【正文】 柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析1目錄目錄 ........................................................................1第 1 章 緒 論 ..............................................................3 研究意義 ..............................................................3 發(fā)展現(xiàn)狀 ..............................................................3 研究方法與內(nèi)容 ........................................................4第 2 章 柴油機(jī)的熱力學(xué)分析 ..................................................5 柴油機(jī)的理論熱循環(huán) ....................................................5 柴油機(jī)的實(shí)際熱循環(huán) ....................................................8 熱力學(xué)計(jì)算即求平均指示壓力 ............................................9 小結(jié) ................................................................11第 3 章 柴油機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性分析 .........................................12 柴油機(jī)的指示參數(shù) .....................................................12 平均指示壓力 .....................................................12 指示功率 .........................................................13 指示熱效率與指示燃油油耗 .........................................14 柴油機(jī)的有效指標(biāo) .....................................................15 有效功率和機(jī)械效率 ...............................................15 平均有效壓力和升功率 .............................................16 有效熱效率和有效燃油消耗率 .......................................18 根據(jù)吸入空氣量計(jì)算平均有效壓力 ...................................19 標(biāo)志柴油機(jī)整機(jī)性能的其他參數(shù) .........................................21 活塞的平均速度 ...................................................21 強(qiáng)化系數(shù) .........................................................21 比質(zhì)量 ...........................................................22 提高柴油機(jī)動力性能和經(jīng)濟(jì)性能的主要措施 ...............................22 小結(jié) ..................................................................23第 4 章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動與受力分析 .......................................24 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 ...............................................24 活塞的位移 .......................................................24 活塞速度 .........................................................25 活塞加速度 .......................................................26 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析 ...............................................26 氣體壓力的作用 ...................................................27 慣性力的作用 .....................................................27 作用在活塞上的合力及其分解 .......................................29 小結(jié) ..................................................................32柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析2第 5 章 結(jié)論 ...............................................................33謝 辭 ......................................................................34參考文獻(xiàn) ...................................................................35柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析3第 1 章 緒 論 研究意義柴油機(jī)具備高扭矩、高壽命、低油耗、低排放、熱效率高、功率范圍廣、起動迅速、運(yùn)行安全、維修方便、使用壽命較長等特點(diǎn)，成為解決工程機(jī)械能源問題最現(xiàn)實(shí)和最可靠的手段。因此柴油機(jī)的使用范圍越來越廣，數(shù)量越來越多，同時對柴油機(jī)的動力性能、經(jīng)濟(jì)性能、控制廢氣排放和噪聲污染的要求也越來越高。柴油機(jī)發(fā)動機(jī)的工作過程研究是應(yīng)用的基礎(chǔ)。WD175 型柴油機(jī)是單缸、臥式、四沖程水冷柴油機(jī)，該機(jī)重量輕、體積小、馬力大、耗油省，工作可靠、性能穩(wěn)定、操作維護(hù)方便，適應(yīng)多種用途，可作為小型發(fā)電、排灌、噴灌、收割、脫粒、手扶拖拉機(jī)、小型船舶、機(jī)動三輪車等方面的配套動力，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。所以進(jìn)行柴油發(fā)動機(jī)的工作過程建模與動力分析，改進(jìn)其參數(shù)和結(jié)構(gòu)，以使其更好的服務(wù)于應(yīng)用，具有明顯的實(shí)際意義。 發(fā)展現(xiàn)狀柴油機(jī)雖然已經(jīng)有了百余年的發(fā)展歷史，其技術(shù)也日趨完善，但是他仍然在不斷地發(fā)展和改進(jìn)之中。