车用四缸汽油机总体设计

1、前 言本设计是根据要求设计一款2.4L车用四缸汽油机。本设计以发动机总体结构为主要研究对象，把曲柄连杆机构、配气机构的工作过程作为主要内容，通过热计算及分析各工作过程中影响性能指标的诸多因素，从中找到提高汽车发动机性能指标的一般规律。本设计的任务是研究汽车发动机的工作过程、整机性能并进行总体设计。使我们能更好的掌握发动机实际工作过程的分析方法及性能指标与各工作过程的内在联系；掌握强度校核的基本方法及数据处理与分析；了解影响整机性能的使用因素及提高性能的基本途径，对发动机各部件的工作过程有了深入的认识，为从事汽车发动机的设计，研发提供理论基础。本设计的基本内容有：热计算，活塞组设计，连杆组设计，曲轴设计，配气机构设计，机体和缸盖设计，润滑系统设计，冷却系统设计等本设计的基本要求是:明确本设计的地位、性质、任务及主要研究对象；了解目前国内外研究水平及主要发展方向。重点掌握发动机曲柄连杆机构（活塞组、连杆组、曲轴），配气机构，机体和缸盖的设计、计算与分析；明确实际工作中的各项损失及减少损失的有效措施。掌握燃烧完全燃烧、不完全燃烧及实际循环的热计算；了解燃烧理论的基本知识。明确发动机结构设计的

2、定义。基本分析式及研究意义；重点掌握活塞、连杆、曲轴的计算、校核及分析；掌握发动机的总体布置技术。目 录前 言一摘 要IAbstractII第1章内燃机设计总论11.1内燃机主要设计指标和设计要求11.1.1对各种内燃机的设计要求41.1.2内燃机设计工作中的“三化”51.2内燃机的方案设计和主要参数的选择51.2.1平均有效压力61.2.2活塞平均速度61.2.3气缸直径与气缸数71.2.4评定参数7第2章 热 计 算92.1热计算流程图92.2热计算结果10第3章 曲柄连杆机构的受力分析123.1 已知参数123.2曲柄连杆机构的组成123.3曲柄连杆机构运动学123.3.1活塞的位移123.3.2活塞运动的速度133.3.3活塞的加速度133.4 曲柄连杆机构上的作用力133.4.1气体作用力与往复惯性力的合成分析143.4.2曲轴扭矩计算153.4.3连杆轴颈受力分析153.4.4主轴颈的负荷15第4章 活塞组的设计174.1 活塞的设计174.1.1 活塞的工作条件和设计要求174.1.2活塞的材料184.1.3 活塞头部的设计194.1.4 活塞裙部的设计234.2 活塞销

3、和活塞销座264.2.1活塞销和销座的强度和刚度274.2.2活塞销和销座的耐磨性294.2.3活塞销的结构、材料和工艺304.3 活塞环的设计304.3.1活塞环的工作情况304.3.2活塞环的计算314.3.3活塞环断面形状的设计324.3.4活塞环的材料、表面镀覆和成形方法334.3.5油环的作用34第5章 连杆组设计365.1 连杆的设计365.1.1连杆的工作情况、设计要求和材料选用365.2 连杆长度的确立375.3 连杆小头的结构设计与强度、刚度计算385.3.1连杆小头的结构设计385.3.2连杆小头的强度校核385.4 连杆杆身的结构设计与强度计算435.4.1杆身的结构设计435.5 连杆大头的结构设计与强度、刚度计算455.5.1大头的结构型式与主要尺寸455.5.2连杆大头的强度校核465.5.3大头的刚度校核475.5.4连杆螺栓校核47第6章 曲轴设计496.1 曲轴的工作条件、结构型式和材料的选择496.1.1 曲轴的工作条件和设计要求496.2曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计506.2.1 对于直列汽油机516.2.2 曲柄销516.2.3曲柄臂516.

4、2.4轴颈过渡圆角半径516.3 平衡重的设计516.3.1平衡重的设计516.3.2曲柄连杆机构的质量换乘526.3.3 四缸发动机的平衡536.4油孔的位置和尺寸546.5曲轴两端的结构546.6曲轴的油封装置546.7曲轴的疲劳强度校核556.7.1作用于单元曲拐上的力和力矩556.7.2圆角的形状系数566.7.3形状系数和应力集中系数的关系576.7.4 名义应力的计算58第7章 配气机构的设计627.1 配气机构总布置627.1.1 配气机构的设计要求627.1.2配气机构的动作过程627.1.3 配气机构的结构型式637.1.4 气门通过能力637.2 气门组的布置及结构设计657.2.1气门顶置式机构657.2.2气门导管667.2.3气门座设计667.2.4 气门弹簧设计677.3.凸轮轴的设计68第8章 缸盖和缸体结构设计718.1气缸盖设计718.1.1 汽缸盖的结构型式718.1.2 气缸盖的散热728.1.3提高气缸盖刚度、强度的措施728.2气缸体设计738.2.1 缸体结构设计738.3 气缸套的设计748.3.1 气缸套的工作情况和设计要求748.3.2

