大机构和五大系统组成,即由曲柄连杆机构,配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成。
2.1.2二冲程发动机工作原理
二冲汽油程发动机的工作循环包括进气、压缩、做功、排气四个过程,不过这些过程的完成仅需要活塞两个行程或者说曲轴旋转一周。
二冲程汽油机工作循环,其进、排气均由活塞控制。
第一行程在曲轴的带动下,活塞由下止点向上止点运动,当活塞将换气孔、排气孔、进气孔都关闭了时,活塞开始压缩进入气缸的混合气体,同时在活塞下方的曲轴箱内形成了一定的真空度,因此当进气孔开启时,化油器供应的混合气被吸入曲轴箱内,直到活塞到达上止点,完成压缩和进气行程。
第二行程当活塞接近上止点的时候,火花塞产生电火花,点燃混合气,燃烧后形成高温、高压的气体,推动活塞向下止点运动并做功。
当活塞下行到关闭进气孔后,活塞下方曲轴箱内可燃混合气被预压。
当活塞下行至排气孔开启的时候,废气靠自身压力经排气孔而排出,紧接着换气孔开启了,曲轴箱内预压的混合气经换气孔进入气缸,并扫除气缸内的废气,这一过程为做功和排气行程。
第三章内燃机部分参数的确定
3.1内燃机冲程数的选择
二冲程发动机的优点:
1).二冲程发动机没有阀,大大的简化的其结构,并且减轻了自身的重量。
2).二冲程发动机每一回转就会点火一次,二四冲程发动机每隔一次回转才点火一次。
这付与二冲程发动机重要的动力基础。
3).二冲程发动机可以在任何方位运转,这个在某些设备,如链锯上就很重要。
标准的四冲程发动机可能在油料晃动时候发生故障,除非是直立着的。
解决这个问题就可以很大程度增加发动机的灵活性。
这些优点使二冲程的发动机更加轻便,简易,制造成本更低廉。
二冲程发动机另外还有将双倍的动力装进同一空间内的潜力,因为它每一回转就有双倍的动力冲程。
轻便和双倍动力的结合使它与许多四冲程发动机相比具有更好的“推重比”。
因此,本设计采用二冲程发动机为模板。
3.2汽缸数和布置方式的选择
和同排量的多缸发动机相比,单缸发动机工作时只有一套机件在运转,因此致使运动件的惯性力得不到抵消,所以振动较大。
因此本设计采用单缸,直列式。
第四章内燃机各零部件的设计建模
4.1活塞的设计建模
4.1.1活塞的设计
(一)功用
1.与气缸盖气缸壁等共同组成燃烧室;
2.承受气体压力,并将此力传给连杆,以推动曲轴旋转。
(二)材料:
汽车发动机活塞广泛采用铝合金。
其特点为
1.质量小(约为铸铁活塞的50%~70%);
2.导热性好(约为铸铁的三倍);
3.热膨胀系数大。
(三)组成(如图4-1所示)
根据其作用,活塞可分为顶部、环槽部、裙部和活塞销座四部分。
图4-1活塞的组成
1.顶部形状为凸型。
2.裙部为拖板式,如图4-2。
图4-2拖板式活塞
4.1.2活塞的三维建模
新建零件名为piston的零件,根据其结构图,使用拉伸材料和倒直角和倒圆角特征绘制piston模型。
并通过如下图过程绘制出三维模型图(如图4-3)。
图4-3piston的三维模型
4.1.3活塞环的三维建模
新建零件名为piston-ring的零件,根据其结构图,按图4-4绘制出活塞环的图。
图4-4piston-ring的三维模型
4.1.4活塞销的三维建模
新建零件名为piston-pin的零件,根据其结构图,使用拉伸材料和倒直角和倒圆角特征绘制pist
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 内燃机 毕业设计 说明书
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)