汽车发动机设计课程设计1.4L四行程汽油机连杆组设计.doc

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1、目录1前言.12结构参数计算.1 2.1已知条件 .1 2.2发动机结构形式 1 2.3发动机主要结构参数.13热力学计算.23.1多变指数的选择.23.2压力升高比的选择23.3绘制PV图.33.4 PV图的调整.44动力学计算.45运动学计算.65.1活塞位移.65.2活塞速度.65.3活塞加速度.76连杆的设计.76.1连杆主要尺寸设计.86.1.1连杆长度的确定.86.1.2连杆小头尺寸的确定.86.1.3连杆大头尺寸的确.86.2连杆强度的计算.96.2.1连杆小头强度的计算.96.2.2连杆大头的强度计算.127小结 .148参考文献.159附表.161.4L四冲程汽油机连杆组设计

2、1前言这个学期开设的汽车发动机设计课程设计是在我们学习了一些基础制图知识和汽车以及发动机的整体知识框架后所给我们的一次很好的锻炼，众所周知现代汽车工业发展越来越快，而作为汽车心脏的发动机自然也成为了发展的重中之重，发动机的结构和性能对汽车起着决定性的影响，比如汽车的行使速度、加速性能、爬坡度、牵引力等等都取决于发动机，因此来说设计发动机是汽车设计的重中之重，而发动机的设计又对我们的想象能力，制图能力，分析计算能力，查阅各种工具书的能力无疑是一次很好的锻炼，因此，我们要充分利用这次课程设计的机会，认真对待，做好充分的准备 ，保证高质量的去完成，这也为以后学习打下了一个很好的基础。112结构参数计

3、算2.1已知条件 平均有效压力:0.81.2 取=1.0活塞平均速度:18m/s，取=16m/s2.2发动机结构形式1.4L汽油发动机设计，参考杨连生版内燃机设计设计为4缸4冲程汽油机，冷却方式采用水冷。2.3发动机主要结构参数由=1.4L取得D=76mm 则S=1.0D=76mm (S与D均取整)参考杨连生版内燃机设计的取值范围在0.81.2之间，P=74kW= 取=10 ； 由 则气缸工作容积=0.389L =0.039Ln= =6316 r/min角速度=661.07rad/s曲柄半径 3热力学计算压缩始点的压强=0.80.9 ；取=0.093.1多变指数的选择压缩过程： 取压缩冲程终点

4、设为B点），从A点（压缩过程始点）到B点的压缩过程看作是多变的压缩过程，压缩多变指数范围为=1.281.35， 取=1.30膨胀过程： 取定容增压的终点（设为C点），从B点到C点看作为定容压缩过程，膨胀多变指数范围为=1.301.40 取=1.35 由 可计算得到压缩终点压力为： 3.2压力升高比的选择查得压力升高比=，在69之间。取=7则=12.53，圆整后3.3绘制（理想）PV图得到未调整的P-V图(数据见附表3)图13.4 PV图的调整发动机实际过程比较复杂，所以在得到的PV图上要修正得到，最高压力不在上止点，还有点火提前角，排气提前角的修正，显然实际的边界条件是不可能得到的，所以要做

5、一些适当的修正。图24动力学计算由曲柄连杆机构的受力分析计算：（为机构往复惯性质量）活塞质量=214.86g连杆小头质量. =80.94g连杆质量m=0.00063(D-80)2+0.0476(D-80)+0.21491.05kg估算 P在连杆小头处即活塞销孔处分解为和，而又在两岸大头分解为K和t，又根据汽车发动机设计有 k= cos(+)= （数据见附表4）5 运动学计算 取 5.1 活塞位移X= r（1-）+ （数据见附表2）5.2 活塞速度（ +）（数据见附表2）5.3 活塞加速度 （数据见附表2）6 连杆的设计连杆是发动机的重要组成部分，主要由连杆大头、大头盖、连杆轴瓦及连杆螺栓等部分

