JM491Q汽油机曲轴设计

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JM491Q汽油机曲轴设计

1.前言

1.1论文的背景和意义

发动机的发展可追溯到18世纪，主要是利用主要是利用燃烧所产生的缸内的压力升高，在膨胀过程中加速活塞和齿条机构，最终使气缸内产生真空，再推动该活塞，齿条通过离合器与输出轴啮合，输出功率。因为效率低，后来又进行了多次的改造。经过日积月累的经验，大量的实验，汽车的技术日益优化。目前全球汽车的使用也是在飞速的普及。美、德、日等各个工业大国目前都在致力于效益好，消耗少，低排放甚至零排放的绿色环保型、高性能的发动机的开发, 可是由于新型技术如增压技术、扩缸技术及提高转速等提高功率的技术, 都对曲轴的性能有了更高的要求，所以曲轴的设计开发及材料要求，就在急迫的有待于优化，因此各个工业大国都在开发新的材料，以便于满足曲轴之类的零件的需要，并且设计新的性能的曲轴，通过各种软件将其优化，以加速曲轴的研究开发。以满足不同的市场需求。据《中国曲轴行业市场前瞻与投资预测分析报告前瞻》数据显示,近年来，国内汽车需求旺盛、全球汽车市场中心向发展中国家转移、汽车零部件采购日益全球化等等因素促进了中国整体汽车市场愈发作为中国工业发展支柱产业的地位。当前我国的曲轴设计经历百年的发展，也已经从一开始的几乎全部都依靠国外进口，发展到后来小功率的发动机系列，再到后来改革开放后的飞速发展，后来中国加入WTO后，汽车与内燃机产品都面临着国际市场的激烈竞争，这些都推动了我国内燃机的发展。为了更好的适应市场，未来还将做敏捷柔性生产线AFTL。以满足不断变换的市场需求。满足“多品种、大中批量、高效率、低成本”生产要求，精益生产，杜绝资源浪费, 用少投资求大回报。

1.2本次设计的设计目的

通过本次设计，是为了将自己大学所学专业知识系统的掌握，同时能够理论与实际结合，将学到的理论知识运用进实际生活。增强自己独立完成任务，细心分析，缜密思考的能力，同时也是对自己耐性、能力的考验，希望通过此次设计，完满完成大学到工作角色的转换，进一步提高自己。设计的具体的内容如下：

1）收集资料了解JM491Q发动机的重要参数，具体结构，及其我要设计的曲轴结构的工作过程。

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2）根据曲轴的工作条件、结构型式和材料的选择相适宜的主要结构参数，及其完成相关细节的设计，如油孔、倒角等。

3）学习CAD，来完成曲轴的二维图的绘制，用来直观的确定设计好的曲轴。

2.JM491Q发动机介绍

JM491Q，如下图所示，采用分组式多点燃油喷射、闭环控制系统的改进型。其控制系统能根据发动机的实际运行工况和环境精确地控制点火时间和供油量，具有更好的动力性和经济性，排气系统加装三元催化净化器后，整车的排放指标满足EUR02（欧洲2号）排放标准的要求。

2.1JM491Q主要技术参数

表1 JM491Q主要技术参数

直列4缸、四冲程、水冷、侧置凸轮轴 2.237L 76kW／4200～4600r／min 193N.m／2200～2800r／min 欧Ⅱ、欧Ⅲ（需匹配标定） 型式 排量 最大功率 最大扭矩 达到排放标准 2.2冷却方式介绍 由陈家瑞主编的《汽车构造》上册第八章知，冷却系统的作用是将受热零件吸收的热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。 发动机的冷却系有风冷和水冷之分。以空气为冷却介质的冷却系称为风冷系；以冷却液为冷却介质的称为水冷系。水冷式发动机冷却较好而且均匀，强化的潜力要比风冷式发动机大，所以在汽车发动机上至今大多数还是水冷式发动机。在条件相同时，主要由于充量系数的差别，水冷机比风泠机高5%～10%。此外风冷发动机功率和燃料消耗受气温变化影响较大，不如水冷发动机指标稳定。

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3.热力学计算 3.1内燃机的工作循环

内燃机的工作循环是周期性的将燃料燃烧所产生的热能转化为机械能的过程，它由活塞往复运动形成的进气、压缩、膨胀和排气等多个有序联系、重复过程组成。在工作过程中，工质的温度、压力、成分和流动状态等状态时刻发生着非常复杂的变化，难以进行细致的物理和化学分析，因而需要根据内燃机的工作过程的特点，将实际循环简化，建立理论循环。可归纳为等容加热循环、等压加热循环、混合加热循环三种，通过理论的循环的热力学研究，可以达到的目的：

1)、用简单的公式来阐明工作过程中的各个热力参数间的关系，明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和循环平均压力为代表的动力性的基本途径。

2）、确定循坏热效率的理论极限，以判断实际内燃机的工作过程的经济性和循环进行的完善程度以及改进潜力。

3）、有利于比较内燃机各种热力循环的经济性和动力性

3.2热力学计算过程

JM491Q发动机的工作循环过程，在理论条件下面下，可近似看作等容加热循环:

?t?1?值），设定所以选取

1?ck?1，通常情况下，压缩始点的Pa?(0.8~0.9)P0，（P0为当地大气压力

P0?0.10Mpa，则Pa?0.09Mpa，压缩过程的绝热指数为n1?1.28~1.35，

n1?1.30。膨胀过程中的绝热指数为n2?1.31~1.41,所以选取n2?1.35 【发

动机设计】，

?p?7~9，初取

?p?8，根据【内燃机学】压缩比??8~12确定压缩比

??9。

1.301.30PV?PVaacc （公

式4 ）

Pa?0.09Mpa,Vs?0.56L

Vc?

Vs?0.072L?VzV?9?Vc?0.65L?Vb (??1)，a3