當(dāng)前大功率柴油機(jī)（包括低速、中速和高速機(jī)）研究和發(fā)展的主要趨勢是：降低柴油機(jī)燃油和潤滑油的消耗；研究在柴油機(jī)上使用非石油產(chǎn)品的代用燃料，以保證石油供應(yīng)枯竭時，柴油機(jī)仍能依靠代用燃料工作；提高柴油機(jī)的可靠性和耐久性；提高柴油機(jī)單機(jī)功率或單缸功率，降低單位功率的重量；采用普通材料，降低生產(chǎn)成本；減少機(jī)型，加強(qiáng)通用化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化工作；簡化維護(hù)和維修工作；加強(qiáng)自動監(jiān)護(hù)和遙控操縱研究；降低噪音、振動、冒煙及排氣中有毒物質(zhì)的排放；加強(qiáng)某些理論的研究工作，例如對燃油霧化、著火過程及反應(yīng)動力學(xué)的研究，對氣缸內(nèi)燃油分布與氣流運(yùn)動的研究，氣缸內(nèi)傳熱問題的研究，氣缸內(nèi)燃燒問題數(shù)學(xué)模擬的研究等。在電子計(jì)算機(jī)用于內(nèi)燃機(jī)研究以前，為了定性估計(jì)內(nèi)燃機(jī)性能，并進(jìn)行有限的定量估算，不得不對內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際熱力循環(huán)給出一些簡化的假定，其中認(rèn)為內(nèi)燃機(jī)的正常運(yùn)行工況一般是穩(wěn)態(tài)的，將工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)看成是一個循環(huán)的算術(shù)平均值等。而在設(shè)計(jì)中則根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和類比，在大量選取參數(shù)的基礎(chǔ)上，對熱力循環(huán)中的幾個特征點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，以便給出數(shù)量上的估計(jì)。這種簡單的熱力計(jì)算雖然能夠得出比較直觀的、可作定性或初步定量分析的數(shù)據(jù)，但卻十分粗略，不能全面地反映內(nèi)燃機(jī)燃燒放熱過程、缸內(nèi)工質(zhì)的流動及傳熱過程、進(jìn)排氣系統(tǒng)中熱力學(xué)和氣體動力學(xué)過程以及與渦輪增壓器的配合性能等，更不能對變化的工況性能進(jìn)行預(yù)算。隨著內(nèi)燃機(jī)性能的不斷提高，產(chǎn)品更新的周期不斷柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析4縮短，采用常規(guī)熱力計(jì)算進(jìn)行這種經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了現(xiàn)代高性能內(nèi)燃機(jī)研制工作的需要。事實(shí)上，內(nèi)燃機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況每瞬時并不是穩(wěn)態(tài)的。隨著大容量電子計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)研究中的應(yīng)用，加上試驗(yàn)技術(shù)和測量儀器以及測試裝備的改進(jìn)，使內(nèi)燃機(jī)在試驗(yàn)和理論研究上有了一個較大的發(fā)展，使內(nèi)燃機(jī)熱力循環(huán)模擬成為可能，使內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)由過去比較粗糙的經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)向著模擬計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)和內(nèi)燃機(jī) CAD 方面過渡，并取得了令人耳目一新的進(jìn)展。那些由內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)所決定的內(nèi)部過程，如燃燒過程、氣體流動過程、熱交換過程以及進(jìn)排氣系統(tǒng)與渦輪增壓器匹配的氣動過程等，有可能在計(jì)算中予以考慮，能夠建立起比較符合實(shí)際的物理模型，通過數(shù)學(xué)模擬予以表達(dá)，求得各熱力參數(shù)隨時間變化的規(guī)律，用以分析內(nèi)燃機(jī)的性能及其影響因素；也能系統(tǒng)地模擬結(jié)構(gòu)參數(shù)、燃燒規(guī)律、配氣相位、進(jìn)排氣系統(tǒng)中的流動阻力、中冷器特性以及渦輪增壓器特性等與內(nèi)燃機(jī)性能間的相互關(guān)系，并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，尋求最佳的方案組合，為內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和性能改進(jìn)提供理論依據(jù)，因而使現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的理論研究建立在一個全新的基礎(chǔ)上 [1]。內(nèi)燃機(jī)熱力循環(huán)模擬，不僅可以計(jì)算設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，而且也可以計(jì)算非設(shè)計(jì)工況和變工況點(diǎn)，估計(jì)環(huán)境參數(shù)變化對內(nèi)燃機(jī)性能的影響，不僅可以計(jì)算內(nèi)燃機(jī)的穩(wěn)態(tài)過程，而且也可以計(jì)算瞬態(tài)過程；研究各結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能參數(shù)與瞬態(tài)響應(yīng)特性的關(guān)系，探求改善瞬態(tài)特性的技術(shù)措施；不僅在內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)階段通過計(jì)算模擬可以進(jìn)行方案的比較，而且在內(nèi)燃機(jī)調(diào)試階段與測試相結(jié)合，可以指明調(diào)整的參數(shù)及其值的大??；同時，在熱力循環(huán)模擬的基礎(chǔ)上還可以進(jìn)行熱力循環(huán)模擬優(yōu)化，使內(nèi)燃機(jī)熱力循環(huán)模擬研究向優(yōu)化設(shè)計(jì)推進(jìn)一步 [2]。用于內(nèi)燃機(jī)研究的軟件有很多，例如：VB、VC、FORTRAN、MATLAB 等等，但目前應(yīng)用最廣泛的是 MATLAB 語言。因?yàn)?MATLAB 的語法規(guī)則與結(jié)構(gòu)化高基編程語言如C 語言等大同小異，而且使用更為簡便，具有一般語言基礎(chǔ)的用戶很快就可以掌握。使用MATLAB 編程運(yùn)算與人進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的思路和表達(dá)方式完全一致，猶如在演算紙上排列出公式與求解問題。本文的所有程序均是由 MATLAB 語言編寫的，最后的結(jié)果也是在MATLAB 中運(yùn)行得出的。 研究方法與內(nèi)容先采用實(shí)測法獲取現(xiàn)有柴油發(fā)動機(jī)的數(shù)據(jù)，然后通過簡單的常規(guī)熱力學(xué)模擬各工況下燃燒室內(nèi)燃料燃燒的熱力學(xué)過程，再分析柴油發(fā)動機(jī)的運(yùn)動和受力，最后編制軟件對發(fā)動機(jī)的性能進(jìn)行仿真。主要研究內(nèi)容有：(1) 柴油發(fā)動機(jī)的熱力學(xué)分析；(2) 柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)分析，建立發(fā)動機(jī)工作過程的具有氣、固耦合的動力學(xué)模型；柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析5(3) 用 MATLAB 語言編制仿真軟件，對柴油發(fā)動機(jī)工作過程建模與動力分析，提出改進(jìn)建議。第 2 章 柴油機(jī)的熱力學(xué)分析 柴油機(jī)的理論熱循環(huán)柴油機(jī)是熱力發(fā)動機(jī)，