【正文】 在畢業(yè)設(shè)計完成之際，謹(jǐn)向 任老師 致以最崇高的敬意和衷心的感謝！ 謹(jǐn)向其他幫助和關(guān)心我的老師和同學(xué)表示誠摯的謝意！ 最后，感謝 惠民電大 為我的畢業(yè)設(shè)計提供優(yōu)越的條件！對辛勤培養(yǎng)我的各位老師表示最誠懇的敬意和感激之情！ 柴油 發(fā)動機(jī) 及其曲柄連桿機(jī)構(gòu) 動力分析 36 參考文獻(xiàn) [1] 周龍保，劉巽 俊，高宗英 .內(nèi)燃機(jī)學(xué) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx， 7： 36～ 38. [2] 劉永長 .內(nèi)燃機(jī)熱力過程模擬 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx： 53～ 58. [3] 吳兆漢 .內(nèi)燃機(jī)設(shè)計 .北京：北京理工大學(xué)出版社， 1990： 75～ 76. [4] 蔣德明 .內(nèi)燃機(jī)原理 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1988： 4951. [5] 陸耀祖，田維鐸主編 . 內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理 . 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 1986： 134～139. [6] 李飛鵬 .內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理 .北京：中國鐵道出版社， 1992， 4： 18～ 20. [7] 劉穎 .柴油 機(jī)原理 .武昌：華中工學(xué)院出版社， 1984： 43～ 45. [8] 鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院編 .內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造 .北京：中國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計出版社， 1981： 138～ 142. [9] 宋守信主編 . 內(nèi)燃機(jī)增壓技術(shù) . 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社， 1993： 116～ 124. [10] 徐瀛 .機(jī)械設(shè)計手冊（ 1~5） .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1991： 63～ 64. [11] 濮良貴主編 .機(jī)械設(shè)計 (第 5 版 ). 北京：高等教育出版社， 1989： 286～ 289. [12] 張繼忠，張鐵柱，戴作強(qiáng)等 . 內(nèi)燃式柱塞泵原理方案設(shè)計 . 中國機(jī)械工程， 20xx，（ 21）：18811885 [13] 陳秀寧，施高義 .機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 .杭州：浙江大學(xué)出版社 ,1995： 81～ 82. [14] 劉鴻文 .材料力學(xué) .北京：高等教育出版社 ,1992： 74～ 76. [15] 柴油機(jī)設(shè)計手冊編輯委員會編 .柴油機(jī)設(shè)計手冊 .北京：中國農(nóng)業(yè)出版社， 1984： 86～89. [16] 陳家瑞 .汽車構(gòu)造（上、下冊） .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,20xx： 147～ 148. [17] 張鐵柱，張繼忠，張洪信等 .直線內(nèi)燃式動力裝置綜述 .山東機(jī)械 ,20xx,(1):8～ 12,17. [18] 張鐵柱， 張洪信，張繼忠等 . 約束活塞型內(nèi)燃式柔性動力系統(tǒng) . 內(nèi)燃機(jī)科技（中國內(nèi)燃機(jī)學(xué)會 20xx 年學(xué)術(shù)年會會議論文集，特邀報告） . 武漢：華中科技大學(xué)出版社， 20xx：92～ 95. 。 柴油 發(fā)動機(jī) 及其曲柄連桿機(jī)構(gòu) 動力分析 35 謝 辭 本課題是在 惠民電大任光利 老師的 細(xì) 心指導(dǎo)下完成的。油門開度為 30%～ 100%，轉(zhuǎn)速為 1200r/min～ 3400r/min 的工況內(nèi)，運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻度為 %～,平均為 %；燃油消耗率為 ～ ；機(jī)械效率為 %～81%；輸出功率為 ～ ， 絕大多數(shù)工況下的經(jīng)濟(jì)性、動力性較好。 柴油 發(fā)動機(jī) 及其曲柄連桿機(jī)構(gòu) 動力分析 34 第 5 章 結(jié)論 對 柴油發(fā)動機(jī) 的熱力學(xué) 過程進(jìn)行了 分析 ；建立了其 工作過程的具有氣、固耦合的動力學(xué)模型；用 Matlab 語言編制仿真軟件，對 柴油發(fā)動機(jī) 的 工作過程 受力 特征，及動力性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了 分析。