武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计
目录
0 前言·······························2 1柴油机的机构参数··························2 1.1初始条件·····························2 1.2发动机类型···························2 1.2.1冲程数的选择························2 1.2.2冷却方式······························2 1.2.3汽缸数与气缸布置方式·······················2 1.3基本参数·····························2 1.3.1平均有效压力的确定···························2
1.3.2行程缸径比的选择···························2 1.3.3气缸工作容积及缸径的选择·····················2 2热力学计算······························2 2.1热力循环基本参数的确定·························3 2.2个过程的热力学计算··························3 2.3示功图的绘制····························4 2.4示功图的调整·····························5 2.5有效功及有效压力的求解·····················5 3运动学计算······························6 3.1曲柄连杆机构的类型··························6 3.2活塞运动规律······························6 3.4连杆运动规律······························7 4动力学计算·····························8 4.1质量转换······························8 4.2作用在活塞上的力····························8
4.2.1气体作用力····························9 4.2.2往复惯性力······························9 4.2.3旋转惯性力······························11 5连杆零件的机构设计······························12 5.1连杆长度确定·······························13 5.2连杆小头尺寸确定·····························13 5.3连杆大头尺寸确定·······························13 6连杆强度校核·······························14 6.1连杆小头·······························14 6.2连杆大头·······························16 7小结·······························17 8参考文献······························17 9附录附表······························17
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140KW四冲程柴油机连杆组设计
0 前言
转眼大四上学期就要结束了，刚刚学习完发动机设计就迎来本次发动机设计课程设计，作为热动专业发动机设计是核心课程，这次设计时间为期三周，任务量也比较多，这次由我们班主任带领我们做柴油机发动机设计，我相信通过我们的努力和老师悉心的指导，我们一定能圆满完成此次课程设计。
1柴油机的结构参数
1.1 初始条件
额定功率：P=140kW
平均有效压力；Pme=0.8~1.6Mpa
活塞平均速度：Vm＜18m/s 1.2发动机类型 1.2.1 冲程数的选择
选择冲程数为四冲程，即 τ=4 1.2.2 冷却方式 水冷
1.3 基本参数
1.3.1 平均有效压力Pme，初步选定增加发动机，Pme=0.8～1.6Mpa，初选Pme=1.3 1.3.2 行程缸径比S/D的选择
根据参考文献【内燃机学】得相应柴油机的行程缸径比在1.0至1.3之间。初步选择行程缸径比为1.3，即S/D=1.3。 1.3.3 气缸工作容积Vs，缸径D的选择 根据内燃机学的基本计算公式：
Pe?pme?Vs?i?nS?nπVm?VS?D2?S30，430τ，
上面3式中
Pe 发动机的有效功率，依题意为140KW Pme 发动机的平均有效压力，据1.3.1为1.3 VS 气缸的工作容积，1.2L I 发动机的气缸数目，数目为4
n 发动机的转速,n=2700r/min Vm 活塞的平均速度，Vm=10.98m/s
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S 发动机活塞的行程，S=122mm D 发动机气缸直径，D=102mm τ 发动机的行程数，为4
2热力学计算
在本设计过程中，先确定热力循环基本参数然后对压缩膨胀过程进行计算，绘制p-v图并校核，为了建立内燃机理论循环需对内燃机的实际循环作以下简化和假设，○1假设工质是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同。○2忽略发动机进排气过程，将实际的闭口循环。○3假设工质的压缩及膨胀是可逆变过程。○4假设燃烧过程为等容，等压，混合加热过程，工质放热为定容放热。 2.1热力学循环基本参数的确定 根据【内燃机原理】
压缩过程多变指数 n1=1.33～1.37，初步取n1=1.37 膨胀过程绝热指数 n2=1.22～1.30，初步取n2=1.30 增压高速柴油机压缩比?=16~18，取?=16， 压力升高比?=1.3~2.0，取?=1.5 燃料低热值Hu=42286.68kJ/kg
?是热量利用系数，高速柴油机范围0.68~0.85，在这里取0.75； 环境压力
p0=0.1013MPa；
环境温度T0=293K；
燃烧过量空气系数 ?=1.7~2.2，取?=1.8； 取扫气系数?s=1.15＞1.1 则残余废气系数?=0； 残余废气温度
Tr=900K.
??T??1??r 2.2 各过程的热力学的计算 压缩始点气体温度Ta 压缩始点压力：
T?srTr=332+5=337k
pa?0.16p0?0.16MPa；
压缩始点体积：Va?Vs?1.2L； 压缩终点压力：
pc?p*?n?0.16*181.37?8.39MPa；
1a压缩终点温度：Tc?Ta*?(n1?1)?337*18(1.37-1)?981.9K； 压缩终点容积：Vc?
?0.0012?7*10?5 ??118?1hV3
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压力升高比?=1.4，Pz??*Pc?1.4*6.571?9.86MPa; 定容燃烧终点温度Ty??*Tc?1.4*854.76?1196.66K 燃烧方程式：
?*Hu?tc[(?*cv1)?1.986?]?542(???d)??d*tz[(?*cv2)?1.986]
mmM1*(1??r)进气实际空气量M1??*L0?1.8*0.495?0.8928kmol/kg，
HO0.130.01??432432?1.037； ?1?理论分子变更系数?0=1??*L01.8*0.496???实际分子变更系数?d?0r?1.037；
1??r tz?(?*cp2)m{?*Hu ?[(?*cp)m?1.986(??1)]Tc?524(???d)}=2134℃
M1*(1??r)121347*10?5TzVc*?1.037**?1.42*10?4m3 Vz??d*981.91.4Tc?Vz1.42*10?4??1.775 初期膨胀比???5Vc8*10?n21.775Vzn2膨胀终点压力：pb?pz()?pz()?9.86*()?18VbV膨胀终点温度：Tb?Tz(z)Vb膨胀终点容积：Vb?Vz*2.3 P-V图的绘制
n2?121.30?0.485MPa；
1.30?1?n?11.775?Tz()?2134*(?1065.05K )?18??1.42*10?3m3 ? 压缩始点的压强pa?0.8~0.9p0，外界p0=0.1013MPa，选取一个
pa=0.0962MPa，压缩过程近似看成可以多变过程，且pVn?const，利用前面计算的数据在EXCLE中绘制出压缩过程线。膨胀过程类似压缩过程，绘制出膨胀线。最后接膨胀终点和压缩始点。得出理论p?V图1。相关数据减附录1。
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图1. P/MPa
V/L 2.4 P-V图的调整
实际的P-V图合与其还有一些差别，在发动机中为了使其动力性，经济性达到最优，采取了点火提前，主要是配气的原因，对上图做出调整，调整之后的P-V图2如下。
图2. P/MPa
V/L 2.5 有效功及有效压力的求解
由热力学计算绘制的示功图作为理论循环的示功图，其围成的面积表示的是柴油机所做的指示功Wi其对应值由对示功图积分后求得的面积表示：
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