6、组成。其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴。连杆小头与活塞一起作往复运动，连杆大头与曲轴一起作旋转运动，连杆杆身作复杂的平面摆动。连杆主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷。由于受力比较复杂并且需要实验来指导，因此设计时应综合考虑。6.1 连杆主要尺寸的设计6.1.1连杆长度的确定连杆长度由杆比来说明，而，值越大，连杆越短，则发动机的总高度越小。参考杨连生版内燃机设计设计，值范围为。取，则6.1.2连杆小头尺寸的确定 连杆小头位于活塞内腔，尺寸小、轴承比压高、温度较高。本次设计汽油机的连杆材料选取为45钢，密度=7.85g/cm. 连杆小头的内径，参

7、考杨连生版内燃机设计设计，取， 连杆小头的外径，参考杨连生版内燃机设计设计，取， 连杆小头的宽度，参考杨连生版内燃机设计设计， 取， 衬套外径，参考杨连生版内燃机设计设计， 取6.1.3 连杆大头尺寸的确定连杆大头的结构与尺寸基本上决定了曲柄销直径D2、长度B2、连杆轴瓦厚度等等，对曲轴的强度、刚度和承压能力有很大的 影响。大头的外形尺寸又决定了凸轮轴位置和曲轴箱形状，大头的重量产生的离心力会使连杆轴承、主轴承负荷增大，磨损加剧，有时还不得不为此而增加平衡重，给曲轴设计带来困难，因此在设计连杆大头时，应在保证强度和刚度的条件下，尺寸尽量小，重量尽量轻。 连杆大头内径，参考杨连生版内燃机设计设计

8、取 连杆大头外径，参考杨连生版内燃机设计设计， 取D2 =0.62D=50mm 连杆螺栓孔间距离，参考杨连生版内燃机设计设计，C/ D2 =1.21.25, 取C=1.2D2 =62mm 高度H3，参考杨连生版内燃机设计设计，H3 / D2 =0.350.4，取H3 =0.38D2=20mm 高度H4 ，参考杨连生版内燃机设计设计，H4/ D2 =0.380.44，取H4=0.4D2=21mm6.2 连杆强度的计算6.2.1 连杆小头强度的计算衬套过盈配合的预紧力及温升产生的应力式中小头外径，为32mm；小头内径，为22mm；衬套材料的线膨胀系数，对于青铜，可取=1.81/；连杆小头材料的线

9、膨胀系数，对于钢可取=1.010（1/）；,泊桑比，一般可取=0.3；E连杆小头材料的弹性模数对于刚，E=2.2N/mm衬套材料的弹性模数，对于青铜，=1.15N/mm计算得0.065mm.计算可得：把小头视为内压厚壁圆筒，在压力P的作用下外表面的切向应力为内表面=101.8 N/mm2外表面=79.3 N/mm2经检验小于100-150 N/mm2小头应力的校核当发动机处于额定工况时，连杆小头的最大拉伸作用力为：当发动机处于起动工况时固定角 在的截面上 (0.5723213.26=2.63计算截面拉伸力引起的法向力和弯矩为：小头壁厚为； 由拉伸作用在外表上产生的应力为：取点火提前角为：连杆小

10、头的合力为：计算截面中由压缩力引起的法向力和弯矩： =不对称循环的最大与最小应力为：平均应力及应力幅： 又由n 材料在对称循环下的拉压疲劳极限，取=200应力幅；平均应力；考虑表面加工情况的工艺系数，其值在0.40.6之间，取角系数，材料在对称循环下的弯曲疲劳极限，对于钢，则取算得n=2.2 1.5 则小头合格6.2.2连杆大头的强度计算连杆大头受惯性力拉伸载荷：式中、分别是活塞组、连杆组往复部分、连杆旋转部分及连杆大头下半部分的重量。取则弯曲应力为： 式中计算断面的抗弯曲断面模数，取计算圆环的曲率半径，计算可得、大头及轴承中央截面面积，计算可得查杨连生内燃机设计的值在1500020000Nm