圖 410 為兩力的合力曲線關(guān)系。 (a) 曲柄銷所受切向力 (b) 曲柄銷所受徑向力 柴油 發(fā)動機(jī) 及其曲柄連桿機(jī)構(gòu) 動力分析 33 圖 49 曲柄銷中心切向、徑向受力特性曲線 圖 410 曲柄銷中心所受合力特性曲線 圖 49 (a)所示，曲柄銷所受切向力是由連桿的所受力所傳遞過去的，此力對主軸頸中心簡化后將得到一力偶，即柴油機(jī)的指示扭矩。 額定工況點(diǎn) R175 單循環(huán)輸出扭矩如圖 48 所示。這一力矩不可能在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部平衡掉，而只能由內(nèi)燃機(jī)支承來承受，因而它是使內(nèi)燃機(jī)整機(jī)不平衡的因素。也就是說當(dāng)內(nèi)燃機(jī)曲軸向外輸出力矩 T 時也受到一個與外界輸出力矩大小相同的反作用力矩 kT 。cF 大小相等而方向相反，這樣就構(gòu)成了一個與方向相反的力偶 kT ，其值為 ? ?? ? TRFRFhFhFT ck????????????????????c o ss i ns i ns i nt a nt a n 上式說明， cF 和 39。139。 cc FFFF ??? ?? s ins in 139。39。F 和垂直于氣缸中心線的 39。 下式表 39。1F 和 1F 與 39。1F 。nF 又和 39。切向力 tF 與 39。 (2) 合力 F 的分解 由于連桿的擺動， F 除了對連桿產(chǎn)生拉壓力 1F 以外，還對氣缸壁產(chǎn)生側(cè)向力 cF ，這時可得 ?cos/1 FF ? （ 49） ?tanFFc? （ 410） 力 cF 使氣缸在連桿傾斜時受到活塞的側(cè)向推壓，故稱為側(cè)向力。 作用在活塞上的合力及其分解 WD175 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的力和力矩如圖 46 所示 [23]。 1jF稱為一級往復(fù)慣性力（簡稱一級慣性力），它是曲軸轉(zhuǎn)角的余弦函數(shù)，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，它變化一個周期； 2jF 稱為二級往復(fù)慣性力（簡稱二級慣性力），它是曲軸轉(zhuǎn)角二倍的曲線函數(shù)，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，它變化兩個周期。 圖 45 活塞往復(fù)慣性力 jF 的方向與活塞加速度方向相反（公式中負(fù)號表示）。 jm 為集中到活塞銷中心處并作往復(fù)直線運(yùn)動的質(zhì)量，它等于活塞組質(zhì)量與簡化到連桿小端的連桿組質(zhì)量之和。 慣性力的作用 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力有兩種：一種是由往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量 jm 所產(chǎn)生的慣性力，簡稱往復(fù)慣性力，以 jF 表示；二是由旋轉(zhuǎn)質(zhì)量 rm 所產(chǎn)生的慣性力，簡稱旋轉(zhuǎn)慣性力或離心力，以 rF表示，如圖 44 表示 [22]。p ），即分別取決于 gp 和 39。p —— 曲柄箱內(nèi)的氣體壓力（ kPa） 。 柴油 發(fā)動機(jī) 及其曲柄連桿機(jī)構(gòu) 動力分析 28 氣體壓力的作用 作用在活塞上總的氣體壓力 gF 等于活塞上下倆側(cè)空間內(nèi)的氣體壓力差與活塞頂面積的乘積： ? ? 639。 氣體壓力和慣性力是曲柄連桿機(jī)構(gòu)中最主要的也是數(shù)值最大的力，它們應(yīng)當(dāng)與每一瞬時的外界反作用力相平衡，同時也是曲柄連桿機(jī)構(gòu)各零件受載的主要原因。 當(dāng)內(nèi)燃機(jī)工作時，在曲柄連桿機(jī)構(gòu)中 的 作用力 有 ： （ 1） 氣缸中氣體壓力； （ 2） 運(yùn)動質(zhì)量的慣性力； （ 3） 外界負(fù)荷對內(nèi)燃機(jī)的阻力； （ 4） 相對運(yùn)動件表面的摩擦力等。 柴油 發(fā)動機(jī) 及其曲柄連桿機(jī)構(gòu) 動力分析 27 圖 42 額定工況點(diǎn)單工作循環(huán)活塞速度 活塞加速度 將活塞的速度 v 對時間求導(dǎo)數(shù)，即得活塞的加速度 j dtdddvdtdvj ?? ??? )2co s(co s2 ???? ?? r (44) WD175 柴油機(jī)的活塞加速度曲線如圖 43 所示， 由圖 43 可見，活塞的加速度隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系曲線近似為弦函數(shù)曲線。 dtdddxdtdxv ?? ??? )2s in2( s in ???? ?? r (43) 活塞平均速度 )/(30 smSnCm ? WD175 柴油機(jī)的活塞速度曲線如圖 42 所示。 