目录
0前言 ???????????????????????????????????3 1汽油机结构形式的设计 ???????????????????????????3
1.1气缸数和气缸布置的选择 ?????????????????????????3 1.2冷却方式的选择 ????????????????????????????3
2 汽油机结构参数的选择 ??????????????????????????4
2.1缸径的确定 ??????????????????????????????????4 2.2行程缸径比S/D的选取 ?????????????????????????????5 2.3转速n的确定 ?????????????????????????????????5 2.4汽缸工作容积与升功率 ?????????????????????????????5 2.5曲柄半径与连杆长度之比λ的选取 ????????????????????????5 2.6 缸心距的确定 ????????????????????????????????5 2.7压缩比、燃烧室容积及总容积 ??????????????????????????5
3热力学计算 ????????????????????????????????6 3.1作出P-V图 ??????????????????????????????????6 3.1.1压缩过程 ??????????????????????????????????6 3.1.2膨胀过程 ??????????????????????????????????6 3.1.3 P-V图的绘制 ????????????????????????????????7 4运动学计算 ????????????????????????????????9 5动力学计算 ???????????????????????????????11
5.1曲柄连杆机构的动力分析 ???????????????????????????11 5.1.1沿气缸中心线的总作用力 ??????????????????????????12 5.1.2 P力的传递与分解 ??????????????????????????????13
6活塞设计 ????????????????????????????????15
6.1活塞的材料 ??????????????????????????????????16 6.2活塞主要尺寸设计 ???????????????????????????????16 6.2.1活塞高度 ????????????????????????????????16 6.2.2压缩高度 ??????????????????????????????16 6.2.3火力岸高度 ????????????????????????????????16 6.2.4环带高度 ??????????????????????????????16 6.2.5活塞顶部厚度 ???????????????????????????????17
0
6.3活塞裙部及其侧表面形状的设计 ??????????????????????????17 6.3.1裙部椭圆 ?????????????????????????????????17 6.3.2配缸间隙 ?????????????????????????????????17 6.4活塞头的质量计算 ????????????????????????????????17
7活塞销的设计???????????????????????????????18
7.1活塞销的材料 ??????????????????????????????????18 7.2活塞销与销座的结构设计 ?????????????????????????????18 7.3活塞销与销座的配合 ???????????????????????????????18 7.4活塞销质量 ???????????????????????????????????18 7.5活塞销刚度和强度的校核 ?????????????????????????????19
8活塞环设计????????????????????????????????20
8.1活塞的密封机理 ?????????????????????????????????20 8.2气环的设计 ???????????????????????????????????20 8.3油环的设计 ???????????????????????????????????20 8.4强度校核 ????????????????????????????????????20
