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1、仲恺农业工程学院 毕 业 设 计V8发动机工作过程仿真分析姓名 院（系） 机电工程学院专业班级 机械设计制造及其自动化 093 班学 号 9指导教师 职 称 讲师论文答辩日期 2013 年 5 月 26 日仲恺农业工程学院教务处制学生承诺书学生承诺书本论文是在导师的指导下完成的研究成果，本学位论文的研究成果不包含其他人已经发表或撰写过的研究内容，如参考他人或集体的科研成果，均在文中以明确的方式说明，本人依法享有和承担由此论文所产生的权利和责任。作者签名：日 期：摘 要 发动机作为汽车最重要的部件之一，不仅有着复杂的结构，还暗藏着许多难懂的原理，V8 发动机是发动机当中享有很高地位的一种，对于汽
2、车爱好者，汽车使用者，汽车维修者等众多人来说，掌握它的结构跟原理是很具有现实意义的，此次毕业设计主要是基于 UG 对 V8 发动机进行建模展示结构，做运动仿真展示原理以及基于 ANSYS Workbench 软件的 V8 发动机主要传动部件的有限元分析。形象地将结构模型与工作过程相结合共同阐述其工作原理。因此，做这个毕业设计不管从技术角度还是从时代要求的角度看都很具有意义的。论文将通过发动机的模型结构（图片）与工作过程相结合形象而直观地展现其工作原理，更便于读者去理解掌握。关键词：V8 发动机 UG 运动仿真 有限元目 录1 前言 .11.1 研究背景 .11.1.1 发动机的分类 .11.1
3、.2 V 型发动机发展历史与技术特点.21.1.3 研究目的及意义 .42 V8 发动机的结构建模与解析.42.1 总体结构 .42.2 曲柄连杆机构 .62.2.1 曲柄连杆机构的建模 .62.3 配气机构 .82.3.1 配气机构的建模 .82.3.2 配气机构的原理解析 .82.4 冷却系统 .132.5 润滑系统 .132.6 供给系统 .142.7 起动系统 .152.8 点火系统 .163 基于 UG 的 V8 发动机运动仿真分析 .163.1 V8 发动机的基本原理介绍.163.2 V8 发动机的运动仿真分析.193.2.1 基于 UG 的 V8 发动机运动仿真过程 .193.2
4、.2 V8 发动机的运动仿真结果分析检验.264 V8 发动机的主要传动部件的有限元分析.294.1 发动机曲轴的模态分析 .294.1.1 曲轴部件模型的简化 .304.1.2 曲轴模型参数与边界条件的设置 .304.1.3 结果后处理分析 .324.2 发动机连杆部件静态分析 .334.2.1 连杆部件模型的简化 .334.2.2 连杆部件模型参数与边界条件的设置 .344.1.3 结果后处理分析 .3511 前言1.1 研究背景1.1.1 发动机的分类我们都很清楚的知道一个事实，汽车就像电脑一样不断的普及，已经成为家喻户晓的一种交通工具，有汽车的”心脏”之称的发动机也就不断为我们所认识，
5、所了解。但是，想要更加清楚的了解汽车发动机，我们很有必要去了解一下汽车发动机的分类，因为汽车发动机不仅种类繁多，分类方式也及其复杂。以下是汽车发动机的各种分类：按活塞运动方式分类：活塞式内燃机可分为往复活塞式和旋转活塞式两种。前者活塞在汽缸内作往复直线运动，后者活塞在汽缸内作旋转运动。按照进气系统分类：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。若进气是在接近大气状态下进行的，则为非增压内燃机或自然吸气式内燃机；若利用增压器将进气压力增高，进气密度增大，则为增压内燃机。增压可以提高内燃机功率。按照气缸排列方式分类：内燃机按照气缸排列方式不同可
6、以分为单列式、双列式和三列式。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。三列式把气缸排成三列，成为 W 型发动机。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、十六缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用三缸，四缸、六缸、八缸发动机。按照冷却方式分类：内燃机按照冷却方
