【正文】 .................................................................. 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)《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 1 25KW 四行程汽油機(jī)活塞組設(shè)計(jì) 前言 上 學(xué)期我們專業(yè)學(xué)習(xí)了 《汽車 設(shè)計(jì)》這門最重要的專業(yè)課之一。 學(xué) 號(hào)： 311104002206 課程設(shè)計(jì) 題 目 25kW 四沖程汽油機(jī)活塞組設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械與動(dòng)力 工程學(xué)院 專 業(yè) 車輛 工程 班 級(jí) 車輛 11—— 1 班 姓 名 指導(dǎo)教師 20xx 年 4 月 2 日 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 專業(yè)班級(jí)： 車輛 11—— 1 班 指導(dǎo)教師： 工作單位： 機(jī)械與動(dòng)力 工程學(xué)院 題 目 : 25kW 四沖程汽油機(jī)活塞組設(shè)計(jì) 初始條件： 平均有效 壓力： ~ 活塞平均速度： 18m/s 要求完成的主要任務(wù) : 裝配圖設(shè)計(jì)。為了鞏固和提高，我們又開展了為期 4 周的 《汽車 設(shè)計(jì)》的課程設(shè)計(jì)。 我們要充分利用這次課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，了解國內(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)。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。 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%。 升功率 LKWnPP mel / * ?? ? 曲柄半徑與連桿長度之比λ的選取 由于λ =r/l 的范圍在 之間。 3 熱力學(xué)計(jì)算 燃燒過程 數(shù)學(xué)模型 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，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)過程稱為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)。 2） 假設(shè)工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán)。 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)。 3310*33..0 mV b ?? 。 調(diào)整后的 PV圖見圖 2： 武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 7 圖 2 熱力學(xué)平均有效壓力校核 由熱力學(xué)計(jì)算所繪制的示功圖為理論循環(huán)的示功圖，其圍成的面積表示的是汽油機(jī)所做的指示功 iW 數(shù)值由對(duì)示功圖積分后求得的面積來表示 其中 = 0. 3 , = 0. 09 。 所給定的結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求（ Pme＝ ～ ， Pe＝ 45kw） ， 所以校核合格。由于已知了曲軸轉(zhuǎn)角α和活塞位移 X 的關(guān)系式，又因 253+10 4 XDV ? ??? ，則可 以在 EXCEL 表格中，求取出相應(yīng)轉(zhuǎn)角α?xí)r對(duì)應(yīng)氣缸容積 V。如圖 6： 圖 6P? 往復(fù)慣性力 分析機(jī)構(gòu)的慣性力時(shí)，通常將連續(xù)分布質(zhì)量的實(shí)際活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)離散成用往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的動(dòng)力學(xué)等效當(dāng)量系統(tǒng)來分析 ，往復(fù)慣性力的產(chǎn)生是由于 活塞和連桿小頭的質(zhì)量在武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 12 活塞瞬時(shí)速度的不均勻條件下產(chǎn)生的。 活塞 其中 D—— 為活塞的外徑， D=70mm t—— 為活塞的厚度， t= H—— 為活塞的高度， H=(~)D，取 H=70mm ?—— 為活塞的密度，在此處用共晶鋁硅合金 661，密度為 其中 L—— 為連桿的長度， L=125 l—— 為連桿質(zhì)心到連桿大頭的距離 m—— 為連桿的質(zhì)量 經(jīng)過估算得到 mj = m2+m1=320g。 1jpmm?＝ m 2 ( sin 2 sin 2 )jPr ? ? ? ?? ? ? 2rrK m r?? 隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，具體的計(jì)算數(shù)據(jù)見后附錄。 作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)上的力：氣體壓力于往復(fù)慣性力兩者作用在氣缸中心線上，將往復(fù)慣性力也用單位活塞面積的壓力來計(jì)算，則合成的單位面積的力為 2 ( sin 2 sin 2 )g j g hP P P P F r ? ? ? ?? ? ? ? ? （ 8） 其中分解后得到其他的力側(cè)壓力 Pn、連桿力 Pl、切向力 t、 徑向力 k、單缸扭矩 Mi。 取整得到如下結(jié)果 ： 缸徑、行程、轉(zhuǎn)速參數(shù) 表 Pme(mpa) Vm（ m/s） S/D D(mm) S(mm) n(r/min) Vs(L) Vc(L) Va(L) 1 70 70 所示的結(jié)果得到發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。共晶鋁硅合金具有滿意的綜合性能，工藝性良好，應(yīng)用最為廣泛。 壓縮高度 H1 參考文獻(xiàn) [1]， H1=； 選擇 H1 =35mm。第一道環(huán)的環(huán)岸高度 b1 一般為 ～ （ c 指環(huán)槽高度），第二道環(huán)的環(huán)岸高度 b2為 1～ 2c。 為改善散熱狀況，活塞頂與側(cè)壁之間應(yīng)該采用較大的過度圓角，一般取 R=~。 