2022年柴油机动力计算及连杆组设计方案.docx

《2022年柴油机动力计算及连杆组设计方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年柴油机动力计算及连杆组设计方案.docx（14页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1 前言.22 结构参数运算 .22.1 已知条件 . .22.2 发动机结构形式 22.3 发动机主要结构参数 . . . . 2 3 动力学运算 . .5 4 连杆的设计 . . .94.1 连杆主要尺寸设计 . 94.1.1 连杆长度的确定 . . . 94.1.2 连杆小头尺寸的确定 . . 94.1.3 连杆大头尺寸的确 . 104.2 连杆强度的运算 .104.2.1 连杆小头强度的运算 .104.2.2 连杆大头的强度运算 . 13 5 小结 . . .14 6 参考文献 . . .151 前言内燃机设计课程设计是在我们学习了一些基础制图学问和汽车以及发动机的整体学问框架后所给我

2、们的一次很好的锤炼，众所周知现代汽车工业进展越来越快，而作为汽车心脏的发动机自然也成为了进展的重中之重，发动机的结构和性能对汽车起着打算性的影响，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才能，制图才能，分析运算才能，查阅各种工具书的才能无疑是一次很好的锤炼，因此，我们要充分利用这次课程设计的机会，仔细对待，做好充分的预备 ，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 结构参数运算2.1 已知条件平均有效压力 :1.064MPa活塞平均速度 :7.8m/s98765432101 2 3

3、4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748492.2 发动机结构形式发动机功率为 41.695KW，参考袁兆成版内燃机设计设计为4 缸 4 冲程柴油机，冷却方式采纳水冷；2.3 发动机主要结构参数参考袁兆成版内燃机设计 S/D 的取值范畴在 0.8 1.2 之间，取 S/D=1Pe =0.0785pVm zD 2em=0.07851.0644 47.880241.695KwD=80mm就 S=80mm S与 D均取整D 2 S就气缸工作容积 V=40.401

4、92Ln= 30C mS=3000 r/min角速度度 = S/2=40mmn =3.14 3000/30=314rad/s 303 动力学运算由曲柄连杆机构的受力分析运算：P=Pg+Pj=Pg-mjr 2cos+cos2 =Pg-mjj（mj 为机构往复惯性质量）活塞质量 mp=630g连杆小头质量 m4=190g连杆质量 m=0.00063D-802+0.0476D-80+0.2149 1.05kg估算 mj= mp+m3+m4387.22gP 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， Pn=P*tgPPl=cosp cos k= Pl co

5、s+=costPsincosP876543210-1147 10131619222528313437404346495255586164677073-2PPn0.60.50.40.30.20.10-0.1-0.2-0.3Pn0100200300390490590690P1876543P1210-110110210310400500600700-2k876543k210-10100200300390490590690-2t2.521.51t0.50-0.50100200300390490590690-14 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

6、；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摇摆；连杆主要承担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试验来指导，因此设计时应综合考虑；材料的挑选为了保证连杆在结构轻巧的条件下有足够的刚度和强度，一般多用精选含碳量的优 质中碳结构钢45 钢模锻，在机械加工前应经调制质处理，以得到较高的综合机械性能， 既强又韧；为了提高连杆的疲惫强度，不经机械加工的表面应经过喷丸处理；连杆仍必 须经过磁力探伤检验，以求工作牢靠；4.1 连杆主要尺寸设计4.1.1 连杆长度的确定

7、连杆长度由杆比来说明，而=r/l，值越大，连杆越短，就发动机的总高度越 小；参考袁兆成版内燃机设计设计，值范畴为 1/3.2 1/3. 8；取 =0.325 ，就l=39mm/0.325=120mm4.1.2 连杆小头尺寸的确定3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， 参考袁 兆成版 内 燃 机设计 设计 ， d 1 /D=0.25 0.3 ， 取d 1 =0.3D=24mm，连 杆小头的 外径， 参 考袁 兆成 版 内燃 机设 计 设 计， D1 /d=1.2 1.35 ， 取D1 =1.25

8、d1 =30mm，连 杆小 头的 宽度 ， 参考 袁兆 成版 内 燃机 设计 设 计 ， B 1 /d 1 =1.2 1.4 ， 取B1 =1.2d 1=28.8mm，衬套外径，参考袁兆成版内燃机设计设计，d 1 /d=1.051.15 ， 取 d=1.1 d 1=26.4mm4.1.3 连杆大头尺寸的确定连杆大头的结构与尺寸基本上打算了曲柄销直径D2、长度 B2、连杆轴瓦厚度等等， 对曲轴的强度、刚度和承压才能有很大的影响；大头的外形尺寸又打算了凸轮轴位置和曲轴箱外形，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，有时仍不得不为此而增加平稳重，给曲轴设计带来困难，因此在设计连

