1.3L四行程汽油机连杆组设计 课程设计.doc

1.3L四行程汽油机连杆组设计1前言.22结构参数计算.2 2.1已知条件 .2 2.2发动机结构形式 2 2.3发动机主要结构参数.23热力学计算.33.1多变指数的选择.33.2压力升高比的选择33.3绘制PV图.33.4 PV图的调整.44动力学计算.55运动学计算.75.1活塞位移.75.2活塞速度.85.3活塞加速度.86连杆的设计.96.1连杆主要尺寸设计.96.1.1连杆长度的确定.96.1.2连杆小头尺寸的确定.96.1.3连杆大头尺寸的确.106.2连杆强度的计算.106.2.1连杆小头强度的计算.106.2.2连杆大头的强度计算.137小结 .148参考文献.159附表.151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。2结构参数计算2.1已知条件 平均有效压力:0.81.2Mpa活塞平均速度:Cm18m/s，取Cm=13.17m/s2.2发动机结构形式发动机功率为52.68KW，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参考杨连生版内燃机设计S/D的取值范围在0.81.2之间，取S/D=1.03P=52.68KwD=74mm 则S=1.03D=76mm (S与D均取整)= 取=9 ； 由 Va=Vs+Vc则气缸工作容积Vs=Va=0.368 L Vc=0.041Ln= =5200 r/min角速度=3.145200/30=544.54rad/s曲柄半径 r=S/2=37mm3热力学计算压缩始点的压强pa=0.80.9p0 ；取pa=0.085Mpa3.1多变指数的选择压缩过程：取压缩冲程终点（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n1=1.281.35， 取n1=1.28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n2=1.301.40 取n2=1.35由p1V1n=p2V2n 可计算得到压缩终点压力为： pc=1.415 Mpa3.2压力升高比的选择查得压力升高比=pc/pa；在69之间。取=6则*Pz=*Pc=6*1.415MPa=8.492Mpa，圆整后Pgmax=（Pz-Pc）*2/3+Pc=6.13Mpa3.3绘制（理想）PV图得到未调整的P-V图图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：P=Pg+Pj=Pg-mjr2(cos+cos2) =Pg-mjj （mj为机构往复惯性质量）活塞质量mp=214.94g连杆小头质量m4=81.66g连杆质量m=0.00063(D-80)2+0.0476(D-80)+0.21491.05kg估算mj=mp+m3+m4387.22g P在连杆小头处即活塞销孔处分解为Pn和P1，而P1又在两岸大头分解为K和t，又根据汽车发动机设计有Pn=P*tgPl= t=k= Pl cos(+)= 5运动学计算=1/3-1/5 取0.2925.1活塞位移X= r（1-）+ 5.2活塞速度v=（ +）5.3活塞加速度j = r6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连杆主要尺寸设计6.1.1连杆长度的确定连杆长度由杆比来说明，而=r/l，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1/3.21/3.8。取=0.292，则l=37mm/0.292=130mm6.1.2 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，参考杨连生版内燃机设计设计， d/D=0.250.3， 取d=0.3D=22mm， 连杆小头的外径，参考杨连生版内燃机设计设计， D/d=1.21.35， 取D=1.25d=31mm， 连杆小头的宽度，参考杨连生版内燃机设计设计，B/d=1.21.4， 取B=1.2d=26mm， 衬套外径，参考杨连生版内燃机设计设计，d/d=1.051.15， 取d=1.1 d =24mm6.1.3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，D2/D=0.550.65， 取D2=0.59D=43mm连杆大头外径，参考杨连生版内燃机设计设计，D2/D=0.600.68， 取D2 =0.63D=46mm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 =53mm 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=17mm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=18mm6.2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31mm；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=102.5 N/mm2外表面=80.03 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 (0.5723215.64=2.47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=2.299 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。8参考文献1唐增宝，何永然，刘安俊 机械设计课程设计 华中科技大学出版社，1999。2董敬，庄志，常思勤 汽车拖拉机发动机 机械工业出版社，2001。3叶盛焱 摩托车发动机设计 人民邮电出版社。1997。4杨连生 内燃机设计 中国农业机械出版社，1981。