裙部橢圓 將裙部設(shè)計(jì)成橢圓。其錐度視發(fā)動(dòng)機(jī)的不同而不同，一般為 ～ 。簡(jiǎn)化如圖 11。因而活塞銷座和活塞銷的 設(shè)計(jì)必須保證足夠的強(qiáng)度、足夠的承壓面積和耐磨性?；钊N內(nèi)徑 d2 =13。所以，不論在銷與銷座之間，還是在銷與連桿之間，承壓面積都很小，表面比壓很高。于是，在裝配狀態(tài) (冷態(tài) )，銷與銷座則有 (1~3) 104d的過盈，以補(bǔ)償鋁合金活塞銷孔在工作時(shí)較大的熱膨脹。 活塞銷質(zhì)量 m3 m=134g 活塞銷剛度和強(qiáng)度的校核 為保證活塞銷和銷座的可靠工作，需校核活塞銷的彎曲變形，失圓變形，銷座上的表面壓力和活塞銷的應(yīng)力。 活塞銷的縱向彎曲應(yīng)力： ? ? ? ? 22 221 1 216 / 1 N m m?? ???? ? ? ?? ?? 活塞銷的橫向彎曲應(yīng)力： ? ? ? ? 22 221 1 216 / 1 N m m?? ???? ? ? ?? ?? 所以總彎曲應(yīng)力： 2212? ? ???=在許用應(yīng)力 200 到 400 N/mm2之間，滿足要求。一般要求通過環(huán)組的竄氣量不超過總進(jìn)氣量的 %，機(jī)油消耗量不超過燃油消耗量的 %。 為減小活塞組與氣缸之間的漏氣通路，活塞環(huán)的外周面必須以一定的彈力op與氣缸壁緊密貼合，形成第一密封面。只要在整個(gè)環(huán)周上還剩下一個(gè)哪怕是很小的彈力，被密封氣體就會(huì)自行幫助密封，而且要密封的氣體壓力越高，附加的密封力也越大。環(huán)帶部分與氣缸的間隙應(yīng)盡可能小。但這種環(huán)磨合性較差，作用在活塞環(huán)上的力及其密封面密封性不理想。 錐面環(huán) (圖 119c)外周面具有很小的斜角 (一般為06~03 ??)，它新裝入氣缸時(shí)與氣缸線接觸，磨合快，下行時(shí)有良好的刮油作用。裝這種環(huán)的活塞在氣缸中工作時(shí)的側(cè)向位移使環(huán)與環(huán)槽側(cè)面間的間隙不斷變化，可防止環(huán)槽中機(jī)油結(jié) 膠甚至碳化，適用于熱負(fù)荷較高的柴油機(jī)作為第一環(huán)。 氣環(huán)的尺寸參數(shù) 在保證密封的前提下，活塞環(huán)的數(shù)目應(yīng)盡可能少，因?yàn)闇p少環(huán)數(shù)可縮小活塞高度，減輕活塞質(zhì)量，減小發(fā)動(dòng)機(jī)總高度，降低發(fā)動(dòng)機(jī)摩 擦損失。過小的 使環(huán)和環(huán)槽的加工困難。 環(huán)槽深度取 =63mm 活塞環(huán)的材料 活塞環(huán)是內(nèi)燃機(jī)中磨損最快的零件，因此適當(dāng)選擇材料和表面處理工藝十分重要。最常用的耐磨層為鍍鉻和噴鉬。噴鉬環(huán)主要用 于增壓強(qiáng)化柴油機(jī)的第一環(huán)。 為了能在高速運(yùn)動(dòng)中對(duì)抗機(jī)油的流體動(dòng)壓力刮下機(jī)油，只留下很薄的油膜，油環(huán)工作面的著壁壓力應(yīng)足夠大。用具有切向彈力的螺旋襯簧的鑄鐵油環(huán)可使壁壓達(dá)到 以上，即使環(huán)的外圓磨損，壁壓也比較穩(wěn)定，因?yàn)楸趬褐饕梢r簧產(chǎn)生。 上述兩種單體油環(huán)與環(huán)槽不可避免地有側(cè)向間隙，在環(huán)正常軸向移動(dòng)或顫振而懸浮在環(huán)槽中間時(shí)，機(jī)油可能通過側(cè)隙上竄。還應(yīng)注意環(huán)槽須有面積足夠的泄油通道，以免回油受節(jié)流造成過高動(dòng)壓，使油環(huán)浮起。 小結(jié) 通過這次我們親身的設(shè)計(jì)實(shí)踐，讓我們對(duì)這些專業(yè)課的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論能有進(jìn)一步的 理解和掌握。 。 參考文獻(xiàn) [1] 徐兀．汽車發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)．北京：人民交通出版社， 1981． [2] 朱仙鼎 ．中國內(nèi)燃機(jī)工 程師手冊(cè)．上海： 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 ， 20xx． [3] 楊連生．內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)．北京：中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社， 1981． [4] 唐增寶，何永然，劉安?。畽C(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)．武漢：華中科技大學(xué)出版社， 1999． [5] 周龍保．內(nèi)燃機(jī)學(xué)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx． 武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 28 [6] 吳兆漢．內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)．北京：北京理工大學(xué)出版社， 1990． [7] 沈維道．工程熱力學(xué)．北京：高等教育出版社， 20xx． 附錄 附表一 一 些需要的數(shù)據(jù) 活塞行程 s (mm) 活塞直徑 D (mm) 轉(zhuǎn)速n(r/min) 往復(fù)慣性質(zhì)量 mj(kg) (kg) 壓縮比 ε 余隙容積 vc(L) 70 70 10 武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 29 曲柄半徑r(cm) 連桿長度 ｌ(cm) 半徑 /長度λ 曲柄角速度ω (rad/s) 進(jìn)氣壓力 pa （ Mp) 壓力升高比 35 125 4 多變指數(shù) n1 多變指數(shù) n2 活塞面積Fh（ cm2) 氣缸工作容積 +余隙容積（ L） 排量 （ L） 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì) 量 mr(kg) 154 附表二 PV 圖計(jì)算表 絕熱壓縮行程 定容加熱過程 絕熱膨脹過程 定容換氣過程 修正曲線 30 30 30 300 30 40 30 40 300 31 50 30 50 300 32 60 30 60 300 33 70 30 70 300 34 80 30 80 300 35 90 30 90 300 36 100 30 100 300 3