课程设计-活塞连杆设计

. .

课 程 设 计

课程名称：设计题目：学 院：专 业：年 级：学生姓名：指导教师：日 期：word

发动机设计 曲轴和连杆设计 交通工程 车辆工程 xxxx级 xxxxxxx xxxxxxxxxxxxxx 2013年9月

教 务 处 制

. .

. .

目 录

1、总体布局、结构特点以及选用原则系统分析 .................................. 1

1.1机型 ................................................................ 1 1.2选用原则 ............................................................ 1 2、标定工况（最大功率）工作过程及热力计算和示功图绘制 ....................... 2

2.1实际循环热力计算 .................................................... 2

2.1.1热力计算的目的 ......................................................... 2

2.1.2热力计算的方法 ......................................................... 3

2.2重要参数选取 ........................................................ 3

2.2.1压缩比 ................................................................. 3 2.2.2过量空气系数 ........................................................... 3 2.2.3残余废气系数 ........................................................... 3 2.2.4进气温升和残余废气温度 ................................................. 3 2.2.5热量利用系数 ........................................................... 3 2.2.6示功图丰满系数 ......................................................... 3 2.2.7机械效率 ............................................................... 4 2.2.8平均多变压缩指数 ....................................................... 4 2.2.9平均多变膨胀指数 ....................................................... 4

2.3燃料燃烧化学计算 .................................................... 4

2.3.1理论空气量的计算 ....................................................... 4 2.3.2理论分子变化系数μ0的计算 ............................................. 5 2.3.3实际分子变化系数 ....................................................... 5

2.4燃气过程参数的确定与计算 ............................................ 5

2.4.1压缩过程气体状态 ....................................................... 5 2.4.2燃烧过程及燃烧终点气体状态 ............................................. 5 2.4.3最高燃烧爆发压力及压力升高比确定 ....................................... 7 2.4.4膨胀终点气体状态 ....................................................... 7 2.4.5绘制示功图 ............................................................. 8

2.5发动机性能参数 ...................................................... 9

2.5.1平均指示压力Pi ........................................................ 9 2.5.2平均有效压力 ........................................................... 9 2.5.3有效功率 ............................................................... 9 2.5.4充量系数 .............................................................. 10 2.5.5指示热效率 ............................................................ 10 2.5.6燃油消耗率 ............................................................ 10 2.5.7发动机总进气流量 ...................................................... 10

3、活塞位移、速度、加速度随曲轴转角变化曲线 ............................... 11 3.1活塞位移 ........................................................... 11 3.2活塞速度V .......................................................... 11 3.3.活塞加速度 ......................................................... 12 4、气缸压力、活塞侧击力、连杆力、曲柄销切向力，径向力 ..................... 13

4.1气缸压力随曲轴转角变化曲线 ......................................... 13 4.2活塞销上的合力变化曲线 ............................................. 14 4.3活塞所受侧压力 ..................................................... 14

word . .

. .

4.3.1往复惯性力的求取 ...................................................... 14

4.4连杆作用力与活塞销受力相反 ......................................... 16 4.5曲柄销受力 ......................................................... 16 4.6曲柄销极坐标图与连杆轴承受力 ....................................... 17

4.6.1曲柄销载荷的极坐标图 .................................................. 17

4.6.2连杆轴承的负荷矢量图 .................................................. 17 4.6.3连杆轴承受力极坐标图 .................................................. 19

5、连杆设计及强度计算、校核 ............................................... 19 5.1连杆主要参数选取 ................................................... 19 5.2材料和关于材料的参数 ............................................... 21 5.3连杆小头强度 ....................................................... 21 5.4连杆杆身强度 ....................................................... 24 5.5连杆大头强度 ....................................................... 25 5.6螺栓强度校核 ....................................................... 26 6、有限元分析 ............................................................. 28

6.1 连杆实体模型的建立 ................................................ 28 6.2 网格的划分 ........................................................ 29 6.3 连杆受力分析 ...................................................... 30

6.2.1最大拉伸 .............................................................. 30

6.2.2最大压缩 .............................................................. 31

6.4有限元计算结果分析 ................................................. 32

6.3.1载荷分布与加载 ........................................................ 32 6.3.2等效载荷模拟结果 ...................................................... 33 6.3.3计算结果分析 .......................................................... 34

7、总结 ................................................................... 38

8、参考文献 ............................................................... 38

word . .

. .

课 程 设 计 说 明 书

计 算 及 说 明 结 果 1、总体布局、结构特点以及选用原则系统分析 1.1机型 该发动机机型为卧式，直列，水冷，四冲程两缸机。 卧式，是指气缸中心线平行于水平面的发动机，也就是水平放置的 发动机。它的特点是发动机的高度很低，便于安装到一般立式发动机放不 进去的地方。直列就是气缸呈直线排列，一般用于汽缸数小的发动机，优 点在于动力输出强劲、结构简单、维护简便。水冷，即采用水作冷却介质， 冷却效果较好。四冲程发动机换气质量较二冲程好，发展比较成熟。该机 型工作平稳，动力强劲，性能可靠，安能可靠，安装维修方便，多用在农 用机械上。 1.2选用原则 （1）布置紧凑，外形尺寸小，外观整齐，外接管路尽量少。 （2）经常需要保养的零部件，接近性要好，对经常检查调整的气门间隙和 喷油提前角等有关零部件应考虑到调整和拆装方便。 （3）应满足用户对柴油机配套所提出的各项合理要求。多种用途柴油机的 总体布置，首先满足主要用途的配套要求，还要考虑到变机型的有关问题。 （4）具有良好的加工和装配工艺性。 （5）柴油机起吊、存放和安装方便。 （6）总体布置要认真贯彻执行产品系列化、零部件通用化和零件标准化。 word . .

. .

课 程 设 计 说 明 书

计 算 及 说 明 结 果 2、标定工况（最大功率）工作过程及热力计算和示功图绘制 290型柴油机课程设计参数表 型式 缸径×行程（mm） 气缸数 气缸套型式 燃烧室型式 吸气方式 压缩比 最高燃烧压力[bar] 1h标定功率/转速，kw(Ps)/r/min 最低燃油消耗率，g/kW.h(g/Ps.h) 曲柄半径mm/连杆长度[mm] 燃料低热值[KJ/kg] 单缸活塞组质量[Kg] 连杆组质量[Kg] 大气平均压力[kpa] 卧式，直列，水冷，四冲程 90×95 2 湿式 直喷式缩口ω型燃烧室 自然吸气 17.5：1或（17：1）或（16.5:1） 80 16（21）/2600 ≤245（180） 47.5/165 42500 0.948 1.300 98.39 293 2.1实际循环热力计算 2.1.1热力计算的目的 在一台新内燃机的设计过程中，大致确定气缸内的压力和温度变化情 况，绘出示功图，可以对发动机方案设计中所确定的指标起到一定的校核作 用。

word . .