5、 气缸套的结构型式及材料748.3.3 提高气缸套耐磨性的措施75第9章 润滑系统779.1 内燃机用机油的性能及其选用779.1.1机油的主要性能指标779.1.2机油的选用789.2润滑系统的式况及对润滑系统的要求789.3 润滑系统总体设计方案799.3.1润滑系统的总体布置选型799.3.2润滑系统的主要参数799.3.3曲轴箱通风和防爆809.3.4降低机油消耗量的途径80第10章 冷却系统8210.1 冷却系统的工况与设计要求8210.2 冷却系统的总体设计方案8310.2.1冷却系统总体布置选型8310.2.2闭式强制冷却系统原始参数8410.3 散热器的结构设计要点及计算8510.3.1散热器的结构设计要点8510.3.2散热器的计算程序8510.3.3水泵的设计要点及计算8710.3.4水冷内燃机的风扇设计要点及计算8810.3.5水冷内燃机冷却系的调节89结 论90致 谢91参 考 文 献92附 录93 摘 要内燃机设计是一项要求很高的工作。一方面是因为它是一个复杂的系统，各个子系统（曲柄连杆机构，机体，配气机构，供油系，进排气管系与增压器，润滑系，冷却系等）相互制

6、约，而且许多零件的机械负荷和热负荷很严重。另一方面是因为新设计机型的技术水平必须高于旧机型才有研制价值。新设计大多是在原有设计基础上的改进，而每一项改进都是与科学技术的进步相联系的。本文对四缸汽油机设计进行了详细介绍。先对四冲程发动机的工作原理进行了简单介绍，并进行了工作过程的热计算，得出发动机的相关基本参数。然后在热计算的基础上，计算出活塞，连杆，曲轴，缸体，缸盖及配气机构的基本尺寸，并进行强度、刚度等的校核计算，分析了其可靠性，稳定性“三化”要求，对其附属零件进行了选择或计算，按照有关标准完成了设计内容。关键词： 热计算，曲柄连杆机构，活塞AbstractInternal combustion engine design is a demanding job. on the one hand because it is a complex system, each subsystem (crank-link mechanism, engine body, valve actuating mechanism, and fuel system, supercharger, lubric

7、ating system, cooling system etc)restricted, and many parts mutually the mechanical load and heat load is very serious. On the other hand because new design type of technical level must be higher than the old model just have developed value. The new design are mostly based on the original design improvement, and each improvement are related with the scientific and technological progress. The text describes the four-stroke, four-cylinder gasoline engine in details. It introduces in the principle

8、and integer structure of the four-stroke engine. Calculating and analysising the units of the piston, connecting rod, crankshaft, cylinder block, cylinder head, and some critical problems have been solved during the design. The reliability and stability have been discussed by some standards of design. It have been finished the undertaking according to the standard.Key words： heat calculation, crank-mechanism, pistonI 第1章内燃机设计总论1.1内燃机主要设计指标和设计要求1.1.1内燃机主要设计指标(一) 动力性指标1. 功率内燃机的有效功率，按以下公式计算 式中 平均有效压力（巴）；单缸工作容积（升）；活塞平均速度（米/秒）；气缸数；转速（转/分）；气缸直径（毫米）；冲程数，四冲程=4，二冲程=2。内燃机的有效功率的标定随用途和使用条件的不同，根据国家标准GB1105-87内燃机台架性能试验方法的规定，内燃机的标定功率依不同的用途分为以下四类：1）15分钟功率-适用作为汽车、军用车辆动力和快艇主机的标定功率。2）1小时功率-适用作为舰用主机、坦克发动机、工程机械动力的标定功率。3）12小时功率-适用拖拉机等农用机具动力的标定功率。4）持续功率-适用作为船舶、内燃机车、电站、排灌机械等机具动力的标定功率。2. 转速n内燃机的转速影响其结构形式与性能。提高内燃机的转速可以使功率提高，因而使单位功率的体积减小、重量减轻。但内燃机转速的提高受到下列条件的限制：1）提高转速使运动

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