11、之间，合格。7 小结 通过这次课程设计连杆组的设计，是在我们学习了工程制图、汽车构造、内燃机原理、汽车发动机设计以及大二和大三进行过的课程设计的基础上的一次专业课程设计，我学到了许多大三、大四都没来得及好好学的关键内容，而且在实践中运用，更是令我印象深刻，深切体会到课程设计并非以前所想像的那样纸上谈兵。所有理论、公式都是为实践操作而诞生的。可以说是对我所学知识的一次很好的巩固和回忆，并且在设计过程中，我还学会了查询各种工具书的方法，提高了想象能力，学会了怎样把学到的各门学科的知识融会贯通，并提高了作图的能力以及用Excel处理数据和绘制图形的技能，使我对发动机原理及内部结构有了更加深刻的认识。

12、8参考文献1 杨连生内燃机设计北京：中国农业机械出版社，19812 陆际青汽车发动机设计北京：清华大学出版社，19903 唐增宝，何永然，刘安俊机械设计课程设计武汉：华中科技大学出版社，19994 周龙保内燃机学北京：机械工业出版社，20055 吴兆汉内燃机设计北京：北京理工大学出版社，19906 沈维道工程热力学北京：高等教育出版社，20029附表附表1活塞行程s(mm)活塞直径D(mm)转速n(r/min)单缸压缩容积Vs(L)压缩比余隙容积Vc(L)压力参数848247000.3268690.04190.85曲柄半径r(mm)连杆长度(cm)半径/长度曲柄角速度(rad/s)进气压力Pa

13、MPa)Va (L)Pc（MPa)421440.292492.180.0850.504 1.415多变指数n1多变指数n21.281.35定容加热过程的压力升高比Vz (L)Pz（MPa)Vb (L)Pb（MPa)60.0428.4920.368 0.653附表2曲轴转角（。）活塞位移X（m）活塞速度v（mm/s）活塞加速度j（m/s）00.0000 0.000 12802.765 50.0002 2264.872 12721.356 100.0008 4500.975 12478.741 150.0018 6680.109 12079.717 200.0032 8775.198 11532

14、135 250.0049 10760.813 10846.700 300.0070 12613.658 10036.687 350.0094 14312.991 9117.596 400.0120 15840.985 8106.751 450.0150 17183.017 7022.855 500.0181 18327.863 5885.512 550.0215 19267.819 4714.737 600.0249 19998.731 3530.451 650.0285 20519.930 2352.004 700.0322 20834.092 1197.706 750.0359 2094

15、7.017 84.412 800.0396 20867.336 -972.861 850.0433 20606.154 -1961.237 900.0469 20176.652 -2870.234 950.0504 19593.643 -3691.929 1000.0539 18873.111 -4421.050 1050.0571 18031.737 -5054.987 1100.0602 17086.435 -5593.724 1150.0632 16053.902 -6039.689 1200.0659 14950.203 -6397.544 1250.0685 13790.397 -6

16、673.898 1300.0708 12588.225 -6876.979 1350.0729 11355.854 -7016.257 1400.0748 10103.690 -7102.035 1450.0765 8840.272 -7145.027 1500.0780 7572.231 -7155.934 1550.0792 6304.338 -7145.024 1600.0802 5039.607 -7121.744 1650.0810 3779.479 -7094.360 1700.0815 2524.056 -7069.649 1750.0819 1272.391 -7052.652

17、 1800.0820 22.810 -7046.485 1850.0819 -1226.732 -7052.224 1900.0816 -2478.288 -7068.868 1950.0810 -3733.551 -7093.374 2000.0802 -4993.502 -7120.770 2050.0792 -6258.082 -7144.338 2100.0780 -7525.903 -7155.859 2150.0766 -8794.010 -7145.925 2200.0749 -10057.703 -7104.292 2250.0730 -11310.416 -7020.266

18、2300.0709 -12543.682 -6883.127 2350.0686 -13747.161 -6682.549 2400.0660 -14908.746 -6409.024 2450.0633 -16014.753 -6054.273 2500.0603 -17050.163 -5611.620 2550.0572 -17998.941 -5076.329 2600.0540 -18844.407 -4445.883 2650.0506 -19569.649 -3720.208 2700.0470 -20157.967 -2901.818 2750.0434 -20593.345

