曲轴课程设计

1课程设计课程名称：发动机设计设计题目：曲轴设计学院：交通工程专业：车辆工程年级：2010级学生姓名：xxx指导教师：xxxx日期：2013年9月教务处制2目录1总体设计，结构特点以及选用原则系统分析........................41.1总体设计一般要求.................................................41.2卧式直立水冷四冲程柴油机的特点...................................42标定工况（最大功率）工作过程及热力计算和示功图绘制............52.1重要参数选取.....................................................52.1.1压缩比.....................................................52.1.2过量空气系数...............................................52.1.3残余废气系数...............................................62.1.4进气温升和残余废弃系数温度.................................62.1.5热量利用系数...............................................62.1.6示功图丰满系数.............................................62.1.7机械效率...................................................62.1.8平均多变压缩指数...........................................62.1.9平均多变膨胀指数...........................................62.1.10扫气系数..................................................72.1.11增压器出口空气压力........................................72.1.12残余废弃压力..............................................72.2燃料燃烧化学计算.................................................72.2.1理论空气量的计算...........................................72.2.2理论分子变化系数...........................................72.2.3实际分子变化系数...........................................72.3燃气过程参数的确定与计算.........................................72.3.1压缩始点的气体状态.........................................82.3.2压缩终点气体状态...........................................82.3.3燃烧过程及燃烧终点气体状态.................................92.3.4膨胀终点气体状态...........................................92.3.5示功图的绘制..............................................102.4发动机性能参数..................................................102.4.1平均指示压力..............................................102.4.2平均有效压力..............................................102.4.3有效功率..................................................112.4.4充量系数的计算............................................112.4.5指示热效率................................................112.4.6燃油消耗率................................................112.4.7发动机总进气量............................................113活塞位移、速度、加速度随曲轴转角变化曲线.....................124气缸压力、活塞侧击力、连杆力、曲柄销切向力，径向力...........134.1气缸压力随曲轴转角变化曲线......................................144.2活塞销上的合力变化曲线..........................................144.3气缸侧击力变化曲线..............................................1434.4连杆力变化曲线..................................................154.5曲柄销切向力....................................................164.6曲柄销径向力....................................................174.7连杆大头和曲柄销受力............................................174.7.1连杆大头受力计算..........................................174.7.2曲柄销受力计算............................................175曲轴设计及强度校核...........................................195.1工作环境及设计要求的分析........................................195.2曲轴材料选取....................................................205.3主要尺寸的确定及结构设计........................................205.3.1曲柄销尺寸选择............................................205.3.2主轴颈的尺寸选择..........................................205.3.3曲柄臂及其他参数选取......................................215.3.4曲轴油道设计..............................................225.3.5曲轴平衡块设计............................................235.3.6曲轴轴向定位..............................................245.4曲轴应力计算及强度校核...........................................255.4.1过渡圆角截面的应力计算....................................255.4.2油孔边缘的应力计算........................................295.5危险点处的强度校核.........................................326动态平衡性说明...............................................347总结.........................................................348参考文献.....................................................344课程设计说明书计算及说明结果1内燃机总体的设计要求，结构特点以及选用原则的系统分析1.1总体设计的一般要求总体要求：有足够的功率，能在较宽的转速与负荷范围内稳定运转，燃料和机油消耗小，体积小，重量轻，工作可靠，对环境污染少，能适应多种条件，制造成本低，维修方便。动力性能方面：内燃机应有足够的功率和良好的扭矩特征以保证汽车的动力性、加速性和克服突然增大的行驶阻力的能力，并具有优越的瞬态响应特性。环境方面：有害物的排放和运行噪声要尽可能的低。燃油经济性要求：特别注意在部分负荷特性和低转速下的燃油经济性，以及在瞬态工况下的经济性。为了能够正常工作，内燃机还必须具备尽可能高的工作可靠性能和足够的使用耐久性能。结构方面，要求结构紧凑、自身的质量要轻、方便发动机的布局，在满足功率要求的前提下尽可能减轻发动机的重量。制造工艺性要好，制造成本要尽可能低，努力追求发动机产品的系列化和零部件的通用化。此外，还必须具备良好的起动性能，瞬态响应速度快，运行平顺等使用性能。1.2卧式直列水冷四冲程柴油机的特点柴油机压缩比高，燃油消耗率平均比汽油机低25%左右，燃油经济性能较好，可靠性也比汽油机的要高。直列式柴油机的气缸体结构简单、加工容易，发动机的宽度较小，长度和高度较大，采用卧式放置克服了其高度和长度大的缺点，可以使得车体头部高度降低。5课程设计说明书计算及说明结果2标定工况工作过程及热力学计算和示功图绘制490增压中冷柴油机标定工况进行实际循环热力计算已知：标定功率：[Pe]：70KW标定转速：[n]：3000r/min大气压力：P0：98.39KPa环境温度：T0：293K中冷器后的空气温度：318K增压比：1.82.1柴油机重要参数选取2.1.1压缩比ε压缩比ε是影响内燃机性能指标的重要结构参数，提高压缩比可以提高内燃机的功率和经济性。压缩比选取ε=17ε=172.1.2过量空气系数的选取柴油机过量空气系数选=1.9=1.9增压柴油机过量空气系数，一般均推荐=1.7～2.2（直接喷射）,选择的原因如下：(a)有利于燃烧过程迅速地完成，增加燃烧产物中的二原子气体含量，可以获得很大的绝热压缩与膨胀指数，减少排气热损失，增加发动机的经济性。(b)在充气状态良好的状态下采用较大的过量空气系数，可以降低主要零件的热负荷，特别是活塞组的热负荷，有利于整机的可靠性以及耐久性。6课程设计说明书计算及说明结果(c)较大的过量空气系数可以降低发动机的升功率和平均指示压力。2.1.3残余废气系数的选取增压柴油机残余废气系数可以取值为0。γr=0。γr=02.1.4进气温升和残余废弃系数温度增压四冲程柴油机：ΔT=0～10；Tr=800～1000K;ΔT=5所以取值ΔT=5Tr=900K。Tr=900K2.1.5热量利用系数的选取增压可以大大改善燃烧条件，减少不完全燃烧的损失，使燃烧过程更趋于完善，取适中的ξ的值，故选取ξ=0.85。ξ=0.852.1.6示功图丰满系数的选取一般四冲程增压柴油机的丰满系数在（0.96-0.99）范围内，由于ω型燃烧室的排气损失相对球形燃烧室和浅盆形燃烧室相对较大，故所取的丰