10小结 ??????????????????????????????????20 参考文献 ?????????????????????????????????21 附表1 ??????????????????????????????????22 附表2 ??????????????????????????????????23 附表3 ??????????????????????????????????25 附表4 ??????????????????????????????????27 附表5 ??????????????????????????????????30
1
2.0L四行程汽油机活塞组设计
0前言
这学期学院为我们专业开始了《汽车发动机设计》，为期3周。
汽车工程学院针对我们热能与动力工程专业特别开设的专业课设计《汽车发动机设计》是非常必要的，这是因为发动机是汽车的心脏，汽车的行使速度、加速性、爬坡度、牵引力决定于发动机；汽车常见故障大部分来源于发动机；汽车的然有经济性和经常费用也主要决定于发动机。为了实现汽车的设计目标，根据发动机的重要性，汽车方案设计对发动机的型式和主要参数、指标是作了规定的。所以发动机设计是一个重要的阶段，其中包括结构空间、总质量、功率、环境保护、生产成本、使用成本等指标。通过这次我们亲身的设计实践，让我们对这些专业课的基础知识和基本理论能有进一步的理解和掌握，使我们在分析、计算、设计、绘图、运用各种标准和规范、查阅各种设计手册与资料以及计算机应用能力等各个方面得到进一步的提高，能够全面地检验并巩固我们以前所学的专业课知识，并通过结合实际情况，让我们能从一个全新的角度重新学习、认识以前学过的专业课知识。除此之外，此次课程设计还为我们下学期的毕业设计奠定了坚实的基础，为我们将来走上工作岗位埋下了铺路石。
我们要充分利用这次课程设计的机会，了解国内外发动机的发展现状，并尽可能发挥我们的能力，保质保量地完成此次课程设计。本设计主要工作任务是四行程汽油机活塞组的设计。
1汽油机结构形式的设计
1．1汽缸数和气缸布置的选择 直列4缸
内燃机的气缸数和气缸布置方式，对其结构紧凑性、外形尺寸比例、平稳性及制造使用成本都有很大影响。目前小轿车各轻型车除最小排量的车型用2缸或3缸外，绝大多数用4缸机，少数高级轿车用6缸机或八缸机。
至于气缸布置，不超过6缸的内燃机绝大数是单列的，单列式发动机结构简单，工作简单，
2
成材本低，使用维修方便，能满足一般要求，而且以各气缸线所在平面与地面垂直居多。 结合国内制造使用成本，生产条件及运转平衡性等，初步选用直列4缸机。 目前汽车发动机多采用直列4缸、6缸和V型8缸的结构。
根据现有的国产汽油发动机的功率和汽缸数目的匹配关系，设计2.0升的汽油发动机，所要匹配的汽缸数目定为直列4缸机。
1.2冷却方式
水冷
常用的冷却方式有水冷和风冷两种，水冷式发动机由于冷却较好而且均匀，强化的潜力要比风冷式发动机大，因此在汽车发动机上至今大多数还是水冷式发动机。参考文献[5]在条件相同时，主要由于充量系数的差别，水冷机比风泠机高5%～10%。此外风冷发动机功率和燃料消耗受气温变化影响较大，不如水冷发动机指标稳定。综合以上各因素，本设计冷却方式选用水冷方式。
2．汽油机结构参数的选取
2．1汽缸直径的确定
根据设计任务书所提供的设计条件： 所要设计的汽油发动机的排量为2.0L 平均有效压力： p?0.8~1.2Mpa
Cm?18m活塞平均速度： s根据内燃机学的基本计算公式：
pem*Vs*i*n?????(1)30?S*nvm??????????(2)30Pe?Vs?
其中Pe ——为发动机的有效功率，
pem——为发动机的平均有效压力，依题为0.8~1.2Mpa
Vs ——为汽缸的工作容积，依题为0.5L
3
?4D2*S???????(3) i ——为发动机的汽缸数目 ，依题为为4 n ——为发动机的转速
vm——为活塞的平均速度，依题为? 18 m S——为发动机活塞的行程 D——为发动机汽缸直径
?——为发动机的行程数，依题为4 根据以上的条件代入公式（1），（2），（3）得：
s0.8*70??4*D2*S*4*30*430*CmS计算化简后取D=70mm S=80mm
带回原式可以确定n=5500 r/min所以基本参数得以确定。
2．2缸径行程比S/D
汽油机S/D的取值范围为0.8-1.2 S/D=80÷70=1.14
2．3转速n的确定
根据《内燃机设计》（杨连生）P2，汽油机转速在2500-6000r/min之间 取n=5000r/min
s*nvm??13.3m/s活塞速度
30符合活塞速度小于18m/s的要求
2．4汽缸工作容积与升功率
4
由于平均有效压力Pme范围在0.8MPa—1.2Mpa,取Pme=0.9 MPa .得
p*Vs*n*iPe=1/30me=68Kw
?气缸工作容积Vs=气缸工作容积Vs=
?D2S?0.307L?D2S4?0.307L
2.5
升功率PL=Pme*n/30?=31.6KW/L
曲柄半径与连杆长度之比λ的选取
于λ=r/l的范围在1/3～1/4之间，选取λ=0.3。又因曲柄半径r=39mm所以连杆长度为L=r/λ=39/0.3=130mm
4