100kw四冲程汽油机曲轴设计电子档.doc
《100kw四冲程汽油机曲轴设计电子档.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《100kw四冲程汽油机曲轴设计电子档.doc(32页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、武汉理工大学课程设计说明书学 号: 0120707210133题 目100kw四冲程汽油机曲轴设计学 院汽车工程学院专 业热能与动力工程班 级0701姓 名刘玲玲指导教师罗马吉2010年11月23日目 录0前言-41汽油机的结构参数-4 1.1初始条件-4 1.2发动机类型-4 1.2.1冲程数的选择-4 1.2.2冷却方式-4 1.2.3汽缸数与气缸布置方式-4 1.3基本参数-4 1.3.1形成缸径比的选择-4 1.3.2气缸工作容积V,缸径D的选择-42热力学计算-6 2.1热力循环基本参数的确定-6 2.2P-V图的绘制-6 2.3P-V图的调整-73运动学计算-8 3.1曲柄连杆机构
2、的类型-8 3.2连杆比的选择-8 3.3活塞运动规律-83.4连杆运动规律-104动力学计算-10 4.1质量转换-104.2作用在活塞上的力 -11 4.2.1作用在活塞销上的力-11 4.2.2惯性力-144.3输出合成转矩-155曲轴零件的结构设计-15 5.1曲轴的工作条件,结构形式和材料的选择-15 5.1.1曲轴的工作条件和设计要求-15 5.1.2曲轴的结构形式-16 5.1.3曲轴的材料-16 5.2曲轴主要尺寸的确定和结构设计细节-16 5.2.1主要尺寸-16 5.2.2一些细节设计-175.2.2.1油道布置-175.2.2.2曲轴两端的结构-175.2.2.3曲轴的止
3、推-185.2.2.4过渡圆角-185.2.2.5平衡分析-186曲轴强度的校核-196.1曲轴的弯曲强度校核-196.2曲轴的扭转强度校核-217小结-238参考文献-24附录-25附表1-25附录2-25附录3-29100kw四行程汽油机曲轴设计0前言曲轴是内燃机的关键零件,其尺寸大小在很大程度上影响着内燃机的外形尺寸和重量以及工作可靠和寿命。曲轴的破坏事故可能引起其他零件的严重损坏。为了更深入地了解曲轴乃至发动机,学校为我们安排了汽车发动机设计课程设计。本设计的主要任务是100kw四行程汽油机曲轴的设计。1. 汽油机的结构参数11初始条件额定功率:P100KW 平均有效压力: Pme=0
4、.81.2MPa活塞平均速度:Vm18ms12发动机类型1.2.1冲程数的选择四冲程(=4)1.2.2冷却方式水冷 1.2.3气缸数与气缸布置方式直列式四缸机(i=4)1.3基本参数1.3.1行程缸径比SD的选择 初步选择行程缸径比为SD=1.01.3.2气缸工作容积V,缸径D的选择根据内燃机学的基本计算公式:P=Pme*Vs*i*n(30)Vm=S*n30000Vs=D*S4000000 其中Pe为发动机的有效功率,依题100kw Pme为发动机的平均有效压力,依题为 Vs 为气缸的工作容积,单位为L i为发动机的气缸数目 ,依题为4 n 为发动机的转速,单位为r/min Vm为活塞的平均速
5、度,依题取为16m/s S为发动机活塞的行程,单位为mm D为发动机汽缸直径,单位为mm为发动机的行程数,依题为4根据以上的条件代入以上公式得:D=S=89.2mm , n=5380.8 r/min , Vs=0.557L将额定转速n取整为5200r/minVs=0.577LD=92.3mm再由S/D=1.0计算并同D一样圆整得S=92mm,D=92mm根据计算得出的D和S计算实际的单缸排量、行程缸径比、平均有效压力和活塞平均速度得Vs=0.61LS/D=1.0Pme=0.946MPaVm=15.95m/s利用以上算出的实际Pme、Vm值与给定值比较,他们应与同用途类型先进发动机水平相当。本设
6、计曲轴一些基本参数见表一。2热力学计算 汽油机利用化油器对供给气缸的混合气进行定量调节,以适应汽油机负荷变化的需要。汽油机的工作过程包括进气、压缩、做功和排气四个过程。在本设计过程中,先确定热力循环基本参数然后重点针对压缩和膨胀过程进行计算,绘制P-V图并校核。2.1热力循环基本参数的确定 根据参考文献【汽车拖拉机发动机】压缩过程绝热指数n=1.321.38,初步取n=1.35 膨胀过程绝热指数n=1.231.28,初步取n=1.25 根据参考文献【内燃机学】汽油机压缩比=612,初取=9 根据参考文献【发动机设计】p=69,初取p=62.2P-V图的绘制通常情况下,压缩始点的压强在Pa=(0
7、.80.9)P0(P0为当地大气压力值),假定外界P0=0.10MPa,选定Pa=0.09 MPa,将压缩过程近似看作绝热过程,由上一步n=1.35,并利用PV=const,利用前面计算所得单缸容积,可以在excel中绘出压缩过程线。混合气体在气缸中压缩后,经等容加热,利用值可得最大爆发压力值,膨胀过程类似于压缩过程,n由上一步取得1.25,绘出膨胀线。最后连接膨胀终点和压缩始点。得出理论的P-V图。简化的条件为:假设工质是理想气体,其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同。假设工质是在闭口系统中作封闭循环。假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程。假设燃烧过程为等容加热过程,工质放热为定容放热。P
