235kw发动机飞轮设计说明书CAD＋设计说明书
摘 要
为了更好的解决发动机曲轴扭震等问题，本设计以上柴6CL320-2的相关数据作为参照，对235直列六缸柴油机飞轮进行了惯量计算、结构设计、强度校核、离合器匹配，并对曲轴飞轮 组进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。
飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，其主要功用是将在作功行程中传输给曲轴的功的一部分储存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲轴连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超过载；此外，在结构上飞轮又往往用作汽车传动系统中的摩擦离合器的驱动件。
关键词：飞轮 惯量计算 结构设计 离合器 运动仿真
摘 要
为了更好的解决发动机曲轴扭震等问题，本设计以上柴6CL320-2的相关数据作为参照，对235直列六缸柴油机飞轮进行了惯量计算、结构设计、强度校核、离合器匹配，并对曲轴飞轮 组进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。
飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，其主要功用是将在作功行程中传输给曲轴的功的一部分储存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲轴连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超过载；此外，在结构上飞轮又往往用作汽车传动系统中的摩擦离合器的驱动件。
关键词：飞轮 惯量计算 结构设计 离合器 运动仿真
目 录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 选题目的、意义 1
1.2 发动机飞轮国内外研究现状 2
1.3 曲轴系统的扭转振动 3
1.3.1 扭转振动的基本概念 3
1.3.2 扭转震动的消减措施 4
1.4 汽车离合器结构的发展 5
1.5 飞轮设计方法 6
1.6 主要研究内容 8
第2章 飞轮转动惯量的确定 9
2.1 飞轮转动惯量计算方法介绍 9
2.1.1 转动惯量的切向力方法 9
2.1.2 飞轮转动惯量的能量法 11
2.2 柴油机曲轴的旋转不均匀度 15
2.3 飞轮转动惯量计算 17
2.3.1飞转的作用 17
2.4 本章小结 20
第3章 飞轮结构设计 21
3.1 飞轮结构简介 21
3.2 飞轮材料选取 22
3.3 飞轮尺寸确定 23
3.3.1 飞轮基本结构形式 23
3.3.2 方案一：平板型飞轮 24
3.3.3 方案二：盆型飞轮 27
3.3.4 方案一与方案二对比 29
3.4本章小结 29
第4章 匹配离合器设计 30
4.1 离合器功用及设计要求 30
4.1.1 离合器的功用 30
4.1.2 对摩擦离合器的基本性能要求 30
4.1.3 膜片弹簧离合器概述 31
4.2 离合器结构设计 31
4.2.1 离合器的容量参数的计算 31
4.2.2 从动盘零件的结构选型和设计 33
4.2.3 压盘设计 35
4.2.4 离合器盖设计 35
4.3 本章小结 36
第5章 曲轴飞轮组零件创建与机构运动分析 37
5.1 CATIA软件简介 37
5.2 连杆的创建 37
5.2.1 连杆的特点分析 37
5.2.2 连杆的建模思路 37
5.3 活塞的创建 38
5.3.1 活塞的特点分析 38
5.3.2 活塞的建模思路 39
5.4 曲轴的创建 39
5.4.1 曲轴的特点分析 39
5.4.2 曲轴的建模思路 40
5.5 曲轴飞轮组运动分析 40
5.5.1 定义曲轴、连杆、活塞及活塞销的运动连接 40
5.5.2 设置曲轴与机座、活塞与活塞缸套之间的运动连接 43
5.5.3 模拟仿真 44
5.5.4运动分析 44
5.6 本章小结 47
结论 48
参考文献 49
致谢 50
1.1 选题目的、意义
汽车工程的发展贯穿着以第二次和第三次工业革命为契机与标志的近现代世界工业文明飞速向前的轨迹。当今汽车高速化、轻量化、高效率和低阻尼的发展趋势使得振动与噪声问题愈发突出。
