【正文】 ................... 19 .............................................................................................................. 19 7活塞銷(xiāo)的設(shè)計(jì) ................................................................................................................................ 20 ..................................................................................................................... 21 .................................................................................................... 21 ........................................................................................................... 21 m3 .................................................................................................................... 21 .................................................................................................... 22 8活塞環(huán)設(shè)計(jì) ............................................................................................................................ 23 .............................................................................................................. 23 ......................................................................................................................... 24 ....................................................................................................... 24 ....................................................................................................... 24 ........................................................................................................... 25 油環(huán)的設(shè)計(jì) .......................................................................................................................... 25 .................................................................................................................. 26 小結(jié) ................................................................................................................................................ 27 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................................... 28 附錄 ................................................................................................................................................ 29 武漢理工大學(xué)《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 25KW 四行程汽油機(jī)活塞組設(shè)計(jì) 前言 上 學(xué)期我們專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)了 《汽車(chē) 設(shè)計(jì)》這門(mén)最重要的專(zhuān)業(yè)課之一。為了鞏固和提高，我們又開(kāi)展了為期 4 周的 《汽車(chē) 設(shè)計(jì)》的課程設(shè)計(jì)。 學(xué)院針對(duì)我們車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)特別開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)課設(shè)計(jì)《汽車(chē) 設(shè)計(jì)》是非常必要的，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的心臟，汽車(chē)常見(jiàn)故障大部分來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)；汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性和經(jīng)常費(fèi)用也主要決定于發(fā)動(dòng)機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要性，汽車(chē)方案設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的型式和主要參數(shù)、指標(biāo)是作了規(guī)定的。所以發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的階段 。 我們要充分利用這次課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，了解國(guó)內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，并盡可能發(fā)揮 我們的能力，保質(zhì)保量地完成此次課程設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)主要工作任務(wù)是四行程汽油機(jī) 活塞組 的設(shè)計(jì)。 1 汽油機(jī)結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì) 汽缸數(shù)和氣缸布置的選擇 發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸數(shù)主要取決于排量，根據(jù)任務(wù)是，我們所設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率在 25KW 左右，而且目前發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率在 35— 70 左右，鑒于設(shè)計(jì)手段不成熟，取較小值，故排量初步估算在 左右，為小排量。小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸數(shù)用 2— 4 缸。鑒于功率小，排量小，為了保證最后計(jì)算的升功率符合實(shí)際，汽缸數(shù)取下限。即采用 2 缸。采用直列式。 冷卻方式 水冷 常用的冷卻方式有水冷和風(fēng)冷 兩種，水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)由于冷卻較好而且均勻，強(qiáng)化的潛力要比風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)大，因此在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上至今大多數(shù)還是水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)。 參考文獻(xiàn) [5]在條件相同時(shí)，主要由于充量系數(shù)的差別，水冷機(jī)比風(fēng)泠機(jī)高 5%～ 10%。