内燃机课程设计6200柴油机曲轴设计动力计算

1、内燃机学课程设计设计计算指南标题6200柴油机曲轴设计学院转业半级姓氏学号指导教师年月亮工作目录1功率计算11.1初始条件11.2曲柄连杆机构运动质量的确定21.3 p-测力计计算21.4往复惯性力pj()计算31.5总力p()计算31.6活塞侧推力ph()计算41.7连杆力pc()计算41.8法向力pn()计算51.9切向力pt()计算61.10总切向力计算71.11曲柄销载荷rb()计算81.12准确度检查92曲轴设计计算102.1曲轴角尺寸比102.2曲轴船舶检验111功率计算1.1初始条件父系参数：四冲程六缸，排气涡轮增压器，不可逆，直接喷射，压缩空气启动。d=200mm s=270m

2、mn=600r/min ne=440kw超压pk=0.241ma，压缩比=12.5，机械效率m=0.85，压缩复热指数n1=1.37，膨胀复热指数n2=1.26，z点利用率z=0.88，燃烧过剩空气系数进近阀开启死点前60度进近阀495死点后40度排气门打开死点前40度。排气门在死点后60度笔划失败系数约为0.083。连杆长度l=540mm，质量为34.76kg，活塞组质量m=35.76kg，连杆组质量分布为0.347/0.653，单位曲柄不平衡质量m=48.67kg。1.2曲柄连杆机构运动质量的确定用双质量系统替换摆动链接后，部分质量对应于往复运动的活塞组，另一部分质量对应于转动运动的曲柄组

3、，这样往复质量和连杆组就可以计算为大端。由于连杆的大小没有确定，根据母体的连杆质量先分配了比率。在顶部，m表示活塞组质量，0.347/0.653指定链接组质量的比率，链接质量的质量单位为kg。1.3 p-测力计计算用发动机运动公式展开给定的p-v测力计，得出p-测力计。将活塞的位移转换为相应的曲柄转角，并从曲柄转角取，从0到720度每5度取145个点，得到每个曲柄转角的(空气动力学值pg)(以mpa为单位)。用可以看到图1的曲线绘制matlab，有关matlab程序，请参阅附录。在图中，实线表示气缸压力pg与曲柄拐角a的关系。图1 p、pg、pj和曲柄角a的关系1.4往复惯性力pj()计算(m

4、pa) (1)往复惯性力根据公式1计算，图1中虚线是往复惯性力与曲柄角a的关系。格式：mj-往复运动质量，kg；r曲柄半径，mm；d-圆柱直径，mm；-曲轴旋转角速度，rad/s；-连杆摆动角度，rad。1.5总力p()计算(mpa) (2)根据公式2计算总力p(a)，中间pb表示活塞底部的气体压力，需要大气压力，即pb=0.1mpa。图1中点虚线表示总作用力和曲柄角之间的关系。比较这三者，可以看出气缸压力对总作用力有很大的影响。1.6活塞侧推力ph()计算(mpa) (3)活塞侧推根据公式3计算，公式表示连杆摆动角度。连杆摆动角度和曲柄转角纯粹是下面的关系。活塞侧推力与曲柄角的关系如图2所示

5、。图2活塞侧推力与曲柄角度的关系1.7连杆力pc()计算(mpa) (4)连接力根据公式4计算，连接力和曲柄角度的关系如图3所示。图3连杆力与曲柄角的关系1.8法向力pn()计算(mpa) (5)垂直力根据公式5计算，垂直力和曲柄角度的关系如图4所示。图4垂直力与曲柄角度的关系1.9切向力pt()计算(mpa) (6)切向力根据公式6计算，切向力与曲柄角的关系如图5所示。图5曲柄角与切向力的关系1.10总切向力计算(mpa) (7)四冲程曲柄均匀阵列的总切向力按公式6计算。圆柱之间的间距角度为120deg，总切向力和曲柄角度的关系如图6所示。图6总切向力与曲柄角的关系1.11曲柄销载荷rb()

6、计算(mpa) (8)曲柄销合力按公式8计算。:-曲柄销载荷水平分量，(mpa)；-曲柄销载荷的垂直分量，(mpa)；-连杆组以较大末端的质量，kg计算。曲柄销合力和曲柄角度的关系如图7所示。图7曲柄销载荷与曲柄角的关系1.12准确度检查(kw) (9)根据总切向力曲线检查准确度，根据总切向曲线计算平均切向力，根据公式9计算，活塞面积，单位为：平均切向力，单位为mpa。将指示的功率与给定的功率进行比较，以计算误差。=501.2382kw=-3.27%计算的误差在5%以内，符合要求。2曲轴的设计计算2.1曲轴角尺寸比曲轴参数单位：mm圆柱中心距离l0 (4行政)320曲柄销直径dp150曲柄销空

