195柴油机零部件的设计(活塞连杆曲轴的设计.docx

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1、碑陶专陶毕业设计（论文）课题名称195柴油机零部件的设计（活塞连杆曲轴的设计）学生姓名学号1系、年级专业机械与能源工程系2010级车辆工程指导教师职称摘要本次设计主要是研究如何提高单缸柴油机的性能，在185柴油机的基础上做出相应的改进,针对185柴油机功率不足的问题，采取扩大气缸直径，增加活塞行程的方法来改善其动力性能，将185柴油机的气缸直径由80mm改至95mm,活塞行程由90改至115mm,得195型号柴油机，并对其工作过程进行了热力学计算，得到各种经济技术指标，然后对其进行了动力计算，得到各种动力性指标，其次对其主要零部件（活塞组、连杆组、曲轴组）进行了结构设计，详细设计并计算了其尺寸

2、，最后利用ansys有限元分析对其进行了校核，力使柴油机性能达到较好水平，结构力争紧凑。关键词：活塞；连杆；曲轴；零部件设计；有限元分析；ABSTRACTSThisdesignmain1yistostudyhowtoimprovetheperformanceofthesing1ecy1inderdiese1engineonthebasisof185diese1enginetomakethecorrespondingimprovement,aimingattheprob1emofshortageof185diese1enginepower,toexpandthecy1inderdiameter,

3、toincreasepistonstrokemethodstoimproveitsdynamicperformance,the185diese1enginecy1inderchangefrom85mmto95mmindiameter,pistonstrokefrom90to115mm,195typediese1engine,anditsworkingprocessisthethermodynamicca1cu1ation,geta11kindsofeconomicandtechnica1index,thenthedynamicca1cu1ationwascarriedout,getavarie

4、tyofperformanceindicators,thesecondforitsmainparts(piston,connectingrod,crankshaft,group)forthestructuredesign,detai1eddesignandca1cu1ateitsdimensions,fina11yusingansysfinitee1ementana1ysisonthechecking,achieveagood1eve1offorcetomaketheengineperformance,strivetocompactstructure.Keywords：piston；conne

5、ctingrod；crankshaft；Partsdesign；finitee1ementana1ysis；摘要IABSTRACTSH1 绪论12 柴油机工作过程的热力学计算22.1 原始参数22.2 选取参数32.3 计算参数33 柴油机动力计算53.1 已知原始数据53.2 动力计算64 活塞组的设计94.1 活塞的选型94.2 活塞的基本设计104.3 活塞销的设计175 连杆组的设计185.1 连杆的结构类型185.2 连杆的基本设计195.3 连杆小头设计205.4 连杆杆身215.5 连杆大头225.6 连杆强度的计算校核236 曲轴组的设计256.1 曲轴的选型256.2 曲轴主

6、要尺寸设计及计算266.3 曲柄的选择266.4 平衡重的设计276.5 油道设计及油孔位置276.6 曲轴的校核28结论错误!未定义书签。参考文献32致谢331绪论自1860年首台内燃机诞生以来，经过了一百多年的发展，它给人们带来了巨大的便利，它极大地促进了生产力，提高了我们的生活水平，它已成为人类文明不可缺失的一部分。但是，人类追求进步的脚步并不会戛然而止，内燃机的发展还远远没有达到其巅峰，在动力性、经济性和排放性方面还在不断地改进。传统柴油发动机的特点：热效率和经济性较好，柴油机采用压缩空气的办法来提高空气温度,使空气温度超过柴油的自燃点，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火

7、燃烧。因此，柴油发动机无需点火系统。同时，柴油机的供油系统也相对简单,因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机，同时在相同功率的情况下，柴油机的扭矩大，最大功率时的转速低，适合于载货汽车的使用。进入20世纪后期，由于柴油车废弃污染物的排放法规和汽油车一样日趋严格,同时改善柴油机经济性的要求也进一步提高，面对能源枯竭和环境污染的问题，如何提高内燃机的经济性和排放水平，是国内外研究的重点。随着人们环保意识的增强，欧洲柴油机汽车迅速增长，这种发展趋势不仅体现在欧洲，而且也体现在全世界。几个月以前做的一次调查显示，全

8、世界轻型柴油汽车的销量到2015年将从2004年的1250万辆增加到2700万辆，其中60%是欧洲以外的汽车市场销售，主要增长来自北美洲，轻型货车和桥车的销售比例在未来12年将从目前的4.5%提高到16%0欧洲在柴油机上拥有大量的技术优势，柴油机燃油经济性较好，供油充分，寿命长，结构紧凑。我国是世界上单缸柴油机产量，厂家和品种最多的国家。但产品设计落后，跟不上国际水平，我国目前有一般机型60、70年代设计的，绝大多数采用分隔式燃烧室，转速多在2600rmin一下，缸径80mm以下的直喷机型较少，我国研发新产品能力较差，周期长，技术总体水平与国外相差10-20年。2柴油机工作过程的热力学计算2.