9、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 考袁 兆 成 版 内 燃 机 设 计 设 计 ， D2/D=0.55 0.65 ， 取D2=0.59D=47.2mm连杆大头外径，参考袁兆成版内燃机设计设计，D 2/D=0.60 0.68 ， 取 D 2=0.63D=50.4mm连杆螺栓孔间距离，参考袁兆成版内燃机设计设计，C/ D 2 =1.2 1.25,取C=1.2D2 =60.48mm高度 H3，参考袁兆成版内燃机设计设计，H3 / D 2 =0.35 0.4 ，取 H3 =0.38D2=19.15mm高度 H4 ，参考袁兆成版内燃机设计设计，H

10、4/ D 2 =0.38 0.44 ，取 H4=0.4D 2=20.16mm杆身设计杆身也承担交变载荷，可能产生疲惫破坏合变形，连杆高速摇摆时的横向惯性力也会使连杆弯曲变形；因此连杆杆身必需有足够的断面积，并排除产生应力集中的因素；连杆杆身的断面采纳“ I ”字形结构，这样能在足够的强度和刚度下获得最小的质量；杆身断面从小头到大头逐步增大，这是由杆身的受力情形打算的，而且杆身两头分别与小头、大头作圆滑过渡，这样既可防止应力集中，又能达到传力匀称；工字形断面的平均高度与气缸直径的比值H/D=0.3-0.4 ，高宽比 H/B=1.4-1.8 ；H=0.3*80=24mm，B=H/1.5=16mm，

11、取 t=5mm，4.2.1 连杆小头强度的运算衬套过盈协作的预紧力及温升产生的应力22pD21 1dtd221dd11D1E- d 2E d 2- d 2式中 d 2 小头外径，为 30mm；d1 小头内径，为 24mm； 衬套材料的线膨胀系数，对于青铜，可取 =1.810 51/c0 ；0连杆小头材料的线膨胀系数，对于钢可取=1.010 5 （1/c ）；, 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=2.2105 N/mmE 1 衬套材料的弹性模数，对于青铜，E 1 =1.15105 N/mm运算得t0.065mm；运算可得： p22.51Mpa把小头视为内压厚

12、壁圆筒，在压力P 的作用下外表面的切向应力为i内表面 =22Dd11D112 - d 2p =102.52N/mm1外表面 2d 2p=80.03 N/mm2Dda2211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：Pj max 1mR2 15638.93 N当发动机处于起动工况时Pj max 2mR 2 156.32N固定角90arccosH m2D1 / 2124.94rd1d 242231413.18mm在0 的截面上N P 0.5720.00083215.64N1j maxPMj maxr 0.000330.0297 =2.4

13、7 Nm运算截面拉伸力引起的法向力和弯矩为：NN cos0.5Pj maxsincos2086.02NMMNr 1cos0.5Pj maxr sincos45.38Nm小头壁厚为 hd 2d142.1mm ；b126mm KEFEFE F 0.84mm由拉伸作用在外表上产生的应力为：aj2M6rhKN h2rh1b1h18.478Mpa取点火提前角为：15连杆小头的合力为：D 2Pa pz maxp 4mR2 coscos2 28258N运算截面中由压缩力引起的法向力和弯矩：N1PaM 1Pa rNPaMParsin2N 1Pasincos1 cossin210925.81 cos0.0005

14、0.0021192.73N=10925.80.0106250.000130.00051.25880.002 =101.04Nma12M 16rh h 2rhKN 11 =b1h24.649Mpa不对称循环的最大与最小应力为：maxaaj98.51Mpaminaa155.38Mpa平均应力及应力幅：maxm2maxa2minmin76.9476 Mpa21.5636 Mpa又由 n1zama1z 材料在对称循环下的拉压疲惫极限，取1z =200 Mpaa 应力幅；m 平均应力；a 考虑表面加工情形的工艺系数，其值在0.40.6 之间，取a0.421a 角系数，a0 材料在对称循环下的弯曲疲惫极限

15、，对于钢，01.4 1.61就取 a0.43算得 n=2.2991.5 就小头合格4.2.2 连杆大头的强度运算连杆大头受惯性力拉伸载荷：Pj maxG Gg2r 1G2G3g2 r10218.54式中 G、G 、 G2 、 G3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40就弯曲应力为：P0.023l10.4j maxZ1J / J FF 18346 .3N式中 Z 运算断面的抗弯曲断面模数，取Z5.010 9 m3l1 运算圆环的曲率半径，运算可得 l 117 mmF 、 F 大头及轴承中心截面面积，计 FF 0.00176m2 算可得查袁兆成内燃机设计 的值在

16、 1500020000Nm 之间，合格；5 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、内燃机设计、内燃机性能提高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，我学到了很多大三、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；全部理论、公式都是为实践操作而产生的；可以说是对我所学学问的一次很好的巩固和回忆， 并且在设计过程中，我仍学会了查询各种工具书的方法，提高了想象才能，学会了怎样把学到的各门学科的学问融会贯穿，并提高了作图的才能以及用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熟悉；6 参考文献 1 陈家瑞 汽车构造 机械工业出版社， 2021； 2 杨建华 内燃机性能提高机械工业出版社； 1997； 3 袁兆成 内燃机设计 机械工业出版社， 2021；