2022年柴油机动力计算及连杆组设计方案 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 1 前言 . .2 名师归纳总结 - - - - - - -2 结构参数运算 . 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 . . . . 2 3 动力学运算 . .5 4 连杆的设计 . . .9 4.1 连杆主要尺寸设计 . . 9 4.1.1连杆长度的确定 . . . 9 4.1.2连杆小头尺寸的确定 . . . 9 4.1.3连杆大头尺寸的确 . . 10 4.2 连杆强度的运算 . 10 4.2.1 连杆小头强度的运算 . 10 4.2.2 连杆大头的强度运算 . 13 5 小结 .

2、. . .14 6 参考文献 . . . .15 第 1 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 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

3、课程设计的机会,仔细对待,做好充分的预备 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/s ,保证高质量的去完成,这名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 9 8 7 6 5 4 3 2 101 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192022222324252627282930313233343536373839404142434445464748492.2 发动机结构形式发动机功率为41.695KW,参考袁

4、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=1 Pe =0.0785pem VmzD2=.007851 . 06447 . 880241.695Kw 4D=80mm 就 S=80mm S与 D均取整 2就气缸工作容积 V= D S 0 . 40192 L4n= 30 C m =3000 r/min S角速度度 = n =3.14 3000/30=314rad/s 30S/2=40mm 3 动力学运算由曲柄连杆机构的受力分析运算：名师归纳总结 P=Pg+Pj=Pg-mjr2

5、cos+ cos2 =Pg-mjj （mj 为机构往复惯性质量）第 3 页,共 13 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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+0.21491.05kg 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,Pn=P*tgP Pl= cosk= Pl cos+ =pcoscostPsincosP8 7 6 5 4 3 P 2 1 0-1 1 4 7 10131619

6、222528313437404346495255586164677073-2名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - Pn0.60.50.40.30.2 0.1Pn0-0.10100200300390490590690-0.2-0.3P18 7 6 54 3 P12 10-110110210310400500600700-2k87 65 4 3 k 21 0-10100200300390490590690-2名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - t

7、 2.5 2 1.51 0.5t0-0.50100200300390490590690-14 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；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 45 钢模锻,在机械加工前应经调制质处理,以得到较

8、高的综合机械性能,质中碳结构钢 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=120mm名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4.1.2 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

9、计汽油机的连杆材料选取为 45 钢,密度=7.85g/cm3. d 1 /D=0.25 0.3 ,取连杆小 头的内 径, 参考袁 兆成版 内 燃 机设计 设计 ,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=1.25d 1=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 d1=

10、26.4mm 4.1.3 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,D2/D=0.

11、60 0.68 , 取 D2 =0.63D=50.4mm 名师归纳总结 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 2 =0.35 0.4 ,取 H3 =0.38D高度 H3,参考袁兆成版内燃机设计设计,H3 / D 第 7 页,共 13 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2=19.15mm 高度 H4 ,参考袁兆成版内燃机设计设计,H4/ D2 =0.38 0.44 ,取 H4=0.4D2=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

12、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,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ptd2-d12d12 D 1-d21式中ED2 1d2Ed2

13、d2 1d 小头外径,为30mm；d 小头内径,为 24mm；5 0 衬套材料的线膨胀系数,对于青铜,可取 =1.8 10 1/ c ；0 连杆小头材料的线膨胀系数,对于钢可取 =1.0 10 5（1/ c ）； , 泊桑比,一般可取 = =0.3 ；5E连杆小头材料的弹性模数对于刚,E=2.2 10 N/mm 1 1 5E 衬套材料的弹性模数,对于青铜,E =1.15 10 N/mm 运算得 t 0.065mm；运算可得：p 22 . 51 Mpa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名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 13 页精选学习资料 - -

14、- - - - - - - 内表面 i=2 D 1-2 d 1p=102.5 N/mm 2 D 1 2d 1 2外表面2 2 d 1p=80.03 N/mm 2aD 1 2d 1 2经检验小于 100-150 N/mm 2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： Pjmax1mR215638 . 93N当发动机处于起动工况时 Pjmax2mR2156 . 32N45 . 38 Nm84mm固定角90arccosH m2124. 94D 1/2rd14d22243113. 18mm在0 的截面上N1Pmax0.5720 . 00083215.64NjMPmaxr.000

15、0330 . 0297 =2.47Nmj运算截面拉伸力引起的法向力和弯矩为：NNcos.0 5 P jmaxsincos2086 .02 NMMNr 1cos0 5. P jmaxrsincos小头壁厚为hd24d 121. mm；b 126 mmKEFEF0 .EF由拉伸作用在外表上产生的应力为：名师归纳总结 aj2M6rhKN118 . 478 Mpa第 9 页,共 13 页h 2rh b 1h取点火提前角为：15- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 连杆小头的合力为：P ap zmaxpD2mR2coscos228258 N4运算截面中由压缩力引起的

16、法向力和弯矩：N 1P aNsinsin1cos10925 . 8 0 . 00050 . 002 m1192 . 73 NP a2M1P arMrN 1cossin1cosP aP a2 =10925 . 80 . 010625 0 . 000130 . 00051 . 25880 . 002 =101.04N2 M16 rhKN11=24 .649 Mpaa1h 2 rh b 1h不对称循环的最大与最小应力为：maxaj98 . 51 Mpaamina155 . 38 Mpaa平均应力及应力幅：mmaxmina76. 9476Mpa2amaxmin21. 5636Mpa2又由 n1zma1

17、材料在对称循环下的拉压疲惫极限,取 1=200Mpaa 应力幅；m 平均应力；名师归纳总结 a 考虑表面加工情形的工艺系数,其值在0.40.6 之间,取0 4.第 10 页,共 13 页aa 角系数,a211 6. 10 材料在对称循环下的弯曲疲惫极限,对于钢,01 4.- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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： PjmaxGG2r 1G 2gG 32r10218 . 54g式中 G 、 G 、G 、G 分别是活塞组、连杆组往复部分、连杆旋转部分及连杆大

18、头下半部分的重量；取 40就弯曲应力为：PjmaxZ0 . 023 l1JF.0 45 0.1093 m算可得 1J/F18346.3N式中 Z 运算断面的抗弯曲断面模数,取Z1l 运算圆环的曲率半径,运算可得1l17mm2.0 00176 mF 、 F 大头及轴承中心截面面积,计FF查袁兆成内燃机设计 的值在 1500020000N m 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

19、,深切体会到课程设计并非以前所想像的那样纸上谈兵；全部理名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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, 2022；2 杨建华 内燃机性能提高机械工业出版社； 1997；名师归纳总结 3 袁兆成 内燃机设计机械工业出版社, 2022；第 12 页,共 13 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 13 页