8、aVa1.35=PcVc1.35, Pa=0.09MPa, Va=Vc+Vs, Vs=0.61L, =9,得Va=0.69L,Vc=0.076L Pc=1.75MPaPz=p* Pc=12.23MPa。PzVc1.25=PbVa1.25,Pb=0.785MPa。理论的P-V图如下图所示: 图12.3 P-V图的调整 实际的P-V图和利用多变过程状态方程绘制的P-V图还存在一些差别,主要是点火提前角和配气相位的原因。对上图作以下调整:最大爆发压力:P取理论水平的2/3,具体值为8.15MPa8.5MPa,以此值与原图形相交,水平线以上的部分去掉,余下部分作些调整。考虑到实际过程与理论过程的差异,
9、最大爆发压力发生在上止点之后1215,选择最高爆发压力出现在上止点后12.点火提前角:据资料得常用的范围是2030,经调整后取26。排气提前角:常使用的范围是4080,经调整后取60。调整后的P-V图如下: 图2由热力学计算所绘制的示功图为理论循环的示功图,其围成的面积表示的是汽油机所做的指示功数值由对示功图积分后求得的面积来表示。由理论P-V图可求解出该示功图下的指示功的大小。经过计算后得: =N*Pm*0.02*1000=688JN为理论P-V图中的格子数,由图知为86,Pm为每小格纵坐标表示的压强值为0.4MPa,0.02L表示每小格横坐标表示的容积值。所以汽油机的平均有效压力: Pme
10、=*/Vs=688*0.85/0.00061=0.959MPa代入公式得P=101.38KW其中为汽油机的机械效率,与前面计算的结果大致一样,在4%以内,故上面选取的参数和以后的相关计算在满足制造的同时能够前后一致。3.运动学计算3.1曲柄连杆机构的类型在往复活塞式内燃机中基本上采用三种曲柄连杆机构:中心曲柄连杆机构,偏心曲柄连杆机构和关节曲柄连杆机构。其中中心曲柄连杆机构应用最广泛。本次设计选择中心曲柄连杆机构。3.2连杆比的选择据【发动机设计】知,=1/31/5,车用发动机多用小连杆,初选=1/4.3.3活塞运动规律 活塞位移:=0.25,为曲轴半径,r=S/2=92/2=46mm 经计算
11、后X-图如下: 图3活塞速度:V=r(Sin+Sin2/2) =n/30 n=5200r/min r=0.046m经计算后V-图如下: 图4活塞加速度:a=r(Cos+ Cos2)经计算后a-图如下: 图53.4连杆运动规律 连杆式做复合平面运动,即其运动是由随活塞的往复运动以及绕活塞销的摆动合成。连杆相对于气缸中心的摆角为=arcsin(sin)经计算后-图如下: 图64.动力学计算4.1 质量转换沿气缸轴线作直线运动的活塞组零件,可以按质量不变的原则简单相加,并集中在活塞销中心。mp=mpi匀速旋转的曲拐质量,可以按产生离心力不变的原则换算,并集中在曲柄销的中心mc=miri/rmi曲拐单
12、元的质量,ri各单元的旋转半径 做平面运动的连杆组,根据动力学等效性的质量,质心和转动惯量守恒三原则进行质量换算。3个条件决定三个未知数,可用位于比较方便的位置上即连杆小头,大头和质心处三个质量来代替连杆。实际结果表明m与m、m相比很小,为简化受力分析,常用集中在连杆小头和大头的2个质量代替连杆。 m活塞=/4(D2-(D-l)2)H=0.253kgm小头=m1=0.8m活塞=0.202kg往复质量:m= m活塞+ m=1.8m活塞=0.455kg旋转质量:mr=m+ m=2.276kg其中D=92mm,l为活塞厚度l=8mm,活塞材料为共晶铝合金:=2.7g/cm3,H为活塞高度H=(0.8
13、1.0)D=83.7mm4.2作用在活塞上的力作用在活塞销中心的力,是P和Pj的合力,P为气体作用力,Pj为往复惯性力4.2.1作用在活塞销上的力气体作用力在曲柄连杆中的传递情况如图7,F对连杆产生拉力,还对气缸产生侧向力FcF=1/4D(P-P) P活塞顶上的压力,Po-活塞背压 侧压力 Pn=Ptan 连杆力Pl=P/cos 切向力 Pt=Pl sin(+)=P 径向力Pk =Plcos(+)=P 综合应用上述等式,求解出各力随曲轴转角的变化曲线。把计算过程的相关数据收录在附录3中。引入的角是连杆和气缸中心线方向的夹角,它和曲轴转角满足下列关系式:lsin=rsin 图7 Pj=-0.49
14、1(cos+0.27cos2) 图8 P= Pj+ P 图9 Pn=Ptan 图10 Pl=P/cos 图11 Pt=P 图12 Pk =P 图134.2.2惯性力往复惯性力Fj在机构中的传递情况与Fg很相似,Fj也使机构受负荷,也产生转矩和倾覆力矩,由于Fj对汽缸盖没有作用,所以它不能在机内自行抵消,是向外表现的力,需要由支承承受。 图14旋转惯性力Fr=mrr2,当曲轴角速度不变时,Fr大小不变,其方向总是沿着曲轴半径向外。如果不用结构措施(如平衡块)消除,它也是自由力,使曲轴轴承和内燃机承受支反力,它不产生转矩和倾覆力矩。4.3合成扭矩 在讨论输出合成扭矩时,要把气体力和往复惯性力合成。
- 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:
- 100 kw 冲程 汽油机 曲轴 设计 电子
链接地址:https://www.31doc.com/p-2775545.html