9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767452000.3268690.04190560.85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（Mpa)Va (L)Pc（Mpa)371300.292544.540.0850.367721 1.415303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)60.04190568.4918180.367721 0.653639528附表2曲轴转角（）活塞位移x（m)活塞速度v(m/s)活塞加速度j(m/s00.000 0.000 14558.133100.745 4626.498 14188.523202.941 9019.189 13108.828306.478 12962.616 11403.4064011.183 16276.106 9203.0585016.830 18826.600 6671.5276023.161 20536.604 3988.8387029.902 21386.539 1333.389 8036.782 21411.434 -1135.152 9043.548 20692.520 -3290.228 10049.979 19344.874 -5048.454 11055.896 17502.678 -6374.311 12061.161 15303.892 -7279.067 13065.682 12876.179 -7814.212 14069.402 10325.685 -8060.374 15072.296 7729.904 -8113.178 16074.357 5135.328 -8067.906 17075.590 2559.939 -8004.917 18076.000 0.000 -7977.677 19075.590 -2559.939 -8004.917 20074.357 -5135.328 -8067.906 21072.296 -7729.904 -8113.178 22069.402 -10325.685 -8060.374 23065.682 -12876.179 -7814.212 24061.161 -15303.892 -7279.067 25055.896 -17502.678 -6374.311 26049.979 -19344.874 -5048.454 27043.548 -20692.520 -3290.228 28036.782 -21411.434 -1135.152 29029.902 -21386.539 1333.389 30023.161 -20536.604 3988.838 31016.830 -18826.600 6671.527 32011.183 -16276.106 9203.058 3306.478 -12962.616 11403.406 3402.941 -9019.189 13108.828 3500.745 -4626.498 14188.523 3600.000 0.000 14558.133 3600.000 0.000 14558.133 3700.745 4626.498 14188.523 3802.941 9019.189 13108.828 3906.478 12962.616 11403.406 40011.183 16276.106 9203.058 41016.830 18826.600 6671.527 42023.161 20536.604 3988.838 43029.902 21386.539 1333.389 44036.782 21411.434 -1135.152 45043.548 20692.520 -3290.228 46049.979 19344.874 -5048.454 47055.896 17502.678 -6374.311 48061.161 15303.892 -7279.067 49065.682 12876.179 -7814.212 50069.402 10325.685 -8060.374 51072.296 7729.904 -8113.178 52074.357 5135.328 -8067.906 53075.590 2559.939 -8004.917 54076.000 0.000 -7977.677 55075.590 -2559.939 -8004.917 56074.357 -5135.328 -8067.906 57072.296 -7729.904 -8113.178 58069.402 -10325.685 -8060.374 59065.682 -12876.179 -7814.212 60061.161 -15303.892 -7279.067 61055.896 -17502.678 -6374.311 62049.979 -19344.874 -5048.454 63043.548 -20692.520 -3290.228 64036.782 -21411.434 -1135.152 65029.902 -21386.539 1333.389 66023.161 -20536.604 3988.838 67016.830 -18826.600 6671.527 68011.183 -16276.106 9203.058 6906.478 -12962.616 11403.406 7002.941 -9019.189 13108.828 7100.745 -4626.498 14188.523 7200.000 0.000 14558.133 附表3转角a()汽缸瞬时容积(L)多变指数燃气压力(MPa)调整后的燃气压力(MPa)040.8579800.0850.0851044.0587538800.0850.0852053.4989339400.0850.0853068.7048484600.0850.0854088.928223100.0850.08550113.203442900.0850.08560140.419244300.0850.08570169.397550900.0850.08580198.971621300.0850.08590228.056025700.0850.085100255.702161400.0850.085110281.134902400.0850.085120303.768324300.0850.085130323.200972200.0850.085140339.193533100.0850.085150351.633754400.0850.085065160360.494784100.0850.0850091170365.793634700.0850.0850211180367.556141.280.085049040.08504904190365.79363471.280.0855739270.085573927200360.49478411.280.087187260.08718726210351.63375441.280.0900093890.090009389220339.19353311.280.09425640.0942564230323.20097221.280.1002671630.100267163240303.76832431.280.108549880.10854988250281.13490241.280.1198596010.119859601260255.70216141.280.1353267640.135326764270228.05602571.280.1566716950.156671695280198.97162131.280.1865653860.186565386290169.39755091.280.2292358860.229235886300140