课程设计-活塞设计(共28页).doc

《课程设计-活塞设计(共28页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计-活塞设计(共28页).doc（28页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上 课 程 设 计课程名称： 发动机设计 设计题目： 活塞设计 学 院： 交通工程 专 业： 车辆工程 年 级： 车辆xxx班 学生姓名： xxxxxx 指导教师： xxxxxx 日 期： 2013年9月 教 务 处 制专心-专注-专业目 录1总体布局，结构特点以及选用原则系统分析11.1总体设计的一般要求112选用原则12.标定工况工作过程及热力计算和示功图绘制22.1实际循环热力计算22.1.1热力计算的目的22.1.2热力计算的方法22.2重要参数选取22.2.1压缩比32.2.2过量空气系数42.2.3扫气系数42.2.4残余废气系数42.2.5进气温升42.2

2、.6热量利用系数42.2.7示功图丰满系数42.2.8机械效率42.2.9平均多变压缩指数42.2.10平均多变膨胀指数42.3 燃料燃烧化学计算52.3.1 理论空气量的计算52.3.2 理论分子变化系数52.3.3 实际分子变化系数52.4 燃气过程参数的确定与计算52.4.1 压缩始点的气体状态52.4.2 压缩终点气体状态62.3.3 燃烧过程及燃烧终点气体状态62.4.4 膨胀终点气体状态72.4.5排气温度的计算82.3.6示功图的绘制82.5 发动机性能参数92.5.1 平均指示压力92.5.2平均有效压力102.5.3有效功率102.5.4充量系数102.5.5指示热效率102

3、.5.6有效热效率102.5.7燃油消耗率102.4.7发动机总进气量113 .活塞位移、速度、加速度随曲轴转角变化曲线114气缸侧击力、连杆力、曲柄销切向力，径向力、活塞销合力134.1气缸侧击力N134.2连杆力S134.3曲柄销切向力T径向力K134.4活塞销合力P135活塞设计及强度校核165.1活塞销参数的选取165.2活塞销参数的校核165.3活塞参数的选取175.4活塞的校核186.有限元分析196.1实体模型的建立196.2活塞受力分析196.3活塞计算分析226.4活塞销分析236.5活塞销计算分析247.结论248.参考文献25课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结

4、 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动力性能方面：内燃机的功率、转速、使用转速范围、最大转矩及转矩特性应满足汽车或其他工作机械动力性要求，并具有优越的瞬态响应特性。环境方面：有害物的排放和运行噪声要尽可能的低。燃油经济性要求：特别注意在部分负荷特性和低转速下的燃油经济性，以及在瞬态工况下的经济性。为了能够正常工作， 内燃机还必须具备尽可能高的工作可靠性能和足够的使用耐久性能。结构方面，要求结构紧凑、自身的质量要轻、方便发动机的布局。制造工艺性要好，制造成本要尽可能低，努力追求发动机产品的系列化和零部件的通用化。此外，还必须具备良好的起动性能，瞬态响应速度快，运行

5、平顺等使用性能。12选用原则型式：立式、直列、水冷、四冲程。特点：冷却较均匀，热负荷低，充气效率、平均有效压力及升功 率较高。气缸冷却效率高，机油消耗率低。柴油机体积较小，机体刚性好，机油温度低、且使用寿命长。工作过程易于组织，低速性能好，可在较宽广的转速范围内获得良好的性能，燃油消耗课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果率低。燃油喷射系统转速较低，便于设计制造，寿命较长。起动性能较好。但是，冷却系统对环境温度变化适应性较差，且结构复杂，造价高，保养困难。配气机构噪声较高，结构复杂，且制造费用较高。2.标定工况工作过程及热力计算和示功图绘制2.1实际循环热力计算2.1.1热力计算的

6、目的（1）对柴油机的动力性能和经济性能参数起一定的校核作用，供柴油机主要热力参数之间相互关系的简单计算方法。（2）提供在设计阶段零部件强度计算的依据。（3）为柴油机的性能改进提供初步的理论依据。2.1.2热力计算的方法 简单计算法。2.2重要参数选取课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果型式立式、直列、水冷、四冲程缸径行程95105气缸数4压缩比17.5各缸工作顺序1-3-4-2最高燃烧压力bar130额定功率/转速 Kw/rpm66KW/3000r/min曲柄半径mm/连杆长度mm52.5/175大气平均压力kpa98.39大气平均温度k293中冷器后空气温度k318增压器压比2

7、燃烧室型式型燃料低热值KJ/kg42500单缸活塞组质量Kg1.277连杆组质量Kg1.500用途轻型货车2.2.1压缩比课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果选取压缩比为n=17.5:1。n=17.52.2.2过量空气系数选取过量空气系数=1.7。=1.72.2.3扫气系数选取扫气系数为=1.2。=1.22.2.4残余废气系数因为=1.2，所以选取残余废气系数=0。=02.2.5进气温升选取进气温升=10k=10k2.2.6热量利用系数选取热量利用系数=0.82。=0.822.2.7示功图丰满系数 查看柴油机设计手册上第106页，选取=0.92。=0.922.2.8机械效率 查看

8、柴油机设计手册上第107页，选取=0.81。=0.812.2.9平均多变压缩指数 查看柴油机设计手册上第103页，选取=1.35。=1.352.2.10平均多变膨胀指数 查看柴油机设计手册上第104页课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果选取平均多变膨胀指数=1.24。=1.242.3 燃料燃烧化学计算2.3.1 理论空气量的计算1kg燃料完全燃烧理论上所需空气量为 =0.495(kmol/kg) 1kg10号轻柴油完全燃烧理论上所需空气量为14.3kg进气充量公斤摩尔数为 2.3.2 理论分子变化系数2.3.3 实际分子变化系数2.4 燃气过程参数的确定与计算已知增压后进气压力选