7、心孔径dpo64曲柄销有效长度lcp94主轴颈直径dj160主轴颈空心孔径djo64主轴颈有效长度lcj90弯曲臂厚度h68弯曲臂宽度b310过渡圆角半径r10第一次确定曲轴的尺寸后，必须立即进行曲柄销和主轴颈最大非压力检查。曲轴销主轴颈样式：pz-最大燃烧压力，mpa；d直径直径，mm；dp、dj-曲柄销和主曲线颈直径，mm；lp，lj-曲柄销和主轴颈有效长度，mm(考虑过渡圆角的影响)；考虑q-相邻圆柱的影响系数。4行政q1.25；二冲程q1.50，表达式的q=1.2。2.2曲轴船舶检验中国船舶检验局(2006)按如下方式计算船舶柴油机曲轴的整体锻造、铸造、子装配件或整个组合曲轴的主轴颈和

8、曲柄销的最小直径d:曲轴材料选择铸钢。锻钢、铸钢和合金钢材料的曲轴：:d圆柱直径，d=200mms-活塞行程，s=270mml-两个相邻主轴承中心线之间的距离，l=320mmlp曲柄销的有效长度，lp=90mm；pz-最大燃烧压力，pz=12.5mpa；pi-平均显示压力，ni-总切向力获得的显示功率，ni=501.2382kw；vs-每个气缸的工作体积；n-柴油机速度，n=600 r/min；i-气体气缸数，i=6； b-材料校正拉伸强度下限，b=500 mpa；a-系数，串联单作用柴油机，a=0.50c-系数，串联单作用四冲程柴油机，c=2.553 b-弯曲应力集中系数，对于原始曲轴， b

9、=3.39；rp-混成圆角半径，rp=10mm；dp-曲柄销直径，dp=130mm；b曲线臂宽度，b=200mme-日志重叠量，e=(dpdj)/2-s/2=0； r-扭应力集中系数，=1.69；计算结果d=149.2mm 150mm，因此您可以使用设计的曲轴。附录matlab计算程序%内燃机过程设计功率计算%a1=0 : 5 : 720%曲柄角%pg1=3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3，3a=0 : 1 : 720pg=interp1(a1，pg1，a，spline)；pg=pg/10.197；%汽缸压力单位转换，mpa%ne=4

10、40%单位是kw%mj=35.76 0.347 * 34.76%活塞组等效质量，kg%mb=0.653 * 34.76% connection load组计算为大端点的质量，kg%d=200%活塞直径，mm%l=540%链接长度，mm%r=135%曲柄半径，mm%z=6；%气瓶数；x=r/l；%曲柄-连杆比%b=asin(x * sin(a* pi/180)；%连杆摆动角度%w=600 * pi/30；%转速，rad/s%pj=-mj * r * w 2 *(cos(a* pi/180)x * cos(a* pi/90)/(pi * d 2/4 * 10)%往返惯性力，mpa%pb=0.1%活

11、塞底部气体压力，大气压力，mpa%p=pj-pb pg；%总力，mpa%figure(1)；打开%新版本；plot (a，pg，a，pj，-，a，p，-)。)；%蓝色是圆柱压力与曲轴转角之间的关系，黄色是往复惯性力与曲柄转角之间的关系，红色是总作用力与曲柄转角之间的关系%xlabel(曲柄角a/deg)；%加横坐标%ylabel(p，pg，pj)/mpa)；%加纵坐标%legend(pg，pj，p)栅格开；添加%网格%ph=p . * tan(b)；%活塞侧推力，mpa%pc=p ./cos(b)；%连杆力，单位为mpa%pn=pc。* cos(a* pi/180 b)；%法向力，单位为mpa

12、%pt=pc。* sin(a* pi/180 b)；%切向力，单位为mpa%sumpt=pt%是总切向力，单位为mpa。for i=1:721for j=1:5m=i 720 * j/z；if m721m=m-720；endsumpt(i)=sumpt(i)pt(m)；endendavept=mean(sumpt)；%平均切向力，单位为mpa%rbh=pt%曲柄销载荷水平分量，单位为mpa%prb=mb * r * w 2/(pi * d 2/4 * 10 3)；rbv=pn-prb；%曲柄销载荷垂直分量，单位为mpa%rb=(rbh .* rbh rbv。* rbv). 0.5；%曲柄销总负

13、载%figure(2)；打开%新版本%plot(a，ph)；%侧推力与曲柄角之间的关系%xlabel(曲柄角a/deg)；%加横坐标%ylabel(横向推力ph/mpa)；%加纵坐标%栅格开；添加%网格%figure(3)；打开%新版本%plot(a，pc)；%绘制链接力与曲柄角度的关系%xlabel(曲柄角a/deg)；%加横坐标%ylabel(互联负载力pc/mpa)；%加纵坐标%栅格开；添加%网格%figure(4)；打开%新版本%plot(a，pn)；%图片方向和曲柄角之间的关系%xlabel(曲柄角a/deg)；%加横坐标%ylabel(法向力pn/mpa)；%加纵坐标%栅格开；添加%网格%figure(5)；打开%新版本%plot(a，pt)；%切向力与曲柄角的关系%xlabel(曲柄角a/deg)；%加横坐标%ylabel(切向力pt/mpa)；%加纵坐标%栅格开；添加%网格%figure(6)；打开%新版本%a=0 :1: 720plot(a，sumpt)；%绘制总切向力与曲