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15kW四冲程汽油机活塞组设计 课程设计说明书.doc

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课程内容设计 课程内容设计设计任务书 学员名字: 技术专业班集体: 具体指导老师: 所在单位: 题 目 : 10 kW 四冲程汽油机活塞组设计 初始条件: 1 、均值有 效工作压力: 0.8~1.2MPa 2 、活塞平均速率: <18m/s 规定进行的关键每日任务 : cad零件图设计。 零件图设计。 使用说明 1 份。 日程安排: 常见问题: 课程内容设计期内务必严格执行院校的作息时间表。 具体指导老师每日训话。 学员每日的每日任务务必进行,具体指导教 师做好相对的进展纪录。 具体指导老师签字: 20 13 年 11 月 14 日 教务长(或义务老师)签字: 2013 年 11 月 14 日 文件目录 序言 2 1 汽油机结构形式的设计 2 1.1 汽缸数和汽缸布局的挑选 2 1 。

2 制冷方法 2 2 汽油机构造主要参数的选择 2 2.1 气缸直徑的明确 2 2.2 缸径行程安排比 S/D 3 2.3 转速比 n 的明确 3 依据公式计算( 2 )必得 n=6553r/min, 取 n=6500r/min 3 2.4 气缸工作中容量与耗油率 3 2.5 齿轮半经与曲轴长短之比λ的选择 4 2.6 发动机压缩比与发动机燃烧室容量 Vc, 总容量 Va 4 3 热学测算 4 3.1 点燃过程 数学分析模型 4 3.1.1 隔热缩小起始点 4 3.1.2 隔热缩小过程 5 3.1.3 定容增加过程 5 3.1.4 绝热变形过程 5 3.2 绘图 P V 图 5 3.2.1 绘图基础理论 P V 图 5 3.3 热学均值合理工作压力校对 6 由热学计算所绘图的示功图为基础理论循环系统的示功图。

其排成的总面积表明的是汽油机所做的标示功 标值由对示功图積分后求取的总面积来表明 6 4 动力学测算 7 4.1 活塞偏移 7 4.2 活塞加速度 8 4.3 活塞的瞬时速度、较大 瞬时速度 9 5 结构力学测算 9 5.1 空气压力:由 P ~ V 图转换为 P ~α图 9 5.2 往复式惯性力矩 10 5.3 旋 转往复式惯性力矩 11 5.4 协力的测算 11 6 活塞设计 14 6.1 活塞的原材料 14 6.2 活塞关键规格设计 15 6.2.1 活塞高宽比 H 15 6.2.2 缩小高宽比 H1 15 6.2.3 火力点岸高宽比 h 15 6.2.4 环带高宽比 15 6.2.5 活塞顶端薄厚δ 15 6.2.6 活塞外壁薄厚及內部衔接圆弧 15 6。

2.7 活塞销座间隔 16 6.3 活塞轴颈以及侧表层样子的设计 16 6.3.1 轴颈椭圆形 17 6.3.2 配缸空隙 17 6.4 活塞头的品质测算 17 17 7 活塞销的设计 18 7.1 活塞销的原材料 18 7.2 活塞销与销座的构造设计 18 7.3 活塞销与销座的相互配合 18 7.4 活塞销品质 m3 19 7.5 活塞销弯曲刚度和抗压强度的校对 19 8 活塞环设计 20 8.1 活塞环的密封性原理 20 8.2 气环的设计 21 8.2.1 气环的横断面样子 21 8.2.2 气环的规格主要参数 22 8.2.3 活塞环的原材料 22 8.3 气环的设计 22 8.4 活塞环刚度计算 23 总结 23 论文参考文献 24 9 附则 24 15KW 四行程安排汽油机活塞组设计 序言 这学年大家技术专业学了《发动机设计》这门最重要的专业科目之一。

为了更好地推进和提升,大家又进行了历时 3 周的《发动机设计》的课程内容设计。我们要灵活运用此次课程内容设计的机遇,掌握世界各国汽车发动机的发展趋势现况,并尽量充分发挥大家的工作能力,保证质量地进行本次课程内容设计。 本设计关键工作目标是 15KW 四行程安排汽油机 活塞组 的设计 。 1 汽油机结构形式的设计 1.1 汽缸数和汽缸布局的挑选 汽车发动机的汽缸数关键在于排气量,依据每日任务是,大家所设计的发动机排量在 15KW 上下,并且现阶段汽车发动机的耗油率在 3 5 — 70 上下,由于设计方式不成熟,取较小值,故排气量基本估计在 0.3L 上下,为排量小。排量小的汽车发动机的汽缸数用 1 — 4 缸。由于输出功率小,排气量小,为了更好地确保最终测算的耗油率切合实际。

