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2100
柴油机
曲轴
设计
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2100柴油机曲轴系设计,2100,柴油机,曲轴,设计
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内燃机课程设计内燃机课程设计 说明书说明书 学院：机械工程学院学院：机械工程学院 专业：热能与动力工程专业：热能与动力工程 姓名：叶文基姓名：叶文基 学号：学号：3008201303 内燃机课程设计 3008201303 叶文基 - 2 - 内燃机课程设计目标内燃机课程设计目标 本次内燃机课程设计的内容是以 2100T 柴油机为原型，以减重为主要设计目的，通过计算分析，确定最终设计方案。 我所在的小组主要负责柴油机轴系的减重设计， 我本人负责的是内燃机飞轮的减重分析设计工作。 2100T 柴油机的基本柴油机的基本规格与规格与参数参数 型号：2100T3 型式：立式、水冷、四冲程、直接喷射式燃烧室 气缸数：二缸 缸径： D = 100mm 活塞行程：S = 120mm 标定功率：Ne = 25PS 标定转速：n = 2000 rpm 最大扭矩：11 公斤米 最大扭矩数：1500 rpm 标定功率燃油消耗率: 185 克/马力小时 标定功率机油消耗率： 3 克/马力小时 压缩比： = 16 活塞总排量；1.88 升 平均有效压力：7.03 公斤/厘米2 曲轴旋转方式：逆时针 启动方式：手起动或电起动 润滑方式：压力与飞溅复合式 外形尺寸： （长宽高）555 748 486（mm） 用途：主要作拖拉机用 曲轴飞轮组曲轴飞轮组 内燃机课程设计 3008201303 叶文基 - 3 - 曲轴飞轮组是由曲轴、飞轮、齿圈、曲轴正时齿轮、三角皮带轮组成。曲轴主轴颈与连杆轴颈之间有润滑油孔相通。 2100T 型柴油机的飞轮直径为 440 毫米， 飞轮齿圈的倒角的一面向外装配到飞轮上面。此外，飞轮可配用 8 寸离合器。飞轮用 6 个 M141.5 的螺栓和一个 12 的定位销固定曲轴后端的凸缘上，齿圈安装在飞轮上。飞轮外缘刻有记号或标有小孔，用于检查调整配气和供油正时，在凸缘上设置定位销保持飞轮与曲轴准确的正时位置。另外，飞轮内壁钻有小孔，这样可以使飞轮外的部分润滑油通过小孔回到油底壳， 以保证飞轮面与离合器更好的摩擦传动。 曲轴的材料采用高优质的球墨铸铁，制造方便，成本低。曲轴由前端、曲拐、曲轴后端及平衡重组成，主轴颈直径粗而短，以提高刚度，主轴颈为空心，曲柄销也是空心，既可以减少重量，又可以减少离心力。2100 型是枣核型空腔。 飞轮的材料是 HT150，密度是 7.0Kgm3，泊松比 0.25。 飞轮的功用飞轮的功用 保证柴油机运转均匀。 运行中当扭矩大于平均扭矩时，飞轮将多余的能量储存起来；当扭矩小于平均扭矩时，飞轮释放能量，以避免转速急剧变动。此外，飞轮还是传递柴油机动力的主要零件。飞轮的设计多数设计成轮缘形，可使转动惯量相同的情况下飞轮重量较轻。由轮缘、轮盘、轮毂三部分组成。轮缘、轮盘型式主要取决于功率输出装置和柴油机启动方式。运输用柴油机采用圆盘摩擦离合器，利用轮盘平面来传递扭矩。用电启动，飞轮轮缘上需要安装飞轮齿圈。 大型柴油机飞轮比较陈旧的设计为剖分型， 用螺栓连接。 小型风冷型柴油机上也有将飞轮轮辐做成叶片状，兼做冷却风扇。 飞轮轮毂的构造取决于飞轮与曲轴的连接方式，有法兰连接，键连接和花键连接。 飞轮尺寸的确定飞轮尺寸的确定 首先， 根据柴油及结构的总体布置以及传动装置和飞轮齿圈的尺寸初步确定飞轮的尺寸D1、b 、h 等，如下图所示 通常飞轮外径 D1=（2.53.5）S 轮缘厚度h = 1101201 内燃机课程设计 3008201303 叶文基 - 4 - D1还应满足飞轮圆周速度小于或等于飞轮许用圆周速度 v 的要求，因而飞轮外径 D1应满足下式 1=60n； 式中： v飞轮许用圆周速度 铸铁飞轮 3050m/s 铸钢飞轮 50100m/s 型钢飞轮 100120m/s （较大值用于小型高速柴油机， 较小值用于大型柴油机。 ） 飞轮尺寸确定后，用下式验算飞轮的惯性矩 GfDm2是否能够保证柴油机所要求的旋转不均匀度 。 360022 式中 最大剩余功（Kgfm） ； 柴油机空转最低转数； D1 飞轮轮缘外径； D2 飞轮轮缘内径； Dm飞轮轮缘平均直径； =1+22； Gf飞轮轮缘重量； = h 旋转不均匀度。根据柴油机的用途查统计数据得； 飞轮材料重度。 飞轮矩飞轮矩 GfDm2 A. 气缸数 Z 相等的柴油机，其n2=const； B. 当=const 时，随着 n、Z 的增加，I1减小，I1为飞轮部分的转动惯量； C. 多缸柴油机可能出现飞轮的转动惯量小于零的现象，即柴油机自身的转动惯量已能满足整个动力装置所要求的 值，但是，为了便于启动、安装和调整，这种柴油机上仍 内燃机课程设计 3008201303 叶文基 - 5 - 然需要安装一个重量不大的飞轮。 因此， 在选用 值时， 不仅要考虑柴油机动力装置的用途， 还要顾及柴油机的气缸数和转速。 通常采用飞轮矩的概念来表示飞轮的转动惯量，即 2 41 式中 GfDm2 飞轮矩 2； I1 飞轮部分的转动惯量，一般以 1= (0.80.9)0 来估计； Gf 飞轮轮缘的重量，假定飞轮的重量全部集中在轮缘部分； Dm 飞轮轮缘的重心直径（m） 。 飞轮矩还应在柴油机极其配套装置的实验中予以修正。 飞轮转动惯量飞轮转动惯量 I1的估算方法：的估算方法： (一) 1 0.79582 +122 (二) 1= 2 式中： =150250，它是根据冲程数，冷却方式和气缸排列方式等因素选取的。 Me、e为对应标定功率的柴油机有效扭矩和曲轴旋转角速度。 此式适用于汽车、拖拉机用柴油机。 (三) 1= 6.53 1043 式中： 柴油机最大剩余功系数，它随着柴油机的型式、转速而变。 =max 系数 应根据 Amax值求出； Ae 一个循环的有效功（Kgfm） ； Ae= Me= 716.2Nen 内燃机课程设计 3008201303 叶文基 - 6 - Ne 柴油机的有效功率（PS） ； = = 716.2 四冲程柴油机四冲程柴油机 的统计数据的统计数据 气缸数气缸数 Z 1 2 3 4 6 8 12 的范围的范围 1.11.3 0.50.8 0.20.4 0.20.4 0.060.1 0.010.03 0.0050.01 a) 对于单缸柴油机，一般取 =1.3。 b) 对于曲柄夹角为 360的双缸柴油机， =0.50.6。 对于曲柄夹角为 180的双缸柴油机，二冲程的 为 0.5；四冲程的 = 0.751.10。 飞轮的一般设计程序飞轮的一般设计程序 柴油机飞轮的设计程序一般是先根据柴油机的用途选取 值，代入公式 0= 91.2max2 求得 I0值。再根据 I1与 I0的比例关系，把飞轮矩求出，并以此设计飞轮。 此次飞轮的改进此次飞轮的改进方案与计算过程方案与计算过程 由于此次设计工作是在已知之前飞轮各项参数的情况下进行的， 所要做的是在满足一般用途柴油机旋转不均匀度的前提下进行减重设计。 由于已经知道飞轮的尺寸参数，先计算飞轮矩。 = 1+22 = 0.39m； = h = 3.140.390.0590.059.87000 = 247.8N 由于 2 41 求得 I1 = 0.96 Kgm2 由于1= 6.53 1043 ，其中查表取 = 0.8，求得 = 1600； 查柴油机动力装置对其曲轴旋转不均匀度 的取值范围可知带有发电机的拖拉机旋转不均匀度 值可取 1150，比已知尺寸计算出的值大四倍。 对于下图所示的单元体来说 内燃机课程设计 3008201303 叶文基 - 7 - 它的质量为 = 2 式中 飞轮材料的密度； r 单元体的半径； b 轮缘的宽度。 该单元体的转动惯量等于 = 2 = 23 所以轮缘部分的转动惯量等于 I = I21= 2
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