汽油机活塞说明书

目录

1 汽油机基本参数选择 (2)

1.1 内燃机基本设计要求 (2)

1.2 汽油机基本结构参数选用 (2)

2 汽油机的近似热计算 (4)

2.1 燃料燃烧热化学计算 (4)

2.2 换气过程计算 (5)

2.3 压缩过程计算 (5)

2.4 燃烧过程计算 (6)

2.5 膨胀过程计算 (9)

2.6 示功图绘制 (9)

2.7 汽油机性能指标计算 (10)

3 活塞的设计 (12)

3.1 活塞的工作条件 (12)

3.2 活塞的设计要求 (12)

3.3 活塞的材料 (12)

3.4 活塞的主要尺寸设计 (12)

3.5 活塞二维图的绘制 (13)

3.6 活塞三维实体建模 (13)

4 汽油机的动力计算 (25)

4.1 活塞位移、速度、加速度的计算 (25)

4.2 曲柄连杆机构动力分析 (26)

4.2.1 作用力分析 (26)

4.2.2 曲柄销载荷和连杆轴承载荷 (28)

参考文献 (29)

1 汽油机基本参数选择

1.1内燃机基本设计要求

设计一台新的四冲程非增压汽油机，必须提出设计指标。 1、功率Pe

有效功率是汽油机基本性能指标。Pe 由汽油机的用途选定，任务书已经指定所需汽油机有效功率Pe=86 kw 。 2、转速n

转速的选用既要考虑被汽油机驱动的工作机械的需要，也要考虑转速对汽油机自身工作的影响。任务书已经指定所需汽油机转速n=6000 r/min 。 3、冲程数τ

本设计中的车用汽油机都采用四冲程，即τ=4。 4、平均有效压力Pme

平均有效压力Pme 表示每一工作循环中单位气缸工作容积所做的有效功，是汽油机的强化指标之一，一般车用汽油机的平均有效压力为0.9 MPa ～1.2 MPa ，这里取Pme= 0.9 MPa 。

5、有效燃油消耗率be

这是汽油机最重要的经济性指标。四冲程车用汽油机250g/(kw ·h)～380g/(kw ·h)。 6、可靠性和寿命

可靠性和寿命是车用汽油机的基本要求之一，设计时必须提出具体指标，但本课程设计从略。此外，设计指标还可能包括造价、排污、噪声等方面的因素。

1.2 汽油机基本结构参数选用

由有效功率计算公式：τ

30e n

V i p P s me ⨯⨯⨯=

可知由于Pe 、Pme 、n 、τ已选定，则汽油机的总排量i ×Vs 也已选定，下一步设计应选定汽油机的基本结构参数：气缸直径D 、活塞形成S 、缸数i 及其他一些参数。

1、气缸直径D

气缸直径D 的选取影响汽油机的尺寸和重量，还影响汽油机的机械负荷和热负荷。本设计任务书规定了车用汽油机的气缸直径D=78mm 。 2、活塞行程S

增大活塞行程S 使活塞平均速度）（s n s v m /m 30/⨯=提高，机械负荷加大，一般车

用汽油机s v m /m 17≤，同时S 也是汽油机基本结构指标S/D 的决定因素，车用汽油机的S/D=0.7～1.2，校核所设计的汽油机的v m 和S/D 的值。 即30/n s v m ⨯=30/6000085.0⨯==17 m/s 符合要求 S/D=85/78=1.09 符合要求 3、气缸数i 及气缸排列方式

由于设计任务书已指明D 的值，S 确定后，满足功率要求可通过改变气缸数i 实现，所以采用4缸直列排布。

4、连杆长度L 与曲柄连杆比λ=r/L

连杆长度加大，会使汽油机总高度增加；虽然连杆摆角减小，侧压力减小，但效果不明显；而且连杆重量加大，往复运动质量惯性力加大。因而尽量采用短连杆，目前一般λ值在1/4～1/3.2之间，取λ=1/3.6。

则2r=85，r/L=1/3.6 即L=152 mm ，r=42.5 mm 5、气缸中心距l 0及其与气缸直径之比l 0/D

l 0/D 影响汽油机的长度尺寸和重量指标，设计时力求缩小l 0/D 的值。l 0/D 值的影响因素可从曲轴中心线方向的尺寸分配和气缸上部的尺寸分配两方面分析，一般其值为1.25～1.35，取l 0/D=1.22，则l 0 =1.22×78=95 mm 。选用湿缸套。 6、压缩比εc

选用压缩比εc 也就是选用燃烧室容积。选用压缩比时要考虑汽油机的经济性能、工作可靠性、爆燃等。任务书给定车用汽油机的εc =10

2 汽油机的近似热计算

汽油机工作过程热计算是对汽油机各工作过程中工质的状态参数、主要性能质变进行计算，并绘出示功图。通过热计算可以分析各工作过程的影响因素，找出提高动力性和经济性的途径，又为动力计算、结构设计提供数据。汽油机实际循环热力计算有近似热计算（简单计算法）和模拟热计算（点算法）二种。本设计要求进行近似热计算。

2.1 燃料燃烧热化学计算

1 理论空气量L 0

⎪⎭

⎫

⎝⎛-+=

3241221.010O H c g g g L （

⎪⎭

⎫

⎝⎛-+=

32000.04145.012855.021.01=0.512 (千摩尔/千克汽油)

燃料采用轻汽油855.0=c g ，145.0=H g ，000.0o =g 汽油低热值 H u =44100千焦/千克燃料 2 新鲜空气量M 1

r

a m L M 1

01+

=ϕ 114

1

512.09.0+

⨯==0.461（千摩尔/千克) 其中 a ϕ ——过量空气系数，96.0~85.0a =ϕ，取a ϕ=0.9；114=r m 3 燃烧产物M 2

324g 12o H g M M ++= 32

000

.040.145461.0++==0.497(千摩尔/千克) 4 理论分子变更系数μ0

120M M =

μ461

.0497.0==1.079 5 实际分子变更系数μ1

r

r γγμμ++=

10106.0106

.0079.1++==1.074