汽缸数取低限。即选用双缸。选用直列式。 1.2 制冷方法 水冷散热 常见的制冷方法有水冷和风冷二种,水冷器汽车发动机因为制冷不错并且匀称,加强的发展潜力要比风冷汽车发动机大,因而在发动机上迄今大部分還是水冷器汽车发动机。 论文参考文献 [5] 在标准同样时,关键因为充量指数的区别,冷水机比风泠机高 5% ~ 10% 。除此之外风冷发动机排量和然料耗费受温度转变危害很大, 比不上水冷散热汽车发动机指标值平稳。综合性之上各要素,本设计制冷方法采用水冷散热方法。 2 汽油机构造主要参数的选择 2.1 气缸直徑的明确 设计设计任务书所出示的设计标准: 最大功率: 均值合理工作压力: p=0.8~1.2Mpa 活塞平均速率: v<18m/s 依据内燃机学的基础计算方法: 在其中 ——为汽车发动机的合理输出功率。

——为汽车发动机的均值合理工作压力,依名为 ,取 ——为汽缸工作中容量 ——为汽车发动机的气缸数量 ,依名为为 2 ——为汽车发动机的转速比 ——为活塞的平均速率,依名为 ,取 =12m/s ——为汽车发动机活塞的行程安排 ——为汽车发动机气缸直徑 ——为汽车发动机的行程安排数,依 名为 4 依据之上标准带入公式计算 算得 D=56mm 2.2 缸径行程安排比 S/D 现阶段 S/D 范畴为 0.8~1.2 基本取 S/D=1. 故 S=D=56mm 。 2.3 转速比 n 的明确 依据公式计算( 2 )必得 n=6553r/min, 取 n=6500r/min 2.4 气缸工作中容量与耗油率 汽缸工作中容量 =0.138L 。 耗油率 2.5 齿轮半经与曲轴长短之比λ的选择 因为λ =r/l 的范畴在 0。

25 0.33 中间。挑选曲柄连杆组织为管理中心曲柄连杆组织,因齿轮半经 r=28mm ,取 ,则 曲轴长短为 L=r/ λ =28/0.3=94mm 。 2.6 发动机压缩比与发动机燃烧室容量 Vc, 总容量 Va 发动机压缩比范畴 为 7 12 ,依据《内燃机学》(周保龙) P308 ,受燃爆限定,汽油机发动机压缩比不超过 14 ,取 ε =9 则发动机燃烧室容量 Vc=Vs/(10 1)=0.0153 L, 气缸总容量 Va=Vc Vs= 0.1533 L 。 3 热学测算 3.1 点燃过程 数学课模 型 依据设计设计任务书的规定,设计的为 15KW 四行程安排的发动机,将其具体循环系统简单化为等容加温循环系统,这一循环系统过程称之为发动机的基础理论循环系统。

汽车发动机的基础理论循环系统是将比较复杂的具体工作中过程多方面简单化,忽视一些要素,便于于作简单的定量分析解决。根据对基础理论循环系统的科学研究,能够 清晰的明确危害特性的 一 些关键要素,进而寻找提升汽车发动机特性的基础方式。非常简单的基础理论循环系统是气体规范循环系统,简单化的标准为: 假定蒸汽参数是理想气体,其物理常数与标准状况下的气体物理常数同样。 假定蒸汽参数是在闭口粉刺系统软件中作封闭式循环系统。 假定蒸汽参数的缩小及澎涨是隔热等熵过程。 假定点燃时外部无数高溫热原定容或均匀向蒸汽参数加温。蒸汽参数放热反应为定容放热反应。 依据汽油机的混合气体点燃快速,类似为定容加温循环系统。 隔热缩小起始点 选择压缩冲程的下止点(设为 A 点)时的汽体主要参数 在其中 为空气的工作压力, =1.03 × 10 5 pa 。

指数取名为 0.8 ,得: , 隔热缩小 过程 选择压缩冲程终点站(设为 B 点),从 A 点至 B 点的缩小过程当作是变化多端的缩小过程,变化多端指数值取名为 依据变化多端过程的热学计算方法 = 参量和 A 点的汽体情况,能够 测算出从 A 点至 B 点的缩小过程中每个点的状态参数。历经测算后获得 B 点的状态参数: 。 。 定容增加过程 选择定容增加的终点站(设为 C 点),从 B 点至 C 点看做为定 容缩小过程。论文参考文献 [2] ,得知汽油机工作压力上升比 取 ,则 C 点的状态参数: 绝热变形过程 选择澎涨过程的终点站(设为 D 点),从 C 点至 D 点能够 当作是变化多端的澎涨过程,论文参考文献 [2] ,汽油机澎涨过程绝热指数取 。

