内燃机课程设计

课程设计说明书

2011年12月

目录一．柴油机工作过程的热力学分析

1．原始参数及选取参数

2．热力分析计算参数

二．活塞组的设计

1．概述

2．活塞的选型

3．活塞的基本设计

3.1活塞的主要尺寸

3.2活塞头部设计

3.3活塞销座的设计

3.4活塞裙部及其侧表面形状设计

3.5活塞与缸套的配合间隙

3.6活塞重量

3.7活塞强度计算

4．活塞的冷却

5．活塞的材料及工艺

6．活塞销的设计

6.1活塞销的结构及尺寸

6.2轴向定位

6.3活塞销和销座的配合

6.4活塞销的强度校核

6.5活塞销材料及强化工艺

7．活塞环的设计

7.1活塞环的选择

7.2活塞环主要参数选择

7.3活塞环的材料选择及成型方法

7.4活塞环的间隙

7.5环槽尺寸

三．连杆组的设计

1．概述

2．连杆的结构类型

3．连杆的基本设计

3.1主要尺寸比例

3.2连杆长度

4．连杆小头设计

4.1连杆小头结构

4.2小头结构尺寸

4.3连杆衬套

5．连杆杆身

6．连杆大头

6.1连杆大头结构

6.2大头尺寸

6.3大头定位

7．连杆强度的计算校核

7.1连杆小头

7.2连杆杆身

7.3连杆大头

8．连杆螺栓的设计

四.曲轴组的设计

1. 曲轴的概述

1.1曲轴的工作条件和设计要求

1.2曲轴的结构型式

1.3曲轴的材料

2. 曲轴的主要尺寸确定

2.1主轴颈

2.2曲柄销

2.3曲柄臂

2.4曲轴圆角

2.5提高曲轴疲劳强度方法

3. 曲轴油孔位置

4. 曲轴端部结构

5. 曲轴平衡块

6. 曲轴的轴向定位

7. 曲轴疲劳强度计算

7.1强度计算已知条件

7.2强度计算已知曲轴载荷 7.3 圆角疲劳强度校核

7.4 油孔疲劳强度校核

8.飞轮的设计

五．参考文献

一．柴油机工作过程的热力学分析

1． 原始参数及选取参数

原始参数 1） 柴油机型号：4100； 2） 气缸数：Z: 4； 3）

气缸直径D ：100mm ；

热力分析选取参数

1） 燃烧室型式：直喷式浅盆形燃烧室 2） 增压方式：非增压 3） 冲程数τ：4； 4） 转速n ：2000 r/min ； 5） 行程S ：120mm ； 6） 压缩比ε：16；

7） 平均有效压力e p :7.16 2/cm kgf ； 8） 最高爆发压力z p ：73 2/cm kgf ； 9） 环境压力0p =1.01 2/cm kgf ； 10） 压缩始点压力a p =0.98 2/cm kgf ; 11） 压缩多变指数1n ：1.35； 12） 标定功率e N ：60 PS ； 13） 用途：中小型载重车；

2. 热力分析计算参数

热力分析计算参数 1） 汽缸工作容积：000942.012.01.04

4

22=⨯⨯=

=

π

π

S D V h 3m ；

2） 压缩终点容积：00006283.01

16000942

.01=-=-=

εh c V V 3m ； 3） 进气系统温度：K T T s 2930==；

4） 压缩终点气缸压力：38.411698.035.11=⨯==n a c p p ε 2/cm kgf ； 5） 压力升高比：；76.138

.4173P P λc z ===

二．活塞组的设计

1．概述

活塞组包括活塞、活塞销和活塞环等在气缸里作往复运动的零件，它们是活塞式发动机中工作条件最严酷的组件。活塞组件与气缸一起保证发动机工质的可靠密封，否则活塞式发动机就不能正常的运转。

活塞组的作用归结为：

1） 传力、导向。承受燃烧室内气体的压力，将压力传递给连杆，并保证活塞在气缸内顺畅运动。

2） 密封：通过活塞环和活塞密封气体，保证缸内工质不泄露或者很少泄露。 3） 传热：在密封的基础上，通过活塞环和活塞裙部向缸壁传递热量； 4） 配气：完成进气、压缩和排气功能。

2．活塞的选型

综合各方面因素考虑，优先考虑采用铸造共晶铝活塞。根据平均有效压力：e p =7.16 2/cm kgf 大大低于铝活塞的平均有效压力上限铝。根据活塞比功率选择活塞冷却方式，由比功率计算公式

174

.010

/12104

4

/60/4

22=⨯=

=

'

π

π

D

S D N N e

p 2/cm PS

其值小于无油冷方式的上限值0.3 2

PS，故无需对活塞进行油冷却。

/cm

3．活塞的基本设计

3.1活塞的主要尺寸

根据同类型发动机和统计数据进行选取，结果如下

H/D H1/D H2/D h/D h1/D δ/D d/D B/D gδ/D 1.20 0.73 0.71 0.20 0.04 0.15 0.35 0.42 0.04

3.2活塞头部设计

1）活塞顶形状

活塞顶的形状根据燃烧系统的要求进行设计——半开式浅盆型燃烧室。

2）活塞头部截面形状