此外風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)功率和燃料消武漢理工大學(xué)《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 耗受氣溫變化影響較大，不如水冷發(fā)動(dòng)機(jī)指標(biāo)穩(wěn)定。綜合以上各因素，本設(shè)計(jì)冷卻方式選用水冷方式。 2 汽油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)所提供的設(shè)計(jì)條件： 額定功率： KWPe 25? 平均有效壓力： ~ M pa? 活塞平均速度： =18 /m msv 根據(jù)內(nèi)燃機(jī)學(xué)的基本計(jì)算公式： 其中 Pe —— 為發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率， KWPe 25? Pme —— 為發(fā)動(dòng)機(jī)的平均有效壓力，依題為 ~ ，取 ame MPP ? Vs —— 為氣缸工作容積 i —— 為發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸數(shù)目 ，依題為為 2 n —— 為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 mv —— 為活塞的平均速度，依題為 ? ( 1 )30( 2)302 ( 3 )4p V i nme sP eSnv mV D Ss??? ? ??????sm18武漢理工大學(xué)《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 S—— 為發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的行程 D—— 為發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸直徑 ? —— 為發(fā)動(dòng)機(jī)的行程數(shù)，依題為 4 根據(jù)以上條件代入公式 算得 D=70mm 缸徑行程比 S/D 目前 S/D 范圍 為 ~ 初步取 S/D= S=D=70mm，取 S=70mm=D 轉(zhuǎn)速 n 的確定 根據(jù)公式（ 2）可得 n=5142r/min,取 n=5000r/min 汽缸工作容積與升功率 氣缸工作容積 24 SDVS ? ?? =。 升功率 LKWnPP mel / * ?? ? 曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度之比λ的選取 由于λ =r/l 的范圍在 之間。選擇曲柄連桿機(jī)構(gòu)為中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)，因曲柄半徑r=45mm，取 ?? ，則 連桿長(zhǎng)度為 L=r/λ =45/=150mm。 缸心距的確定 參考文獻(xiàn) [2],可差得汽油機(jī)干缸套的缸心矩 Lo/D 為 ，所以初選 Lo/D＝ ，得Lo=84mm。 壓縮比與燃燒室容積 Vc,總?cè)莘e Va 壓縮比范圍 為 712，根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》（周保龍） P308，受爆燃限制，汽油機(jī)壓縮比不超過(guò)10，取 ε =9 則燃燒室 容積 Vc=Vs/(ε 1)=, 武漢理工大學(xué)《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 汽缸總?cè)莘e Va=Vc+Vs=（ +） =。 3 熱力學(xué)計(jì)算 燃燒過(guò)程 數(shù)學(xué)模型 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，設(shè)計(jì)的為 25KW 四行程的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，將其實(shí)際循環(huán)簡(jiǎn)化為等容加熱循環(huán)，這個(gè)循環(huán)過(guò)程稱(chēng)為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)。 發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)是將非常復(fù)雜的實(shí)際工作過(guò)程加以簡(jiǎn)化，忽略一些因素，以便于作簡(jiǎn)易的定量處理。通過(guò)對(duì)理論循環(huán)的研究，可以清楚的確定影響性能的 一 些重要因素，從而找到提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的基本途徑。最簡(jiǎn)單的理論循環(huán)是空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，簡(jiǎn) 化的條件為： 1） 假設(shè)工質(zhì)是理想氣體，其物理常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣物理常數(shù)相同。 2） 假設(shè)工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán)。 3） 假設(shè)工質(zhì)的壓縮及膨脹是絕熱等熵過(guò)程。 4） 假設(shè)燃燒時(shí)外界無(wú)數(shù)個(gè)高溫?zé)嵩炊ㄈ莼蚨▔合蚬べ|(zhì)加熱。工質(zhì)放熱為定容放熱。 根據(jù)汽油機(jī)的混合氣燃燒迅速，近似為定容加熱循環(huán)。 絕熱壓縮起點(diǎn) 選取壓縮沖程的下止點(diǎn)（設(shè)為 A 點(diǎn)）時(shí)的氣體參數(shù) ? ? 01~ PPa ? 其中 0P 為大氣的壓力，0P = 105pa，系數(shù)取為 ，得： MpPa ? ， 3410* mV a ?? 根據(jù)活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，計(jì)算出氣缸內(nèi)容積隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，得： ?V =。 絕熱壓縮過(guò)程 選取壓縮沖程終點(diǎn)（設(shè)為 B 點(diǎn)），從 A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)的壓縮過(guò)程看作是多變的壓縮過(guò)程，多變指數(shù)取為 1= 根據(jù)多變過(guò)程的熱力學(xué)計(jì)算公式 5 5**aaP V P V? =常數(shù)和 A 點(diǎn)的氣體狀態(tài)，可以計(jì)算出從 A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)的壓縮過(guò)程中各個(gè)點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)。經(jīng)過(guò)計(jì)算后得到 B 點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)： ab MPP ? 。 3310*33..0 mV b ?? 。 武漢理工大學(xué)《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 定容增壓過(guò)程 選取定容增壓的終點(diǎn)（設(shè)為 C 點(diǎn)），從 B 點(diǎn)到 C 點(diǎn)看作為定容壓縮過(guò)程。參考文獻(xiàn) [2]，可知汽油機(jī)壓力升高比 = p?，取 7?? ，則 C 點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)： abc MPPP * ?? ? 絕熱膨脹過(guò)程 選取膨脹過(guò)程的終點(diǎn)（設(shè)為 D 點(diǎn)），從 C 點(diǎn)到 D 點(diǎn)可以看作是多變的膨脹過(guò)程，參考文獻(xiàn)[2]，汽油機(jī)膨脹過(guò)程絕熱指數(shù)2= ，取2=。 繪制 PV 圖 繪制理論 PV 圖 根據(jù)步驟 可以繪制理論 PV圖，理論 PV圖如圖 1： 武漢理工大學(xué)《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 圖 1 繪制調(diào)整 PV 圖 調(diào)整的 PV 圖 : 因?yàn)閷?shí)際過(guò)程比較復(fù)雜，所以在得到的 P～ V， P～ φ 圖上要修正得到，最高壓力不在上止點(diǎn)，還有點(diǎn)火提前角，排氣提前角的修正，顯然實(shí)際的邊界條件是不可能得到的，所以只能做一些適當(dāng)?shù)男拚?調(diào)整后的 PV圖見(jiàn)圖 2： 武漢理工大學(xué)《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7