19、1995.886 2800.0398 -20860.916 -1010.239 2850.0360 -20947.435 44.730 2900.0323 -20841.712 1156.231 2950.0287 -20535.019 2309.317 3000.0251 -20021.448 3487.197 3050.0216 -19298.204 4671.605 3100.0182 -18365.830 5843.222 3150.0151 -17228.352 6982.139 3200.0121 -15893.346 8068.335 3250.0095 -14371.905

20、9082.184 3300.0071 -12678.535 10004.941 3350.0050 -10830.948 10819.223 3400.0032 -8849.786 11509.455 3450.0018 -6758.259 12062.276 3500.0008 -4581.727 12466.882 3550.0002 -2347.213 12715.312 3600.0000 -82.887 12802.656 3650.0002 2182.493 12727.184 3700.0008 4420.148 12490.391 3750.0018 6601.847 1209

21、6.959 3800.0031 8700.464 11554.631 3850.0048 10690.501 10874.011 3900.0069 12548.576 10068.287 3950.0093 14253.847 9152.885 4000.0119 15788.376 8145.068 4050.0149 17137.418 7063.499 4100.0180 18289.622 5927.758 4150.0213 19237.156 4757.850 4200.0248 19975.734 3573.713 4250.0284 20504.564 2394.723 43

22、00.0321 20826.203 1239.237 4350.0358 20946.342 124.168 4400.0395 20873.513 -935.390 4450.0432 20618.739 -1926.482 4500.0468 20195.132 -2838.534 4550.0503 19617.453 -3663.526 4600.0537 18901.653 -4396.089 4650.0570 18064.395 -5033.518 4700.0601 17122.592 -5575.703 4750.0631 16092.957 -6024.987 4800.0

23、658 14991.584 -6385.954 4850.0684 13833.577 -6665.149 4900.0707 12632.728 -6870.746 4950.0729 11401.266 -7012.176 5000.0748 10149.663 -7099.720 5050.0765 8886.527 -7144.085 5100.0779 7618.560 -7155.980 5150.0792 6350.598 -7145.695 5200.0802 5085.718 -7122.713 5250.0810 3825.412 -7095.349 5300.0815 2

24、569.829 -7070.441 5350.0819 1318.053 -7053.096 5400.0820 68.431 -7046.501 5450.0819 -1181.076 -7051.810 5500.0816 -2432.525 -7068.097 5550.0810 -3687.631 -7092.393 5600.0803 -4947.404 -7119.792 5650.0793 -6211.830 -7143.635 5700.0781 -7479.574 -7155.755 5750.0766 -8747.743 -7146.782 5800.0750 -10011

25、701 -7106.492 5850.0731 -11264.953 -7024.205 5900.0710 -12499.100 -6889.191 5950.0687 -13703.869 -6691.103 6000.0661 -14867.216 -6420.396 6050.0634 -15975.510 -6068.740 6100.0605 -17013.774 -5629.393 6150.0574 -17966.007 -5097.543 6200.0541 -18815.544 -4470.589 6250.0507 -19545.472 -3748.364 6300.0

26、472 -20139.078 -2933.285 6350.0436 -20580.311 -2030.428 6400.0399 -20854.255 -1047.524 6450.0362 -20947.597 5.124 6500.0325 -20849.064 1114.811 6550.0288 -20549.832 2266.664 6600.0252 -20043.885 3443.952 6650.0217 -19328.309 4628.456 6700.0184 -18403.523 5800.889 6750.0152 -17273.424 6941.352 6800.0

27、122 -15945.457 8029.824 6850.0095 -14430.590 9046.651 6900.0071 -12743.206 9973.050 6950.0050 -10900.905 10791.579 7000.0033 -8924.227 11486.592 7050.0019 -6836.296 12044.637 7100.0009 -4662.401 12454.814 7150.0002 -2429.515 12709.053 7200.0000 -165.773 12802.330 附表3转角a（。）汽缸瞬时容积（mL）多变指数燃气压力（MPa）调整后的

28、燃气压力（MPa）056.0000 00.085 0.085 557.0608 00.085 0.085 1060.2297 00.085 0.085 1565.4666 00.085 0.085 2072.7053 00.085 0.085 2581.8552 00.085 0.085 3092.8027 00.085 0.085 35105.4137 00.085 0.085 40119.5360 00.085 0.085 45135.0020 00.085 0.085 50151.6324 00.085 0.085 55169.2387 00.085 0.085 60187.6269 0