9、取进气压力损失所以进气系统压力2.4.1 压缩始点的气体状态课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果压缩始点的温度 =318+10=328K压缩始点的压力 =0.95*0.1938=0.1841MPa2.4.2 压缩终点气体状态压缩终点的压力 压缩终点的温度 :2.3.3 燃烧过程及燃烧终点气体状态压力升高比 取定容燃烧点y的温度： 最高爆发压力 燃料低热值Hu=42500kj/kg=10140kcal/kgHu=10140kcal/kg假定tz=1700 查表3-3得燃烧始点c时空气及废气的平均定压摩尔比热(cp)m=7.264kcal/kgmolC(cp2)m=8.447 kca

10、l/kgmolC则求得 16971700课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果满足如下图3-2所示图形取气缸的工作容积燃烧室容积燃烧终点z的气缸容积所以初期膨胀比=Vz/Vc=0.0795/0.0451=1.763=1.7632.4.4 膨胀终点气体状态膨胀终点压力课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果膨胀终点温度：所以2.4.5排气温度的计算取 查表3-3、3-4得平均定压摩尔比热因为，查表3-3、3-4得平均定压摩尔比热当取，查表3-3、3-4得平均定压摩尔比热 求得=598.123C，与600C接近，所以相符。取2.3.6示功图的绘制 如下图：课 程 设 计 说

11、明 书计 算 及 说 明结 果2.5 发动机性能参数2.5.1 平均指示压力课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果理论平均指示压力：求得=1.7165MPa=1.7165MPa实际平均指示压力：2.5.2平均有效压力2.5.3有效功率2.5.4充量系数=0.9772.5.5指示热效率2.5.6有效热效率2.5.7燃油消耗率有效燃油消耗率课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果2.4.7发动机总进气量空气气体常数增压四冲程柴油机的扫气系数 进气流量3 .活塞位移、速度、加速度随曲轴转角变化曲线 曲柄半径=52.5mm，连杆长度=52.5mm发动机转速n=3000r/min曲

12、轴转速, 连杆比n=3000r/min活塞位移近似式 活塞速度近似式 活塞加速度近似式 可得活塞位移、速度、加速度随曲轴转角变化曲线如下图课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果4气缸侧击力、连杆力、曲柄销切向力，径向力、活塞销合力4.1气缸侧击力N 气体作用力 往复惯性力气缸侧击力4.2连杆力S 4.3曲柄销切向力T径向力K4.4活塞销合力P 活塞销合力、侧击力、连杆力、曲柄销切向力、径向力随曲轴转角的变化曲线。课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果5活塞设计及强度校核5.1活塞销参数的选取d=29mm活塞销外径d=29

13、mm 内径=13mm 长度l=78mm=13mm连杆小头厚度b=35 销座距离=38mml=78mma=58mm b=38mmb=355.2活塞销参数的校核=38mm（1）弯曲变形a=58mmb=38mm 符合要求。课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果（2）椭圆变形 符合要求。（3）纵向弯曲应力 =（4）横向弯曲应力（5）总应力 符合要求。5.3活塞参数的选取H=97mm1.活塞总高度 H=97mm 2.压缩高度 3.裙部长度4.群部高度 5.顶板厚度 =14mm 6.火力岸高度 h=10mm7第一环岸高度 第二环岸高度=14mm 8.活塞环数目： 2个气环，1个油环h=10mm

14、9.环槽尺寸：气环槽 课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果油环槽 选取系数K=0.006，t=3.5mm 10.裙部壁厚 ，取5.4活塞的校核（1）活塞顶: 机械应力 选用铝合金（有筋顶）满足要求。（2）第一环岸弯曲应力剪切应力总应力选用铝合金满足要求。（3）群部比压估算，满足高速柴油机要求。课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果（4）销座比压400 满足要求。综上活塞的参数皆符合要求。6.有限元分析6.1实体模型的建立6.2活塞受力分析6.2.1活塞网格6.2.2以活塞销座内孔为固定面，分别在活塞上施加最大气体作用力，惯性力和侧击力，如下图所示；6.2.3如下为分析

15、结束后的变形图和应力图：6.2.4以活塞顶为固定面，分别施加最大气体作用力、惯性力、侧击力和连杆力，如下图所示：课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果6.2.5如下为分析受力结果：6.3活塞计算分析由以上分析得出：活塞顶最大应力为，最大变形量为0.04mm；第一环岸最大应力为，最大变形量为0.01mm；裙部最大应力为，最大变形量为0.09mm;课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果销座最大平均应力为，最大变形量为0.06mm。以上结果真实可靠，分析结果证明活塞基本满足设计要求。6.4活塞销分析6.4.1活塞销网格6.4.2以活塞销两端为固定面，施加最大的连杆力；6.4.

16、3如下为受力结果：课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果6.5活塞销计算分析活塞销平均最大应力为，最大变心量为所以活塞销分析基本符合设计要求。7.结论本次课程设计要求在三后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。但是通过本次课程设计，学习到了发动机热课 程 设 计 说 明 书计 算 及 说 明结 果力计算、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。8.参考文献1 柴油机设计手册编辑委员会.柴油机设计手册（上册）.北京： 中国农业机械出版社.19842汽车发动机设计；陆际清；清华大学出版社3 互换性与测量技术基础第三版；机械工业出版社20084 周龙保.内燃机学.第二版.北京：机械工业出版社.2005