1.6L四冲程汽油机曲轴组设计

目录前言....................................................................11.汽油机的结构参数......................................................11．1初始条件........................................................11．2发动机类型......................................................11.2.1冲程数的选择...............................................11.2.2冷却方式...................................................11.2.3气缸数与气缸布置方式.......................................11．3基本参数........................................................11.3.1行程缸径比S∕D的选择......................................11.3.2气缸工作容积Vs，缸径D的选择...............................12．热力学计算...........................................................22.1热力循环基本参数的确定...........................................22.2P-V图的绘制.....................................................22.3P-V图的调整.....................................................32.4P-V图的校核.....................................................43.运动学计算............................................................43.1曲柄连杆机构的类型...............................................43.2连杆比的选择.....................................................53.3活塞运动规律.....................................................53.4连杆运动规律.....................................................64.动力学计算............................................................74.1质量转换........................................................74.2作用在活塞上的力.................................................85曲轴零件结构设计.....................................................105.1曲轴的工作条件、结构型式和材料的选择............................105.1.1曲轴的工作条件和设计要求..................................105.1.2曲轴的结构型式............................................115.1.3曲轴的材料................................................115.2曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计................................115.2.1主要尺寸..................................................115.2.2一些细节设计..............................................116.曲轴强度的校核.......................................................136.1静强度计算......................................................136.1.1连杆轴颈的计算............................................136.1.2曲柄臂计算................................................146.2曲轴疲劳强度校核................................................156.2.1主轴颈的计算..............................................156.2.2曲柄臂计算................................................15小结...................................................................16参考文献...............................................................18附录............................................................19武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书11.6L四冲程汽油机曲轴设计前言大四上学期我们学习了必修课程《汽车发动机设计》，紧接着要开始为期三周的课程设计。每个同学都有不同的设计题目，我们要根据自己的题目来查阅资料，结合所学知识，设计出合理的发动机部件。通过这次课程设计，要培养我们综合运用知识的能力，查阅工具书的能力以及运用计算机的能力。我的设计任务是1.6L四冲程汽油机曲轴设计。1.汽油机的结构参数1．1初始条件平均有效压力：Mpap2.1~8.0me活塞平均速度：Vm＜18m∕s1．2发动机类型1.2.1冲程数的选择四冲程。1.2.2冷却方式水冷。1.2.3气缸数与气缸布置方式直列式四缸机。1．3基本参数1.3.1行程缸径比S∕D的选择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的选择根据内燃机学的基本计算公式：30niVpPseme（公式1）武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书230nSVm（公式2）410002SDVs（公式3）其中emp——发动机的平均有效压力，依题取1.0MPasV——气缸的工作容积，4*sV=1.8Li——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，依题取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，并圆整得：D=80mm，S=80mm，=15m/mVs，meP=1.0MPa，n=5625r/min，=0.045sVL，Pe=75kW2．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【内燃机学】压缩过程绝热指数1n=1.28～1.35，初步取1n=1.30膨胀过程绝热指数2n=1.31～1.41，初步取2n=1.35根据参考文献【内燃机学】汽油机压缩比8~12，初取11.根据参考文献【发动机设计】，初取p=72.2P-V图的绘制通常情况下，压缩始点的压强在aP=（0.8～0.9）0p（P0为当地大气压力值），假定外界0P=0.10MPa，选定ap=0.09MPa，将压缩过程近似看作绝热过程，由1n=1.30，并利用PVn=const，可以在excel中绘出压缩过程线。混合气体在气缸中压缩后，经等容加热，利武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书3用p值可得最大爆发压力值。膨胀过程类似于压缩过程，由2n=1.35，绘出膨胀线。最后连接膨胀终点和压缩始点。得出理论的P-V图1。简化的条件为：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。假设工质是在闭口系统中作封闭循环。假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程。假设燃烧过程为等容加热过程，工质放热为定容放热。30.1aaVP=30.1ccVP（公式4）Pa=0.09Mpa,Vs=0.4L/(1)0.045csVVL，Va=0.40L，得Pc=1.80MPa=12.6zpcPPMPa35.135.1bbczVPVP（公式5）得Pb=0.56MPa图1理论P-V图2.3P-V图的调整实际的P-V图和利用多变过程状态方程绘制的P-V图还存在一些差别，主要是点火提前角和配气相位的原因。对1图作以下调整：最大爆发压力：ZP取理论水平的3/5，具体值为7.56，以此值与原图形相交，水平线以上的部分去掉，余下部分作些调整。考虑到实际过程与理论过程的差异，最大爆发压力发生在上止点之后12°～15°，选择最高爆发压力出现在上止点后12°。武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书4点火提前角：据资料得常用的范围是20°～30°，经调整后取26°。排气提前角：常使用的范围是40°～80°，经调整后取60°。图2调整后P-V图2.4P-V图的校核由热力学计算所绘制的示功图为理论循环的示功图，其围成的面积表示的是汽油机所做的指示功iW，数值由对示功图积分后求得的面积来表示：cvazbVvxxaaVVXXbbidVVVPdVVVPW30.130.135.135.1（公式6）其中：Pa=0.09MPa;Pb=0.56MPa;Vc=Vz=0.04L;Vb=Va=0.4L将上述数值代入得：Wi=469J则汽油机平均有效压力：MPaVWpsmime996.0*（公式7）=81k30mesepVinPW（公式8）与前面计算的结果大致一致，故上面选取的参数和以后的相关计算在满足制造的同时能够前后一致。3.运动学计算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三种曲柄连杆机构：中心曲柄连杆机构，偏心曲柄连杆机构和关节曲柄连杆机构。其中中心曲柄连杆机构应用最广泛。本次设计选择中心曲012345678900.10.20.30.40.5V(L)P(MPa)压缩膨胀武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书5柄连杆机构。3.2连杆比的选择据【发动机设计】知，1/31/5～，车用发动机多用小连杆，初选1/4。则连杆长度L=r/166mm。3.3活塞运动规律活塞位移：2cos14cos1rX（公式9）=1/4，r—为曲轴半径，r=40mm.经计算后X-α图如下图4所示：图4X-α图活塞速度：2sin2sinrV（公式10）,5421/min,0.04230nnrrm武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书6图5V-α图活塞加速度：2coscos2ra图6a-α图3.4连杆运动规律武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书7连杆式做