29、0.085 0.085 65206.6008 00.085 0.085 70225.9653 00.085 0.085 75245.5290 00.085 0.085 80265.1075 00.085 0.085 85284.5255 00.085 0.085 90303.6193 00.085 0.085 95322.2382 00.085 0.085 100340.2459 00.085 0.085 105357.5215 00.085 0.085 110373.9598 00.085 0.085 115389.4715 00.085 0.085 120403.9825 00.085 0

30、085 125417.4333 00.085 0.085 130429.7780 00.085 0.085 135440.9827 00.085 0.085 140451.0243 00.085 0.085 145459.8883 00.085 0.085 150467.5674 00.085 0.085 155474.0598 00.085 0.085 160479.3670 00.085 0.085 165483.4928 00.085 0.085 170486.4418 00.085 0.085 175488.2178 00.085 0.085 180488.8237 1.280.08

31、8 0.088 185488.2605 1.280.089 0.089 190486.5272 1.280.089 0.089 195483.6212 1.280.090 0.090 200479.5384 1.280.091 0.091 205474.2744 1.280.092 0.092 210467.8254 1.280.094 0.094 215460.1896 1.280.095 0.095 220451.3688 1.280.098 0.098 225441.3700 1.280.101 0.101 230430.2074 1.280.104 0.104 235417.9038

32、1.280.108 0.108 240404.4927 1.280.113 0.113 245390.0195 1.280.118 0.118 250374.5431 1.280.124 0.124 255358.1371 1.280.132 0.132 260340.8903 1.280.140 0.140 265322.9074 1.280.150 0.150 270304.3085 1.280.162 0.162 275285.2295 1.280.176 0.176 280265.8204 1.280.193 0.193 285246.2448 1.280.213 0.213 2902

33、26.6773 1.280.236 0.236 295207.3023 1.280.265 0.265 300188.3107 1.280.300 0.300 305169.8976 1.280.342 0.342 310152.2594 1.280.393 0.393 315135.5900 1.280.456 0.456 320120.0782 1.280.533 0.533 325105.9038 1.280.626 0.626 33093.2349 1.280.737 0.737 33582.2241 1.280.866 0.866 34073.0065 1.281.008 1.008

34、 34565.6962 1.281.154 1.154 35060.3849 1.281.285 1.285 35557.1396 1.281.379 1.379 36056.0014 1.281.415 1.415 36056.0014 1.358.492 6.130 36556.9848 1.358.294 5.987 37060.0773 1.357.723 5.575 37565.2396 1.356.910 4.988 38072.4067 1.356.003 4.333 38581.4887 1.355.118 3.694 39092.3728 1.354.321 3.119 39

35、5104.9256 1.353.638 2.626 400118.9955 1.353.070 2.216 405134.4156 1.352.604 1.880 410151.0067 1.352.225 1.606 415168.5807 1.351.918 1.385 420186.9438 1.351.668 1.204 425205.8998 1.351.464 1.057 430225.2534 1.351.297 0.936 435244.8132 1.351.159 0.837 440264.3942 1.351.045 0.754 445283.8211 1.350.949

36、0.685 450302.9295 1.350.869 0.628 455321.5682 1.350.802 0.579 460339.6004 1.350.745 0.538 465356.9047 1.350.697 0.503 470373.3753 1.350.656 0.473 475388.9222 1.350.621 0.448 480403.4709 1.350.590 0.426 485416.9613 1.350.565 0.408 490429.3471 1.350.543 0.392 495440.5939 1.350.524 0.378 500450.6782 1.350.509 0.367 505459.5854 1.350.495 0.358 510467.3079 1.350.484 0.350 515473.8435 1.350.475 0.343 520479.1940 1.350.468 0.338 525483.3629 1.350.463 0.334 530486.3547 1.350.459 0.331 535488.1735 1.350.457 0.330 540488.8221 1.350.456 0.329 545488.3016 00.085 0.085 550486.6111 00.085 0.085 55