则 D 点的状态参数: 3.2 绘图 P V 图 绘图基础理论 P V 图 依据流程 3.1 能够 绘图基础理论 P V 图,基础理论 P V 图如图所示 1 : 图 1 基础理论 P V 图 绘图调节 P V 图 调节的 P V 图 : 由于具体过程非常复杂,因此在获得的 P ~ V , P ~ φ 图上要调整获得,最大工作压力没有下止点,也有点火提前角,排气管提早角的调整,显而易见具体的初始条件是 不太可能获得的,因此只有做一些适度的调整。 调节后的 P V 图见图 2 : 图 2 :调节后的 P V 图 3.3 热学均值合理工作压力校对 由热学计算所绘图的示功图为基础理论循环系统的示功图,其排成的总面积表明的是汽油机所做的标示功 标值由对示功图積分后求取的总面积来表明 在其中 Va=153ML。

Pa=0.081M p a Vb=15.3ML ,Pb=1.83M p a Vc=Vb=15.3ML,Pc=12.69MPa Vd=Va=153ML,Pd=0.635M p a 历经测算后得: W i =287.4J 因此汽油机的均值合理工作压力: 在其中 ——为汽油机的机械能, 。 所给出的結果达到设计规定( Pme = 0 . 8 ~ 1 . 2 , Pe = 10 kw ) , 因此校对达标。 4 动力学测算 4.1 活塞偏移 依据活塞的运动规律,测算出活塞的部位随曲轴转角的变化趋势: 在其中 ——为齿轮半经和曲轴长短的比,依据设计书的规定,取 =0.3 ——为曲轴半经, 依据运动规律绘图活塞偏移随曲轴转角关系网见图 3 : 图 3 活塞偏移随曲轴转角关联 4。

2 活塞加速度 依据活塞的偏移规律性,对曲轴转角 求倒获得活塞的加速度 V 随曲轴转角 的变化趋势: 又由于 ,因此 取 n=6500r/min ,测算数据信息见附则,绘图的图见图 4 : 图 4 活塞速率随曲轴转角关联 4.3 活塞的瞬时速度、较大 瞬时速度 依据活塞的加速度规律性,对曲轴转角 求倒获得活塞的瞬时速度 V 随曲轴转角 的变化趋势: , 取 n=6500r/min ,测算数据信息见附则,绘图的图见图 5 : 图 5 活塞瞬时速度与曲轴转角关联 5 结构力学测算 5.1 空气压力:由 P ~ V 图转换为 P ~α图 伴随着曲轴转角的转变,主缸的空气压力也会随着产生变化。将热学测算中的 图转换为 图。

即汽缸内空气压力随曲轴转角的变化趋势。 0~180 数为进气口行程安排,气缸内的空气压力在基础理论循环系统下基础能够 觉得是一稳定值且低于大气压强; 180~360 数为多边合作缩小行程安排,气缸内的空气压力可由隔热方 程求出; 360~540 数为变化多端的澎涨过程,气缸内的空气压力可由绝热方程求出; 540~720 数为排气管行程安排,能够 觉得气缸内的空气压力是匀称降低至 。因为已经知道了曲轴转角α和活塞偏移 X 的表达式,又因 ,则能够 在 EXCEL 报表中,求取下相对转角α时相匹配汽缸容量 V 。每过 5 °求( p , V )。下边整理出来了一部分转角α下工作压力 p 的数据信息: 运用上边求得出的数据信息,作出 p ~α图。如图所示 6 : 图 6 : p ~α图 5。

2 往复式惯性力矩 剖析组织的惯性力矩时,一般将持续遍布品质的具体活塞曲柄连杆组织离散变量成用反复运动品质的动力学模型等效电路剂量系统软件来剖析 ,往复式惯性力矩的造成是因为活塞和曲轴短头的品质在活塞加速度的不匀称标准下造成的。往复式惯性力矩的尺寸不但与活塞和曲轴短头的往复式惯性质量相关,还与活塞的瞬时加速度相关。其瞬时速度早已在动力学中测算结束,往复式惯性质量 , 在其中 ——为活塞组的品质 ——测算横断面之上那一部分曲轴反复运动品质。 活塞的品质在估计时,将活塞作为厚壁圆桶解决。 活塞 在其中 D ——为活塞的直径, D=56mm t —— 为活塞的薄厚, t=6毫米 H ——为活塞的高宽比, H=(0.8~1.0)D ,取 H=50毫米 ——为活塞的相对密度。

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