.41924431.280.2914591140.291459114310113.20344291.280.3840107620.38401076232088.92822311.280.5230136480.52301364833068.704848461.280.7276790550.72767905534053.498933941.281.0023097731.00230977335044.058753881.281.2850573211.28505732136040.857981.281.415302611.4153026136040.857981.358.4918185.87637044.058753881.357.669746296.1329738053.498933941.355.9014476426.012645639068.704848461.354.2100912614.21009126140088.92822311.352.9718097372.971809737410113.20344291.352.1454281442.145428144420140.41924431.351.6039784491.603978449430169.39755091.351.2450874611.245087461440198.97162131.351.001973981.00197398450228.05602571.350.8334285750.833428575460255.70216141.350.7141394790.714139479470281.13490241.350.6283325340.628332534480303.76832431.350.5659683250.565968325490323.20097221.350.5205187670.520518767500339.19353311.350.4876635210.487663521510351.63375441.350.4645176590.464517659520360.49478411.350.4491701120.3786333530365.79363471.350.4404084940.32111524540367.556141.350.4375598960.24469587550365.793634700.0850.1523333560360.494784100.0850.102432570351.633754400.0850.0987580339.193533100.0850.095590323.200972200.0850.085600303.768324300.0850.085610281.134902400.0850.085620255.702161400.0850.085630228.056025700.0850.085640198.971621300.0850.085650169.397550900.0850.085660140.419244300.0850.085670113.203442900.0850.08568088.928223100.0850.08569068.7048484600.0850.08570053.4989339400.0850.08571044.0587538800.0850.08572040.8579800.0850.085附表4转角a()压力P侧压力Pn连杆力P1径向力k切向力t0 -1.177 0.000 -1.177 -1.177 0.000 10 -1.145 -0.058 -1.147 -1.118 -0.256 20 -1.051 -0.105 -1.057 -0.952 -0.459 30 -0.904 -0.133 -0.913 -0.716 -0.567 40 -0.713 -0.136 -0.726 -0.459 -0.562 50 -0.493 -0.113 -0.506 -0.231 -0.451 60 -0.261 -0.068 -0.270 -0.072 -0.260 70 -0.031 -0.009 -0.032 -0.002 -0.032 80 0.183 0.055 0.191 -0.022 0.190 90 0.370 0.113 0.387 -0.113 0.370 100 0.523 0.157 0.546 -0.245 0.488 110 0.638 0.182 0.663 -0.389 0.537 120 0.716 0.187 0.740 -0.520 0.527 130 0.762 0.175 0.782 -0.624 0.472 140 0.784 0.150 0.798 -0.696 0.390 150 0.788 0.117 0.797 -0.741 0.294 160 0.784 0.079 0.788 -0.764 0.195 170 0.779 0.040 0.780 -0.774 0.097 180 0.777 0.000 0.777 -0.777 0.001 190 0.780 -0.039 0.781 -0.775 -0.095 200 0.787 -0.079 0.791 -0.766 -0.194 210 0.793 -0.117 0.802 -0.746 -0.294 220 0.793 -0.151 0.807 -0.705 -0.393 230 0.778 -0.178 0.798 -0.637 -0.480 240 0.739 -0.193 0.764 -0.538 -0.543 250 0.672 -0.192 0.699 -0.411 -0.565 260 0.572 -0.172 0.598 -0.270 -0.533 270 0.441 -0.135 0.461 -0.136 -0.441 280 0.283 -0.085 0.296 -0.035 -0.294 290 0.111 -0.032 0.115 0.008 -0.115 300 -0.060 0.016 -0.062 -0.016 0.060 310 -0.204 0.047 -0.209 -0.095 0.187 320 -0.293 0.056 -0.298 -0.188 0.232 330 -0.296 0.044 -0.299 -0.234 0.186 340 -0.198 0.020 -0.199 -0.179 0.087 350 -0.045 0.002 -0.045 -0.044 0.010 360 0.034 0.000 0.034 0.034 0.000 360 5.619 -0.005 5.619 5.619 -0.023 370 5.031 0.251 5.038 4.915 1.104 380 3.763 0.374 3.781 3.413 1.627 390 2.568 0.377 2.596 2.041 1.603 400 1.749 0.333 1.780 1.131 1.375 410 1.279 0.293 1