汽车是一个具有质量、弹性和阻尼的振动系统。汽车整车或局部的振动使汽车的平顺性受到很大影响，使乘员产生不舒服和疲乏的感觉。而汽车的平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，因此平顺性主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价，它是现代高速汽车的主要性能之一。汽车的振动还使其动力性无法充分发挥，经济性变差，还会影响到汽车的通过性、操纵稳定性，甚至损坏汽车的零部件，缩短汽车的使用寿命。汽车是由多个系统组成的复杂的振动系统，每个系统都存在振动问题，几个主要系统存在的振动问题如下：
首当其冲的是发动机和传动系：汽车行驶时因汽缸内的燃气压力和运动件的不平衡惯性力周期性变化以及道路不平的结果都会使曲轴系统和发动机整机产生振动。其中，曲轴系统的扭振比较重要，而且与整车传动系统密切相关。曲轴受周期性变化的干扰力作用，这种干扰力会使发动机和传动系统产生强烈的扭振。对于扭振引起的这些装置的附加应力大大超过工作应力，这会影响发动机和传动系的工作质量和寿命，产生噪声，造成严重的破坏。除发动机和传动系统外，其它几个振动的系统分别为：制动系统、转向系统、悬架系统、车身和车架。
严格控制发动机曲轴的扭转振动和降低传动系的扭转振动成为汽车工程人员密切关注和潜心研究的问题。在过去的实践中汽车设计师们采用了许多行之有效的措施，其中一个重要而广泛的措施就是为内燃机匹配飞轮。
飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，其主要功用是将在作功行程中传输给曲轴的功的一部分储存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲轴连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超过载；此外，在结构上飞轮又往往用作汽车传动系统中的摩擦离合器的驱动件。
飞轮是发动机的关键安全件，其功能是调节发动机曲轴转速变化，起稳定转速的作用。发动机在任何工况下，既使是稳定工况，出于负荷的突变，发动机输出扭矩与其所带动的阻力矩之间不相等，而产生曲轴转动角速度的波动，引起曲轴回转的不均匀性。这会产生一系列不良后果：对曲轴驱动的部件产生冲击，影响工作可靠性。降低使用寿命，产生噪音曲轴振动等。因此必须控制曲轴回转的不均匀性在允许范围之内。飞轮正是利用其具有较大的转动惯量，在曲轴加速减速过程中吸收或释放其动能，稳定曲轴加速度的变化，从而稳定转速。
四冲程发动机只有作功行程产生动力，其它进气、压缩、排气行程消耗动力，多缸发动机是间隔地轮流作功。扭矩呈脉动输出，这样就给曲轴施加了一个周期变化的扭转外力，令曲轴转动忽慢忽快。缸数越少越明显。另外，当汽车起步时，由于扭力突然剧增会使发动机转速急降而熄火。利用飞轮所具有的较大惯性，当曲轴转速增高时吸收部分能量阻碍其降速，当曲轴转速降低时释放部分能量使得其增速，这样一增一降，提高了曲轴旋转的均匀性。
1.2 发动机飞轮国内外研究现状
在机械原理教科书中，将飞轮按其功能切分为稳速(稳定速度，减小波动幅度)和蓄能(积蓄能量、适时释出)两大类。近期有少量文献提出，利用飞轮夹补偿或平衡输入轴的外力矩，即出现外力矩平衡飞轮。外力矩平衡飞轮应具有变化的等效转动惯量，用以平衡输入轴外力矩的波动。严格地讲，稳速、蓄能和平衡外力矩波动三种功能可以同时体现在同—飞轮上，无法截然区分。
由于铸铁或钢制飞轮的线速度有一定的限制，因此，其单位质量所贮存的能量不大。例如时，飞轮单位质量所贮存的能量为1800。当时为7200。又由于有轴承的摩擦和空气阻力，运转时其能量损耗也较高。所以，普通的飞轮只能用以调节瞬时的不大的能量变化，而不能用作大容量的更高峰载荷补偿器，不能用作需要交配大能量的次能源贮存器。
高比强度新材料的出现，例如纤维和晶须增强材料的研制成功，使飞轮单位密度强度有很大的提高，允许的线速度也大幅度的提高。因此大大增强了飞轮单位质量所能贮存的能量，如再配以磁悬装置和真空室，飞轮有可能作为需要较大能量的二次能源贮存器。
除了采用高比强度的材料外，还研究了飞轮的最佳几何形状，以使飞轮各处应力分布合理而均匀，以及减少阻力，这样可进一步提高飞轮贮存能量的能力。此外，为了减小电动机的驱动力矩，采用变惯性力矩飞轮，如下图，该飞轮具有保证能在径向移动的滑块。图a是电机启动前滑块位置；图b是机组正常运行时滑块的位置。
图1-1 变惯性力矩飞轮
1.3 曲轴系统的扭转振动
1.3.1 扭转振动的基本概念
在内燃机的使用实践中，人们早就发现，当内燃机达到某一转速时运转变得很不均匀，伴随着机械敲击和抖动，性能也变差了。如果这样长期运转下去，曲轴就可能断裂。当转速提高或降低一些，均使敲击和抖动减轻甚至消