7、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。2按照行程分类：内燃机按照完成一个工作循环所需的冲程数可分为四冲程内燃机和二冲程内燃机。把曲轴转两圈(720)，活塞在气缸内上下往复运动四个冲程，完成一个工作循环的内燃机称为四冲程内燃机；而把曲轴转一圈(360)，活塞在气缸内上下往复运动两个冲程，完成一个工作循环的内燃机称为二冲程内燃机。汽车发动机广泛使用四冲程内燃机。按
8、气门机构种分类：侧置气门（SV）发动机、侧置凸轮轴（OHV）发动机、顶置凸轮轴（OHC）发动机、可变气门（VTEC）发动机 和 Desmo 气门机构发动机。按燃油供应方式分类：化油器发动机和电喷发动机 。按照所用燃料分类：内燃机按照所使用燃料的不同可以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。1.1.2 V 型发动机发展历史与技术特点活塞发动机的气缸分列在曲轴的两侧，在该方向上呈现出 V 字形。这种排列方式相较于
9、水平直线排列的设计，可以减少发动机的长度，高度和重量。V 型发动机的汽缸排列并非垂直于曲轴，而是有一个角度，两排汽缸之间的角度取决于汽缸的数量以及运作顺畅的考量而有不同，比较常见的角度包括60 度与 90 度。由于 V 型发动机的汽缸是朝外侧倾斜，因此发动机上侧的宽度较大。最早汽车发动机是单缸的，后来有了直列多缸发动机，V 型发动机的优点工程师们很早就发现了，他们设计的最早的 V 型发动机只有两个气缸，也就是V2， 1905 年 Marmon 汽车公司生产了世界上第一款装备 V6 发动机的轿车。1902 年法国人 Lon Levavasseur 设计了世界上第一款 V8 发动机。1904 年
10、V8发动机概念在法国非常流行，雷诺制造了 V8 航空发动机，1905 年劳斯莱斯制造了 3.5 升排量的 V8 发动机。在问世十年时间里，虽然很多厂商都制造了 V8 发动机，不过这些 V8 发动机更多带有实验性质，产量很少，第一款大批量生产的 V8 发动机是 1914 年开3始生产的凯迪拉克的 5.4 升 V8 发动机。 第一次世界大战中，V12 发动机问世，当时 V12 发动机主要都是航空发动机，雷诺、戴姆勒和迈巴赫都生产了 V12 发动机。由于美国本土没有收到第一次世界大战的波及，V12 在汽车上应用于 1916 年就开始了，为了争夺美国豪华轿车第一把交椅，美国的帕卡德在 1916 年率先
11、生产了装备 V12 发动机的豪华轿车，凯迪拉克和 Hispano-Suiza 于 1930 年开始生产装备 V12 发动机的豪华轿车。出于对更大功率的渴望，在发动机设计上屡有创新的美国 Marmon 公司于1927 年开始设计 V16 发动机，可惜一直等到 1931 年才投产，1930 年凯迪拉克设计生产了自己的 V16 发动机和装备这台发动机的豪华轿车凯迪拉克 V16，借助于凯迪拉克 V16，凯迪拉克从而成为美国第一豪华轿车品牌。6.2 升 LSA V8 机械增压发动机技术亮点 ：CTS-V Coupe 采用的 6.2 升 V8机械增压发动机，输出功率高达 556 马力，扭矩为 747 牛米
12、，是凯迪拉克品牌有史以来动力最为强劲的发动机，0-96 公里/小时加速仅需 3.9 秒。CTS-V Coupe 延续了 V 系列拥有独特设计的进气格栅，可将进气量提高一倍，从而实现高散热性能。6.2 升 V-8 发动机配有中冷 Eaton 增压器系统和先进的铝合金汽缸盖。机械增压器的旋转内部组件的新型设计扩展了其效率范围，使得发动机在各种转速下都具有平稳宽广的功率范围。无论在低速还是在高速条件下，动力都是瞬间启动、强劲和持续的。 凯迪拉克 V 型发动机的历史和技术发展 :一直以来，凯迪拉克一直在致力于极致动力科技研发，而其动力系统真正开始于 1914 年，当时，凯迪拉克推出美国第一台 8 缸发动机，此发动机采用了恒温控制的冷却剂的流动，后来普遍被其他制造商所采用。十年后，凯迪拉克双平面的 V - 8 曲轴的发明为凯迪拉克在发动机技术上做出了又一重大突破。重新设计的凯迪