用 MATLAB 語言編制系統(tǒng)仿真軟件，計算得到 柴油發(fā)動機(jī) 額定工況 n=2600r/min、α=100%下的 數(shù)據(jù)為： 發(fā)動機(jī)機(jī)械效率： 發(fā)動機(jī)指示熱效率： 44% 發(fā)動機(jī)燃油率： % 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動不均勻度： % 發(fā)動機(jī)輸出功率： WD175 曲軸與軸瓦之間摩擦系數(shù)為 μc= WD175 活塞與缸套之間摩擦系數(shù)為 μp=[20] 小結(jié) 本章 經(jīng)對影響柴油機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，有利于今后在維修、保養(yǎng)、調(diào)整和使用中，揚(yáng)長避短，盡可能的提高其動力性和經(jīng)濟(jì)性，提高工作效率和效益，使其優(yōu)質(zhì)、高效、低耗地 發(fā)揮作用。 (6) 采用二沖程來提高升功率 由式（ 328）可知，采用二沖程可以提高升功率。 (5) 提高發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率 提高發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率可使其動力性和經(jīng)濟(jì)性有所提高。 (4) 提高發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速 提高發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速即增加單位時間內(nèi)每個氣缸作功的次數(shù)，從而提高內(nèi)燃機(jī)的功率輸出。 (3) 提高氣缸的充量系數(shù) c? 同樣大小的氣缸 容積，如能吸入更多的空氣，則將允許進(jìn)入更多的燃料，就可獲得更多的有用功。 (2) 合理組織燃燒過程 以提高工作循環(huán)的指示熱效率 it? ，并求得最大限度利用氣缸內(nèi)的空氣。同時，它還是改善經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約原材料、降低排氣污染最有效的一項(xiàng)技術(shù)措施。 提高柴油機(jī)動力性能和經(jīng)濟(jì)性能的主要措施 為了分析提高柴油機(jī)動力性能和經(jīng)濟(jì)性能的各種措施，可先分析影響單位氣缸工作容積的輸出功率，即升功率 LP 的各種因素 [18]。 Ng 值小，表明發(fā)動機(jī)的質(zhì)量輕、而功率大。 ebN NGg ? (kg/kw) (326) 式中 G—— 發(fā)動機(jī)整機(jī)質(zhì)量（ kg）； ebN —— 發(fā)動機(jī)的標(biāo)定功率（ kW）。目前，四沖程中小功率柴油機(jī)的強(qiáng)化系數(shù) pmeCm/τ 一般為 ~15。 強(qiáng)化系數(shù) 平均有效壓力 mep 和活塞的平均速度 mC 的乘積通常為強(qiáng)化系數(shù)，如果考慮沖程系數(shù) ?的影響，則可寫成 pmeCm/τ 。 活塞平均速度是表征發(fā)動機(jī)高速性的指標(biāo)，它對發(fā)動機(jī)的性工作可靠性及使用壽命都有很大的影響。 標(biāo)志柴油機(jī)整機(jī)性能的其他參數(shù) 為了從各個不同的 角度反映柴油機(jī)的整機(jī)性能，還采用其他一些參數(shù)。 則 001 lVlmgasscab ???? ?? （ kg） 得每循環(huán)加熱量 Q 為 0lVHgQasscub ? ???? （ kJ） （ 323） 式中 0la? —— 燃燒每公斤燃料實(shí)際充入汽缸的空氣量（ kg）； uH —— 燃燒低熱值（ kJ/kg）。 在柴油機(jī)中，因燃料難以與空氣均勻混合，所以需要多供給些空氣，往往 a? 〉 1?；旌蠚庵锌諝赓|(zhì)量與燃油質(zhì) 量之比稱為空燃比? ，即 燃油質(zhì)量空氣質(zhì)量?? 按照化學(xué)反應(yīng)方程式的當(dāng)量關(guān)系，可求出 1kg 汽油完全燃燒所需空氣質(zhì)量約為 ，按此比例的混合氣的空燃比 ? =，稱為理論混合氣。因此，為了評定內(nèi)燃 機(jī)工作過程中混合氣的濃稀程度，常引用過量空氣系數(shù) a? 這一概念。 充量系數(shù)是用來表征內(nèi)燃機(jī)實(shí)際換氣過程進(jìn)行的完善程度的一個重要參數(shù)。 進(jìn)氣狀態(tài)是指進(jìn)氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)。 柴油 發(fā)動機(jī) 及其曲柄連桿機(jī)構(gòu) 動力分析 20 s11c VVmmsh ??? （ 321） 式中 m V1—— 分別為實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量的質(zhì)量、在進(jìn)氣狀況下所占有的體積。 根據(jù)吸入空氣量計算平均有效壓力 為了導(dǎo)出吸入空氣量計算平均有效壓力的公式，先給出 兩 個重要定義 [16]。h)] 二沖程汽油機(jī) et? =～ eb =410～ 545 [g/(kWh)] 高速柴油機(jī) et? =～ eb =215～ 285 [g/(kW eb 、 et? 可根據(jù)實(shí)測 eP 、 B 計算出來，其大致范圍： 低速柴油機(jī) et? =～ eb =190～ 225 [g/(kW Q mie ?? WQW et ?? (318) 將公式（ 35）代入得 mitet ??? ? 與前述 it? 一樣，可得 6et 10b ??ue H? eb 可寫為 柴油 發(fā)動機(jī) 及其