内燃机发动机设计-2.4L四行程汽油机曲轴组设计

武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书1目录前言....................................................................31.汽油机的结构参数......................................................41．1初始条件........................................................41．2发动机类型......................................................41.2.1冲程数的选择...............................................41.2.2冷却方式...................................................41.2.3气缸数与气缸布置方式.......................................41．3基本参数........................................................41.3.1行程缸径比S∕D的选择......................................41.3.2气缸工作容积Vs，缸径D的选择...............................41.3.3其他参数...................................................52．热力学计算...........................................................62.1热力循环基本参数的确定...........................................62.2P-V图的绘制.....................................................62.3P-V图的调整.....................................................72.4P-V图的校核.....................................................83.运动学计算............................................................93.1曲柄连杆机构的类型...............................................93.2连杆比的选择.....................................................93.3活塞运动规律.....................................................93.4连杆运动规律....................................................114.动力学计算...........................................................124.1质量转换.......................................................124.2作用在活塞上的力................................................13武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书24.3输出合成转矩图..................................................165曲轴零件结构设计.....................................................175.1曲轴的工作条件、结构型式和材料的选择............................175.1.1曲轴的工作条件和设计要求..................................175.1.2曲轴的结构型式............................................175.1.3曲轴的材料................................................175.2曲轴主要尺寸的确定..............................................175.3曲轴结构设计细节................................................185.3.1油道布置..................................................185.3.2曲轴两端结构..............................................185.3.3曲轴的止推................................................185.3.4过渡圆角..................................................185.3.5平衡分析..................................................186.曲轴强度的校核.......................................................206.1静强度计算......................................................206.1.1连杆轴颈的计算............................................206.1.2曲柄臂计算................................................216.2曲轴疲劳强度校核................................................216.2.1主轴颈的计算..............................................216.2.2曲柄臂计算................................................22小结...................................................................24参考文献...............................................................25附录...................................................................26武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书32.4L四冲程汽油机曲轴组设计前言年月，大四上学期我们学习了《汽车发动机设计》这一门必修专业课，理论学习完后，为了检验我们的学习成果和巩固所学的知识，学校为我们安排了有针对性的课程设计任务，为期三周。与以往的课程设计多人一组一个命题不同，这次的课程设计不仅全专业每人设计的任务发动机排量、功率不同，而且所设计的零件也不尽相同，这样充分杜绝了照抄的发生。，在这三周里，我们要根据自己不同的设计要求来查阅大量资料，结合所学的知识，设计出合理有效的发动机主要零部件。该部件不仅要求符合使用要求，而且要求基本符合当今世界同类同排量发动机一般技术水平。与以往两次课程设计具体任务相比，这次也有了新的变化。以往的课程设计只要求手工制图和手写任务说明书，而这次还加入了计算机元素。不仅要求我们上交电子版的设计说明书，还要求实用Excel等软件对发动机P-V特性，活塞运动规律以及零部件受力进行计算分析，绘制图表。通过这次课程设计，学校期望我们提高理论联系实际，活学活用所学知识，综合应用各种现有资源以及自行获取资源能力。同时提升Excel函数计算绘制图表能力。我的设计任务是2.4L四冲程汽油机曲轴组的设计。武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书41.汽油机的结构参数1．1初始条件平均有效压力：𝑃me=0.8~1.2Mpa初步取𝑃me=1.0Mpa活塞平均速度：𝑉𝑚18m/s初步取：Vm=15𝑚/𝑠发动机排量：V=2.4L1．2发动机类型1.2.1冲程数的选择已知发动机为四冲程发动机。1.2.2冷却方式由徐兀《汽车发动机现代设计》知，常见的冷却方式有水冷和风冷两种，水冷式发动机由于冷却较好而且均匀，强化的潜力要比风冷式发动机大，因此在汽车发动机上至今大多数还是水冷式发动机。在条件相同时，主要由于充量系数的差别，水冷机比风泠机高5%～10%。此外风冷发动机功率和燃料消耗受气温变化影响较大，不如水冷发动机指标稳定。目前绝大多数发动机为水冷式，除非特殊要求一般选择水冷式。综合以上各因素，本设计同样选择水冷式冷却方式。1.2.3气缸数与气缸布置方式由徐兀《汽车发动机现代设计》知，内燃机的气缸数和气缸布置方式，对其结构紧凑性、外形尺寸比例、平稳性及制造使用成本都有很大影响。目前小轿车各轻型车除最小排量的车型用2缸或3缸外，绝大多数用4缸机，少数高级轿车用6缸机或八缸机。发动机气缸数与其排量有关，至于气缸布置，不超过6缸的内燃机绝大数是单列的，单列式发动机结构简单，工作简单，成材本低，使用维修方便，能满足一般要求。结合国内制造使用成本，生产条件及运转平衡性等，初步选用直列4缸机。1．3基本参数1.3.1行程缸径比S∕D的选择由徐兀《汽车发动机现代设计》，现代汽车发动机的S/D值一般在0.8~1.2之间，因而初步选择行程缸径比为1.0。1.3.2气缸工作容积Vs，缸径D的选择武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书5参考目前已有的发动机水平以及《汽车发动机现代设计》，初步选择如下：平均有效压力𝑃me=1.0Mpa活塞平均速度𝑉𝑚=15𝑚/𝑠结合上述已知量和初步选择量，根据一下内燃机学的基本计算公式，进一步计算单缸排量𝑉𝑠，缸径D，活塞行程S，额定功率𝑃𝑒以及额定转速n。内燃机学基本公式：30niVpPsmee（公式1）30nSVm（公式2）410002SDVs（公式3）其中mep——发动机的平均有效压力，依题取1.0MPasV——气缸的工作容积，4*sV=2.4Li——发动机的气缸数目，依题为4n——发动机的转速mV——活塞的平均速度，初步取15m/sS——发动机活塞的行程D——发动机气缸直径——发动机的行程数，依题为4根据以上的条件代入以上公式，计算得：n=4945r/min，考虑到发动机功率等因素，将其额定转速定位n=5500r/min。再根据以上条件计算得：D=91mm，S=91mm，，𝑉𝑚=16.7m/smeP=1.0MPa，n=5500r/min，𝑉𝑠=0.6𝐿，Pe=110kW1.3.3其他参数计算压缩比ε：即气缸工作容积（𝑉𝑎）与燃烧室容积（𝑉𝑐）之比，其中𝑉𝑎=𝑉𝑠+𝑉𝑐。目前国内汽油机的ε常在8~10之间，选定ε=9.0。则𝑉𝑎=675ml，𝑉𝑐=75ml。角速度ω=2∗𝜋∗n60=576rad/s，曲柄半径r=𝑆2=45.5mm。武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书62．热力学计算通常根据内燃机所用的燃料，混合气形成方式，缸内燃烧过程（加热方式）等特点，把汽油机实际循环近似看成等容加热循环。汽油机的工作过程包括进气、压缩、做功和排气四个过程。在本设计过程中，先确定热力循环基本参数然后重点针对压缩和膨胀过程进行计算，绘制P-V图并校核。2.1热力循环基本参数的确定根据参考文献【内