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140KW四行程柴油机连杆设计武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计目录0 前言 21 柴油机的机构参数 21.1 初始条件 21.2 发动机类型 21.2.1 冲程数的选择 21.2.2 冷却方式 21.2.3 汽缸数与气缸布置方式 21.3 基本参数 21.3.1 平均有效压力的确定 21.3.2 行程缸径比的选择 21.3.3 气缸工作容积及缸径的选择 22 热力学计算 22.1 热力循环基本参数的确定 32.2 个过程的热力学计算 32.3 示功图的绘制 42.4 示功图的调整 52.5 有效功及有效压力的求解 53 运动学计算 63.1 曲柄连杆机构的类型 63.2 活塞运动规律 63.4 连杆运动规律 74 动力学计算 84.1 质量转换 84.2 作用在活塞上的力 84.2.1 气体作用力 94.2.2 往复惯性力 94.2.3 旋转惯性力 115 连杆零件的机构设计 125.1 连杆长度确定 135.2 连杆小头尺寸确定 135.3 连杆大头尺寸确定 136 连杆强度校核 146.1 连杆小头 146.2 连杆大头 167 小结 178 参考文献 179 附录附表 17280 前言140KW 四冲程柴油机连杆组设计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：1.2 发动机类型Vm ＜18m/s1.2.1 冲程数的选择选择冲程数为四冲程，即 τ=41.2.2 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 =1.31.3.2 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：Ppme Vs i neS n π 2Vm VS D S30τ上面 3 式中， 30 ， 4Pe 发动机的有效功率，依题意为 140KWPme发动机的平均有效压力，据 1.3.1 为 1.3VS 气缸的工作容积， 1.2LI 发动机的气缸数目，数目为 4 n 发动机的转速 ,n=2700r/minVm 活塞的平均速度， Vm =10.98m/sS 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 42 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n 1 =1.33 ～1.37 ，初步取n 1 =1.37膨胀过程绝热指数n 2 =1.22 ～1.30 ，初步取n 2 =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 T 0 =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 T r =900K.2.2 各过程的热力学的计算压缩始点气体温度 T aT s T 1r T rr=332+5=337k压缩始点压力： pa0.1 6p00.1 6MPa ；压缩始点体积： V a V s1.2 L；压缩终点压力： pcpa *n1 0.16 * 181.378.39 MPa ；压缩终点温度：Tc Ta *( n1 1)337 * 18(1 .37 - 1)981.9K ；压缩终点容积：V h 0.00127 * 10 5V c压力升高比 =1.4， Pz1 18* Pc11.4 *6.5719.86 MPa;定容燃烧终点温度 T y燃烧方程式：* Tc1.4 * 854.761196.66 K* Hu[( * c )1.986 ]542() * t [ ( * c )1.986])M 1* (1 r tcv1 md d zv2 m进气实际空气量 M 1* L 01.8 *0.4950.8928kmol/kg，理论分子变更系数 0 =1H O4 32* L 00.131 41.8*0.01320.4961.037 ；实际分子变更系数 d0 r 1.037 ；1 r( * c ) {* Hu[( * c )1.986(1)]524()} =2134℃t z p2 mM 1* (1 r )p1 mT c dV z d* T z * V c T c1.037 *2134981.9* 7 * 10 51.41.42 * 104 m3初期膨胀比V z 1.42 * 10 4V c 8 * 10 51.775V n2 n 2z1. 30膨胀终点压力： pbpz ( )V bpz ( )9.86 *(1.775 )180.485 MPa ；膨胀终点温度： Tbn 12zT z (V )T z (n2 1)1. 30 12134* 1.775( )1065.05 KVb 18膨胀终点容积： V bV z *1.42 * 10 3 3m2.3 P-V 图的绘制压 缩 始 点 的 压 强 pa0.8 ~0.9 p 0， 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pV nconst，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图 1.P/MPaV/L2.4 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/MPaV/L2.5 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 W i 其对应值由对示功图积分后求得的面积表示：i p * ( zV bz) p *1. 3 *1.3 dV ax p *1.37 *x 1.37 d xW z V Vb V b V xV zV a V a V VV z代入相关的数据，Wi =1.6501kw，所以Pme＇= WiVsm =1.402Mpa则 Pe =140.2kw，误差小于百分之二 ，合理3 运动学的计算3.1 曲柄连杆机构的类型 在往复活塞式内燃机中基本上采用的有三种曲柄连杆机构：中心曲柄连杆机构、偏心曲柄连杆机构、关机曲柄连杆机构三种机构中中心曲柄连杆机构应用最为广泛，所以本次设计采用此种连杆机构3.2 活塞的运动规律活塞位移： xr * [(1cos )(1 cos2 )]40.25 ，r —为曲轴半径， rS / 2130/ 265mm在 EXCLE中，每隔 5 曲轴转角取点相关数据见附表，经计算后， x 图 3 如下图 3活塞位移0.140.120.1m 0.08/移X 0.06位0.040.020-0.020 100 200 300 400 500 600 700 800曲轴转角 / 活塞速度： vr * (sinsin 2 )2n 261.80rad / s 30在 EXCLE中，每隔 5 曲轴转角取点相关数据见附表，经计算后， v 图 4 。