9、1 原始参数(1) 柴油机型号：S195；(2) 增压方式：非增压；(3) 燃烧室型式：涡流式；(4) 气缸数：Z:1；(5) 冲程数7：4；(6) 气缸直径D：95mm；(7) 活塞行程S：115mm；(8) 排量：0.8151；(9) 标定转速：2000r/min；(10) 标定功率Nj8.82kw(11)额定功率时最低燃油消耗率：248gkw.h;(12)怠速转速：800r/min；(13) 压缩比：17；(14)净质量：140kg；(15)冷却方式：水冷；(16)润滑方式：压力润滑+飞溅润滑；(17)燃料重量成分：0.86C0.13H0.010;(18)启动方式：电启动；(19) 燃料

10、低热值Hu：10140kJkg;(21)燃料低热值H11：10140kJkg:(22) 环境压力Po：1O1Mpao(23) 空气气体常R：29.27;2.2 选取参数(1) 最高爆发压力2：75Mpa;(2) 过量空气系数a：1.30；(3) 残余废气系数九：0.04；(4) 进气系统压力P,：IMPa；(5) 进气受热增加温度AT：20C；(6) 排气温度7；：800K；(7) 排气管压力Pj1IMPa；(8) 压缩多变指数修：1.368；(9) 膨胀多变指数叫：122;(10)机械效率/：0.73；(11)示功图丰满系数%：0.95；(12)热量利用系数J：0.7；(13)扫气系数化：1

11、.0；(14) 压缩始点压力p.:0.85Mpa;(15)进排气重叠角：2.3 计算参数(1) 汽缸工作容积：Vh=-D2S=-0.09520.115=0.000815n3；44(2) 压缩终点容积：.=0000815=0.000051m3；C-17-1(3) 燃烧1公斤燃料理论所需空气量:1G=1(CHO1112+T_32=495InoI/kg；(4) 进气充量公斤摩尔数：M1=1.3495=643.5mo1/kg；(5) 燃烧产物公斤摩尔数：M2=Z+=676.1mo1ks(6) 理论分子变更系数：o=1O5；陷(7) 实际分子变更系数：=幺吐%=1.048；1+九(8) 进气系统温度：T

12、s=Tq=293K;(9) 压缩始点温度：7；/+AT+/=332K;1+九(10) 压缩终点气缸压力：pc=pa,a=40.97Mpa；(11) 压缩终点温度：(=7i=942K;(12) 压力升高比：4=匹=1.83；Pc(13) 定容燃烧终点温度：4=T=1724K;卜=223OK(14) =-Ju;+(A1),+1.986(-1).524(2-(2),以IM。+%)其中(UCP)m查柴油机设计手册上册可知等于8.5,所以Tz=2230K;(15) 初期膨胀比：p=1.358；Tc(16) 膨胀终点气缸压力：pb=pc(-)n2=1.885M/?6f；(17)燃烧终点气缸容积：=pVc=

13、O.OO7n3；(18)膨胀终点温度：Th=71(1=1279C;(19)理论平均指示压力：Pi(p-1)+-1-(-)21(1q-)-%I1g11=959Mpa；(20)实际平均指示压力：pi=fp,i=9.11MPa；(21)平均有效压力：pe=Pi=ZOOMpa;(22)有效功率：Pe=-=12.7K;(23)充量系数：/=-2U=0.766；-1pzT1t+r(24) 指示热效率：i=1.986MPZ=0.439；HUtIvPs(25) 有效热效率：e=mi=0.320；(26)有效燃油消耗率：ge=632000=194.8g/KW；(27) 进气流量：Gs=WP黄1。合Z%=0.02

14、0%gsO3柴油机动力计算27.1 知原始数据气缸直径D：95mm；活塞行程S：115mm；曲柄半径R：57.5mm；连杆长度/：210mm；曲柄半径与连杆长度之比=0.274；曲轴旋转得角速度。=2=209.3%/530活塞的平均速度g=-=7.67ms;,n3027.2 力计算运动分析和动力计算(1)运动参数的计算活塞运动规律计算公式：活塞位移：X=r1-cos+-(1-a1-2sin2)活塞速度公式：V=r69(sin+jsin2)活塞加速度：a=(COSe+4COS20)/Q2连杆摆角：=arcsin(sina)以上个参数具体位置见图3/曲柄连杆机构简图计算活塞在一个循环内的运动规律，结果如表3-2所示。活塞运动规律的曲线图，如图3-3所示。图3-1曲柄连杆机构简图表3-2S195柴油机活塞运动规律计算表曲轴转角Oc)连杆摆角户()x(mm)v(ms)a(tns2)00.000.000.003230.04102.731.112.663149.64205.374.395.192914.68307.879.687.472543.174010.1416.739.392063.065012.1125.2110.881509.396013.7234.741