发动机设计课程设计-活塞设计.doc

课 程 设 计课程名称： 发动机设计 设计题目： 活塞设计 学 院： 交通学院 专 业： 车辆工程 年 级： 2010级 学生姓名： 黎陈辉 指导教师： 毕玉华（教授） 日 期： 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11.1总体布局一般要求11.2卧式、直立、水冷、四冲程柴油机的特点12.标定工况（最大功率）工作过程及热力计算和示功图绘制22.1重要参数选取22.1.1压缩比22.1.2过量空气系数22.1.3残余废气系数22.1.4进气温升和残余废弃温度22.1.5热量利用系数22.1.6示功图丰满系数22.1.7机械效率22.1.8平均多变压缩指数22.1.9平均多变膨胀指数22.2燃料燃烧化学计算22.2.1理论空气量22.2.2理论分子变化系数32.2.3实际分子变化系数32.3燃气过程参数的确定与计算32.3.1压缩始点气体状态32.3.2压缩终点气体状态32.3.3燃烧过程及燃烧终点气体状态32.3.4膨胀终点气体状态42.3.5绘制示功图52.4发动机性能参数52.4.1平均指示压力52.4.2平均有效压力52.4.3有效功率62.4.4充量系数62.4.5指示热效率62.4.6燃油消耗率62.4.7发动机总进气流量63.活塞位移、速度、加速度随曲轴转角变化曲线64.气缸压力、活塞侧击力、连杆力、曲柄销切向力，径向力84.1气缸压力随曲轴转角变化曲线84.2活塞销上的合力随曲轴转角变化曲线84.3活塞所受侧击力随曲轴转角变化关系94.4曲柄销径向力和切向力随曲轴转角变化关系94.5曲柄销极坐标图与连杆轴承受力105 活塞设计及强度校核105.1 活塞及活塞销相关参数选取105.2活塞销强度校核115.2.1弯曲变形115.2.2椭圆变形115.2.3纵向弯曲应力125.2.4横向弯曲应力125.2.5总应力125.3活塞强度校核125.3.1活塞顶125.3.2一环岸125.3.3裙部比亚135.3.4销座比亚136.总结137.参考文献13II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总体设计的一般要求1)汽车发动机应有足够的功率和良好的扭矩特性以保证汽车的动力性，加速性和克服突然增大的行驶阻力的能力。2）具有良好的燃油经济性。3）发动机的结构要紧凑，在满足功率要求的前提下尽可能减轻发动机的重量，一方面要合理给定汽车的比功率，即采用较小排量的发动机达到要求的功率；另一方面还要优化发动机零部件的设计使材料的使用恰到好处。4）可靠性和耐久性达到所需要求。5）有害气体达到法定排放量，噪声得到合理的控制。6）使用方便，在不同环境下保证能顺利启动，汽车发动机应便于安装操纵和维修。7）制造成本低，产品系列化程度高。1.2 卧式直列水冷四冲程柴油机的结构特点 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，为一些发动机中置(MR)和发动机后置(RR)的汽车所使用。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，维护简便。水冷，即采用水作为冷却介质，冷却效果好。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，安装维修方便，多用在农用机械上。2.标定工况工作过程及热力计算和示功图绘制2.1 重要参数选取2.1.1 压缩比 =16.5=16.52.1.2 过量空气系数 =1.6=1.62.1.3 残余废气系数 2.1.4 进气温升和残余废气温度 =15 =750=15 =7502.1.5 热量利用系数 =0.8 =0.82.1.6 示功图丰满系数 =0.98 =0.982.1.7 机械效率 2.1.8 平均多变压缩指数 2.1.9 平均多变膨胀指数 2.2 燃料燃烧化学计算2.2.1 理论空气量的计算1kg燃料完全燃烧理论上所需空气量为 (kgkcal/kg) 查设计手册上册表3-1，得 带入上式，得 进气充量公斤摩尔数为: 1kg燃料完全燃烧后总的燃烧产物公斤摩尔数 2.2.2 理论分子变化系数 2.2.3 实际分子变化系数 2.3 燃气过程参数的确定与计算2.3.1 压缩始点气体状态压缩始点温度：压缩始点压强：2.3.2 压缩终点气体状态压缩终点温度：压缩终点压强：2.3.3 燃烧过程及燃烧终点气体状态最高爆发压力：压力升高比： （在合理范围内，符合要求）定容燃烧终点y的温度：当时，查设计手册上册表3-3，得 假设，查设计手机图3-2，得 将上述数据带入公式 符合要求故： 发动机工作容积： 故：2.3.4 膨胀终点气体状态膨胀终点温度： 膨胀终点压强：2.3.5 绘制示功图2.4 发动机性能参数2.4.1 平均指示压力理论平均指示压力： =0.813MPa实际平均指示压力： 2.4.2 平均有效压力 2.4.3有效功率 符合要求2.4.4 充量系数 2.4.5 指示热效率 2.4.6 燃油消耗率指示燃油消耗率：有效燃油消耗率：2.4.7 发动机总进气量空气气体常数： 非增压四冲程柴油机扫气系数： 3.活塞位移、速度、加速随曲轴转角的变化关系曲柄半径： 发动机转速：角速度： 连杆长度： 连杆比：活塞位移的近似表达式： 活塞位移随曲轴转角的变化曲线：活塞速度的近似表达式： 活塞速度随曲轴转角的变化曲线：活塞加速度的近似表达式： 活塞加速度随曲轴转角的变化曲线：4.气缸压力、活塞侧击力、连杆力、曲柄销切向力，径向力4.1气缸压力随曲轴转角变化关系4.2活塞销上的合力随曲轴转角变化4.3活塞侧击力随曲轴转角变化关系4.4曲柄销径向力、切向力随曲轴转角变化关系4.5曲柄销极坐标图与连杆轴承受力5.活塞设计及强度校核5.1活塞及活塞销相关参数选取总高度： 压缩高度： 活塞销中心线以下的群部高度： 群部高度： 顶板厚度： 火力岸高度： 第一环岸高度： 活塞销外径： 活塞销内径： 活塞销长度： 销座距离： 5.2活塞销强度校核5.2.1弯曲变形 符合要求5.2.2椭圆变形 5.2.3纵向弯曲应力5.2.4横向弯曲应力5.2.5总应力5.3活塞强度校核5.3.1活塞顶机械应力选用铝合金（有筋顶）满足要求。5.3.2一环岸弯曲应力：剪切应力：总应力：选用铝合金符合要求。5.3.3裙部比压 满足要求5.3.4销座比压 满足要求6.总结本次课程设计要求在三周的时间内完成发动机的三大计算（热力计算、动力计算和零件强度计算），其时间短，但任务重。需要抓紧时间，不能放松。通过本次课程设计，学习到了发动机热力计算、动力计算和零件强度的计算方法和步骤。同时加深了对课本知识的理解和增强了实际运用能力。因为几个同学为一组同时设计一个曲柄连杆结构，需要一组的同学一起协调设计尺寸，培养了大家的合作和集体精神。也增强了大家的实际动手能力。7.参考文献1 柴油机设计手册编辑委员会.